Aplicació del procés combinat AO-Fenton-BAC en el tractament de drenatge extern de circulació de centrals elèctriques Descripció

Aplicació del procés combinat AO + Tanc de reacció Fenton + BAC per tractar el drenatge extern circulant a les centrals elèctriques

El sistema de circulació d'aigua és un sistema de refrigeració essencial necessari per al funcionament de la central elèctrica. El seu principi consisteix a introduir aigua freda al condensador per a una circulació contínua per refredar les unitats. El sistema aconsegueix l'equilibri mitjançant la purga contínua i la reposició amb noves fonts d'aigua. Una part de l'aigua del sistema d'aigua circulant s'escalfa i genera vapor, que s'aboca a l'atmosfera per la part superior, mentre que una altra part s'aboca al medi com a drenatge extern circulant des de la central elèctrica.

Actualment, la majoria de centrals elèctriques domèstiques utilitzen un procés de "pretractament + ultrafiltració + osmosi inversa" per tractar el drenatge extern circulant. No obstant això, el procés d'ultrafiltració i osmosi inversa té diversos problemes: (1) Els processos de pretractament inadequats donen lloc a efectes de pretractament pobres, la qual cosa redueix l'eficiència del tractament dels processos posteriors. (2) Durant el funcionament, les membranes estan obstruïdes amb freqüència i greument per contaminants, cosa que requereix que els operadors realitzin una neteja química freqüent de la membrana, escurçant la vida útil de la membrana, que requereix una substitució freqüent de la membrana i que comporta uns costos de substitució de la membrana elevats. Els inhibidors d'escala i els inhibidors de corrosió es precipiten durant el funcionament, obstruint els filtres del cartutx i les membranes d'osmosi inversa, la qual cosa condueix a una neteja química freqüent de la membrana i a la substitució del cartutx del filtre durant el funcionament. A més, els inhibidors d'incrustacions i els inhibidors de corrosió reaccionen fàcilment amb ions d'alta-valent, afectant la formació de flocs, donant lloc a una mala eficàcia de la coagulació. (3) Els sistemes de membranes requereixen una gran inversió en construcció i requereixen una gran experiència tècnica dels operadors durant l'operació i el manteniment.

Una planta de tractament integral d'aigües residuals en una determinada central elèctrica va adoptar el procés combinat AO + Tanc de reacció Fenton + BAC per tractar el drenatge extern circulant. Aquest procés no només aconsegueix una bona qualitat dels efluents i un funcionament senzill, sinó que també redueix significativament els costos d'explotació de la planta i protegeix el medi ambient ecològic circumdant.
 

1 Anàlisi de la qualitat de les aigües residuals

El drenatge extern circulant de la central prové principalment de l'aigua utilitzada per a les unitats de refrigeració mitjançant la circulació contínua al condensador. Aquest tipus d'aigües residuals es caracteritzen per una baixa concentració de matèria orgànica i una baixa biodegradabilitat. A més, per evitar l'escala de la canonada durant la recirculació de l'aigua de refrigeració, la central elèctrica afegeix regularment inhibidors d'escala i inhibidors de corrosió a l'aigua circulant, donant lloc a un contingut de nitrogen total relativament elevat a l'aigua de refrigeració circulant. Altres característiques inclouen alta salinitat, altes concentracions d'ions d'alta -valent com Fe³⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Al³⁺ i una duresa relativament alta.

A partir d'aquestes característiques de les aigües residuals, la planta de tractament integral d'aigües residuals va instal·lar primer un dipòsit AO per eliminar el nitrogen amoníac i el nitrogen total de les aigües residuals. Posteriorment, es va instal·lar un dipòsit de reacció Fenton després del procés de tractament biològic per generar oxidants forts mitjançant la reacció química entre peròxid d'hidrogen i sulfat ferros, descomposant compostos orgànics recalcitrants en de fàcil degradació i reduint la demanda química d'oxigen i fòsfor total. Finalment, es va utilitzar un dipòsit de sedimentació de tub inclinat i un dipòsit de BAC per eliminar SS i nitrogen amoníac, aconseguint el seu compliment.

2 Visió general del projecte

2.1 Caudal i qualitat de l'aigua

El cabal és de 220 m³/h. La qualitat de l'aigua d'influència es va determinar a partir de les dades de seguiment, i la qualitat de l'efluent ha de complir amb les normes d'abocament de classe A de la "Norma d'abocament de contaminants per a la planta de tractament d'aigües residuals municipals" (GB18918-2002). Com es mostra aTaula 1, les aigües residuals afluents en aquest projecte es caracteritzen per un alt CODcr, nitrogen total, fòsfor total i SS, amb nitrogen amoníac i fòsfor total relativament baixos.

 2.2 Reptes clau del projecte

Les aigües residuals d'aquest projecte circulen pel drenatge extern de la central elèctrica. Els reptes clau en el tractament són els contaminants recalcitrants com el CODcr, el fòsfor total i el nitrogen total a les aigües residuals de producció.

(1) Les aigües residuals tenen una relació B/C baixa. Durant el funcionament real d'aquest projecte, l'afluent pot contenir una quantitat significativa de matèria orgànica recalcitrant que és difícil de biodegradar, amb una relació B/C d'aproximadament 0,08, que entra a la categoria de difícil-de-biodegradar. El procés de tractament d'aquest projecte ha d'incorporar mesures d'oxidació avançades per augmentar la relació B/C i millorar així la biodegradabilitat. Això representa un repte clau en el tractament de les aigües residuals d'aquest projecte.

(2) Les aigües residuals contenen alts nivells de compostos orgànics macromoleculars, que són difícils d'eliminar només mitjançant el tractament biològic convencional. Aquest és un altre repte clau en el tractament de les aigües residuals d'aquest projecte.

(3) Per reduir els costos operatius i millorar l'eficiència del projecte, el disseny hauria de minimitzar el nombre de bombes utilitzades per a l'aixecament d'aigües residuals i fangs i fer un ús màxim del flux de gravetat. Això representa un enfocament clau per a aquest projecte i és molt important per reduir els costos operatius.

2.3 Procés de tractament

(1) Procés de pretractament. Les aigües residuals d'aquest projecte contenen molts tipus de contaminants, tenen una composició complexa i presenten una variació significativa del pH, cosa que fa que el tractament integral sigui difícil i costós. En el procés de pretractament es va instal·lar un dipòsit d'equalització per separat per homogeneïtzar i igualar el cabal, reduint l'impacte de les fluctuacions de la qualitat de l'aigua en el sistema de tractament d'aigües residuals.

(2) Procés de tractament biològic. El procés ha de ser avançat, madur, eficient, fàcil d'operar, altament intel·ligent, requerir un espai mínim i tenir uns costos operatius baixos. El procés "AO" va ser seleccionat per a aquest projecte. Aquest procés s'utilitza àmpliament a la Xina, amb una tecnologia avançada i madura, una alta eficiència de purificació, una fabricació còmoda, una baixa producció de fangs residuals i una qualitat fiable dels efluents.

(3) Procés de tractament avançat. El procés "Oxidació Fenton + dipòsit de sedimentació de tubs inclinats + BAC" va ser seleccionat com a procés de tractament avançat per a aquest projecte. Aquest procés utilitza els forts radicals lliures oxidants generats per la reacció de Fenton per oxidar i descompondre els compostos orgànics recalcitrants residuals, convertint-los en compostos orgànics que poden ser degradats per microorganismes naturals. Simultàniament, millora l'eliminació de fòsfor mitjançant mesures químiques, que serveix de salvaguarda per garantir el compliment total del fòsfor. Posteriorment, l'eliminació de la matèria orgànica es completa mitjançant la sedimentació al dipòsit de sedimentació del tub inclinat i l'adsorció i biodegradació al tanc BAC, complint amb els estàndards de descàrrega.

(4) Procés de tractament de fangs. El dipòsit d'espessiment de fangs té una gran capacitat d'emmagatzematge, un baix consum d'energia, uns costos operatius baixos i un funcionament senzill. La premsa de cargol té uns costos d'equipament i manteniment baixos, ocupa un espai mínim, consumeix menys productes químics, produeix poc soroll i aconsegueix una sequedat del pastís de fang entre un 20% i un 25%, demostrant un bon rendiment de deshidratació.

2.4 Diagrama de flux del procés

La planta de tractament d'aigües residuals adopta el procés "AO + tanc de sedimentació secundari + dipòsit de reacció Fenton + dipòsit de sedimentació de tub inclinat + BAC + dipòsit de desinfecció", tal com es mostra aFigura 1.

2.5 Unitats i funcions del procés

(1) Dipòsit d'equalització. Redueix l'impacte de les fluctuacions de la càrrega orgànica en els processos de tractament posteriors, evita que els canvis ràpids en el cabal o la qualitat de l'aigua afectin els processos de tractament aigües avall (biològics o químics) i manté un entorn estable per als microorganismes en els processos de tractament biològic i un ambient de reacció estable en els processos de tractament químic. Al dipòsit s'instal·len bombes submergibles per a l'aixecament d'aigües residuals al dipòsit anòxic.

(2) Tanc AO. El dipòsit AO està equipat amb mescladors combinats d'embalatge i submergibles. L'embalatge combinat ofereix un ampli espai habitable per als microorganismes desnitrificants i els microorganismes aeròbics, mentre que els mescladors submergibles asseguren una distribució uniforme de la matèria orgànica a l'aigua. En el dipòsit anòxic, s'elimina la major part del nitrogen amoníac. Al tanc aeròbic, s'elimina la major part de la matèria orgànica, el nitrogen d'amoníac es converteix en nitrogen nitrat i es crea un ambient aeròbic perquè els organismes-acumulants de fòsfor l'absorbeixin. El fang-ric en fòsfor s'elimina finalment al tanc de sedimentació secundari com a fang.

(3) Dipòsit de sedimentació secundària. El dipòsit de sedimentació secundari està equipat amb un rascador de pont i bombes de fang. Després de la sedimentació, els fangs són raspats a la tremuja de fangs mitjançant el rascador del pont i després bombejats al dipòsit de fangs mitjançant bombes de fangs, reduint significativament la SS a les aigües residuals.

(4) Tanc de reacció Fenton. A pH baix, H₂O₂ es descomposa catalíticament per Fe²⁺ per produir ·OH, que pot oxidar la majoria dels compostos orgànics de l'aigua. També pot oxidar completament compostos orgànics difícils de tractar amb reaccions d'oxidació químiques biològiques o convencionals. ·OH reacciona amb les substàncies orgàniques de les aigües residuals, descomposant-les en CO₂ i aigua, reduint significativament la concentració de compostos orgànics de difícil-{-tratament a les aigües residuals i augmentant la relació B/C, millorant així l'eficiència del tractament del dipòsit BAC posterior.

(5) Dipòsit de sedimentació de tubs inclinats. L'embalatge del tub inclinat al tanc de sedimentació del tub inclinat agrega sòlids en suspensió i flocs formats al tanc de reacció Fenton a la superfície dels tubs inclinats. A través de la gravetat, els fangs s'instal·len a la part inferior i són bombejats al tanc d'espessiment de fangs mitjançant bombes de fangs, reduint el SS a les aigües residuals.

(6) Dipòsit intermedi. Assegura una qualitat i cabal estable de les aigües residuals, garantint una filtració uniforme i estable en el filtre de carbó actiu biològic i millorant l'eficiència de filtració del dipòsit de BAC.

(7) Dipòsit de BAC i dipòsit de rentat a contracor. El dipòsit BAC conté medis de filtre de carbó activat, que tenen una forta capacitat d'adsorció, filtrant eficaçment les substàncies nocives i els microorganismes de l'aigua i eliminant els sòlids en suspensió. El dipòsit de rentat a contracor està equipat amb bombes de rentat a contracor per rentar el medi filtrant al filtre, evitant l'obstrucció.

(8) Dipòsit de desinfecció. L'hipoclorit de sodi s'afegeix al dipòsit per matar els bacteris nocius de l'aigua, reduint el contingut bacterian nociu de les aigües residuals.

(9) Dipòsit de fangs i premsa de cargol. Els fangs del dipòsit AO, el dipòsit de sedimentació secundari, el dipòsit de sedimentació de tub inclinat i el dipòsit de BAC són bombejats al dipòsit de fangs per bombes de fang. Després de l'espessiment, el fang es bombeja a la premsa de cargol mitjançant bombes de fang (amb PAM catiònic afegit durant la deshidratació). Mitjançant el dipòsit d'espessiment de fangs i la premsa de cargol, el contingut d'humitat dels fangs es redueix significativament, facilitant l'eliminació.

2.6 Característiques del Procés Combinat

(1) El dipòsit AO té una alta eficiència d'eliminació de matèria orgànica, nitrogen d'amoníac i altres contaminants a les aigües residuals. En el dipòsit anòxic, els bacteris consumeixen compostos orgànics que contenen C per complementar la seva energia i reduir el nitrogen nitrat retornat del tanc aeròbic a N₂, completant la desnitrificació alhora que elimina part de la DBO₅. També es produeixen reaccions d'hidròlisi al tanc anòxic, augmentant la relació B/C de les aigües residuals i millorant-ne la biodegradabilitat. Al tanc aeròbic s'elimina la majoria de la matèria orgànica i el fòsfor, i el nitrogen d'amoníac es converteix en nitrogen nitrat.

(2) El dipòsit de reacció Fenton utilitza reactius de Fenton oxidants forts (Fe²⁺ i H₂O₂ barrejats en una certa proporció) per produir ·OH altament oxidant, que proporciona bons efectes de tractament d'oxidació. Els productes de reacció CO₂ i aigua no són -tòxics i inofensius. El procés té bones característiques operatives, velocitat de tractament relativament baix i cost a temperatura ambient, alta eficiència d'oxidació, costos de tractament baixos i pot reduir significativament la dificultat del tractament d'aigües residuals.

(3) Des d'una perspectiva empresarial, organitzar primer el tanc de reacció Fenton i després el dipòsit de reacció Fenton redueix significativament els costos d'operació en comparació amb l'organització del tanc de reacció Fenton primer i després el dipòsit AO. Si es col·loqués primer el dipòsit de reacció de Fenton i després el dipòsit d'AO, la càrrega orgànica del tanc d'AO augmentaria, la qual cosa requeriria que tracti molècules orgàniques d'alta-valent formades per l'oxidació de compostos orgànics recalcitrants al tanc de reacció de Fenton. Això requeriria l'addició de grans quantitats de fonts de carboni durant el funcionament, augmentant significativament els costos d'adquisició de fonts de carboni i els costos operatius. Disposar primer el dipòsit AO i després el dipòsit de reacció Fenton permet el tractament de la matèria orgànica degradable a la secció frontal i la matèria orgànica recalcitrant a la secció posterior, reduint els costos operatius alhora que redueix significativament la concentració de matèria orgànica a les aigües residuals.

(4) Tenint en compte l'elevat DQO a l'afluent, es va seleccionar BAC com a procés de tractament avançat per reduir encara més la matèria orgànica a les aigües residuals. El carbó actiu té una gran superfície específica, permetent que la matèria orgànica i els microorganismes s'hi adhereixin, allargant el seu temps de contacte i millorant així l'eficiència de la descomposició microbiana. A més del carbó actiu, el dipòsit també està equipat amb un sistema d'aireació, que no només augmenta la velocitat de moviment de la matèria orgànica a l'aigua, proporciona oxigen als microorganismes i millora l'eficiència de purificació, sinó que també afavoreix el contacte entre els microorganismes en suspensió i les substàncies orgàniques a l'afluent, millorant l'eficiència del tractament dels microorganismes en suspensió.

2.7 Unitats i paràmetres de procés

Les unitats de procés i els paràmetres d'aquest projecte es mostren aTaula 2.

3 Estat d'operació

Aquest projecte va aprovar l'acceptació el juny de 2022, amb tots els indicadors de contaminants de l'efluent que compleixen els estàndards d'abocament especificats, que es mostren aTaula 3.

4 Costos d'explotació

Els costos totals d'explotació d'aquest projecte es mostren aTaula 4.

5 Beneficis econòmics, socials i ambientals

5.1 Beneficis econòmics 

La implementació d'aquest projecte té importants beneficis econòmics. En primer lloc, redueix els costos empresarials. Sense aquest projecte, el tractament del drenatge exterior circulant de la central requeriria una subcontractació a entitats qualificades. A causa de l'alta concentració i el gran volum del drenatge extern circulant, els costos de tractament i transport d'externalització són elevats. La no subcontractació del tractament a entitats qualificades comportarà multes per part de les autoritats competents. Per tant, la implementació d'aquest projecte redueix significativament els costos de tractament d'aigües residuals de l'empresa i les possibles multes. En segon lloc, redueix els costos socials. Si el drenatge extern circulant fos abocat sense tractar, la contaminació de l'aigua resultant reduiria els rendiments agrícoles i pesquers, afectant el desenvolupament de l'agricultura i la pesca dels voltants. Així, la implantació d'aquest projecte redueix notablement els costos socials. En tercer lloc, redueix indirectament les despeses mèdiques dels residents. Sense aquest projecte, l'entorn de les aigües subterrànies estaria inevitablement contaminat, posant en perill la salut dels residents dels voltants i augmentant significativament les seves despeses mèdiques. Per tant, la implementació d'aquest projecte redueix indirectament les despeses mèdiques dels residents. Finalment, augmenta el valor del sòl. La implantació d'aquest projecte redueix la contaminació del drenatge exterior circulant de la central, fent que el terreny circumdant sigui més atractiu per a la inversió i la construcció de fàbriques.

5.2 Prestacions socials

La implantació d'aquest projecte té importants beneficis socials. En primer lloc, protegeix l'entorn aquàtic. L'abocament directe del drenatge extern circulant amb altes concentracions de substàncies nocives causaria un gran dany al medi aquàtic circumdant i afectaria l'ecosistema aquàtic. En segon lloc, protegeix la salut dels residents propers i millora la seva qualitat de vida. L'elevada concentració de matèria orgànica en el drenatge extern circulant faria que els rius es tornessin negres i olorosos si s'aboquen. A més, afectaria significativament la qualitat de l'aigua, fent impossible la supervivència dels animals aquàtics, com ara els peixos, provocant que els peixos-puixin malament i que afectin l'entorn i la qualitat de vida dels residents dels voltants. Per tant, la implementació d'aquest projecte protegeix molt la salut dels veïns i veïnes.

5.3 Beneficis ambientals

La implementació d'aquest projecte redueix significativament la contaminació de les masses d'aigua circumdants del drenatge extern circulant de la central i protegeix l'entorn de vida dels residents propers. Redueix el CODcr anual en aproximadament 385 tones, el DBO₅ en aproximadament 23 tones, el TN en aproximadament 150 tones, el TP en aproximadament 3 tones i el SS en aproximadament 370 tones.

6 Conclusió

Aquest cas del projecte demostra que el procés combinat AO + Tanc de reacció Fenton + BAC tracta eficaçment els contaminants en el drenatge extern circulant de les centrals elèctriques, aconseguint una qualitat estable de l'efluent que compleix els estàndards de descàrrega especificats. La reducció de CODcr arriba al 85%, la reducció total del nitrogen arriba al 87% i la reducció total del fòsfor arriba al 90%. Tot i que les taxes d'eliminació de DBO₅ i nitrogen d'amoníac no són altes a causa de les seves baixes concentracions d'influent, encara compleixen constantment els estàndards. Això demostra que el procés combinat AO + Tanc de reacció Fenton + BAC aconsegueix efectes de tractament significatius i una excel·lent qualitat de l'efluent per al drenatge extern circulant de la central elèctrica. Aquest procés combinat pot aconseguir un alt grau d'automatització, té baixos requisits tècnics i ofereix un funcionament i una gestió senzills. Proporciona una referència valuosa per a altres projectes que tracten el drenatge extern circulant de les centrals elèctriques alhora que ofereix importants beneficis econòmics, socials i ambientals, que tenen una gran importància per al desenvolupament i el funcionament sostenibles de les centrals elèctriques.