Aplikácia kombinovaného procesu AO-Fenton-BAC pri úprave vonkajšej cirkulačnej kanalizácie elektrárne Popis

Aplikácia kombinovaného procesu AO + Fenton Reaction Tank + BAC na úpravu cirkulujúceho externého odtoku v elektrárňach

Systém cirkulačnej vody je nevyhnutným chladiacim systémom potrebným pre prevádzku elektrárne. Jeho princíp spočíva v privádzaní studenej vody do kondenzátora na nepretržitú cirkuláciu na chladenie jednotiek. Systém dosahuje rovnováhu neustálym odkalovaním a dopĺňaním novými zdrojmi vody. Časť vody v systéme cirkulačnej vody sa ohrieva a vytvára paru, ktorá je vypúšťaná do atmosféry cez vrch, zatiaľ čo ďalšia časť je vypúšťaná do okolia ako cirkulačná externá drenáž z elektrárne.

V súčasnosti väčšina domácich elektrární používa proces „predúprava + ultrafiltrácia + reverzná osmóza“ na úpravu cirkulujúcej vonkajšej drenáže. Proces ultrafiltrácie a reverznej osmózy má však niekoľko problémov: (1) Neadekvátne procesy predúpravy majú za následok slabé účinky predúpravy, čo znižuje účinnosť úpravy následných procesov. (2) Počas prevádzky sú membrány často a silne upchaté znečisťujúcimi látkami, čo od operátorov vyžaduje časté chemické čistenie membrán, čo skracuje životnosť membrány, vyžaduje častú výmenu membrány, čo vedie k vysokým nákladom na výmenu membrány. Inhibítory vodného kameňa a inhibítory korózie sa počas prevádzky zrážajú, upchávajú filtre vložiek a membrány reverznej osmózy, čo vedie k častému chemickému čisteniu membrán a výmene filtračnej vložky počas prevádzky. Inhibítory vodného kameňa a inhibítory korózie navyše ľahko reagujú s vysoko-valentnými iónmi, čo ovplyvňuje tvorbu vločiek, čo vedie k nízkej účinnosti koagulácie. (3) Membránové systémy si vyžadujú vysoké stavebné investície a vyžadujú vysokú technickú odbornosť od operátorov počas prevádzky a údržby.

Komplexná čistiareň odpadových vôd v istej elektrárni prijala kombinovaný proces AO + Fentonova reakčná nádrž + BAC na čistenie cirkulujúcej vonkajšej drenáže. Týmto procesom sa dosiahne nielen dobrá kvalita odpadovej vody a jednoduchá obsluha, ale aj výrazné zníženie prevádzkových nákladov zariadenia a ochrana okolitého ekologického prostredia.
 

1 Analýza kvality odpadových vôd

Cirkulačný vonkajší odtok z elektrárne pochádza hlavne z vody používanej na chladenie jednotiek nepretržitou cirkuláciou v kondenzátore. Tento typ odpadových vôd sa vyznačuje nízkou koncentráciou organických látok a zlou biologickou odbúrateľnosťou. Okrem toho, aby sa zabránilo usadzovaniu vodného kameňa v potrubí počas recirkulácie chladiacej vody, elektráreň pravidelne pridáva do cirkulujúcej vody inhibítory vodného kameňa a inhibítory korózie, čo vedie k relatívne vysokému celkovému obsahu dusíka v cirkulujúcej chladiacej vode. Medzi ďalšie charakteristiky patrí vysoká slanosť, vysoké koncentrácie vysoko-mocných iónov, ako sú Fe³⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Al³⁺, a relatívne vysoká tvrdosť.

Na základe týchto charakteristík odpadových vôd komplexná čistiareň odpadových vôd najskôr nainštalovala AO nádrž na odstránenie amoniakálneho dusíka a celkového dusíka z odpadových vôd. Následne bola po procese biologickej úpravy nainštalovaná Fentonova reakčná nádrž, ktorá generuje silné oxidanty chemickou reakciou medzi peroxidom vodíka a síranom železnatým, rozkladom odolných organických zlúčenín na ľahko odbúrateľné a znížením chemickej spotreby kyslíka a celkového fosforu. Nakoniec sa na odstránenie SS a amoniakálneho dusíka použila sedimentačná nádrž so sklonenou rúrkou a nádrž BAC, čím sa dosiahla poddajnosť.

2 Prehľad projektu

2.1 Prietok a kvalita vody

Prietok je 220 m³/h. Kvalita pritekajúcej vody bola stanovená na základe údajov z monitorovania a kvalita odpadovej vody musí spĺňať štandardy vypúšťania triedy A podľa "Štandardu vypúšťania znečisťujúcich látok pre čističku komunálnych odpadových vôd" (GB18918-2002). Ako je uvedené vTabuľka 1, pritekajúca odpadová voda v tomto projekte sa vyznačuje vysokou CHSKcr, celkovým dusíkom, celkovým fosforom a SS, s relatívne nízkymi amoniakálnymi dusíkmi a celkovým fosforom.

 2.2 Kľúčové výzvy Projektu

Odpadová voda v tomto projekte cirkuluje externou kanalizáciou z elektrárne. Kľúčovými výzvami pri čistení sú odolné znečisťujúce látky, ako je CHSKcr, celkový fosfor a celkový dusík vo výrobnej odpadovej vode.

(1) Odpadová voda má nízky pomer B/C. Počas skutočnej prevádzky tohto projektu môže prítok obsahovať značné množstvo nepoddajných organických látok, ktoré sa ťažko biologicky rozkladajú, s pomerom B/C približne 0,08, čo spadá do kategórie ťažko -biodegradovateľných{4}}. Proces úpravy pre tento projekt musí zahŕňať pokročilé oxidačné opatrenia na zvýšenie pomeru B/C, a tým zlepšiť biologickú odbúrateľnosť. To predstavuje kľúčovú výzvu pri čistení odpadových vôd pre tento projekt.

(2) Odpadová voda obsahuje vysoké úrovne makromolekulových organických zlúčenín, ktoré sa len ťažko odstraňujú konvenčným biologickým čistením. Toto je ďalšia kľúčová výzva pri čistení odpadových vôd pre tento projekt.

(3) Na zníženie prevádzkových nákladov a zlepšenie efektívnosti projektu by návrh mal minimalizovať počet čerpadiel používaných na prečerpávanie odpadovej vody a kalu a maximálne využívať gravitačné prúdenie. To predstavuje kľúčové zameranie tohto projektu a je veľmi dôležité pre zníženie prevádzkových nákladov.

2.3 Proces liečby

(1) Proces predbežnej úpravy. Odpadová voda v tomto projekte obsahuje mnoho typov znečisťujúcich látok, má zložité zloženie a vykazuje výrazné kolísanie pH, čo sťažuje a predražuje komplexné čistenie. V procese predčistenia bola oddelene inštalovaná vyrovnávacia nádrž na homogenizáciu a vyrovnanie prietoku, čím sa znížil vplyv kolísania kvality vody na systém čistenia odpadových vôd.

(2) Proces biologického čistenia. Proces musí byť pokročilý, vyspelý, efektívny, ľahko ovládateľný, vysoko inteligentný, vyžaduje minimálny priestor a má nízke prevádzkové náklady. Pre tento projekt bol vybraný proces „AO“. Tento proces je široko používaný v Číne a vyznačuje sa pokročilou a vyspelou technológiou, vysokou účinnosťou čistenia, pohodlnou výrobou, nízkou produkciou zvyškového kalu a spoľahlivou kvalitou odpadových vôd.

(3) Pokročilý proces úpravy. Proces "Fenton oxidácia + sedimentačná nádrž so sklonenou rúrkou + BAC" bol vybraný ako pokročilý proces úpravy pre tento projekt. Tento proces využíva silné oxidačné voľné radikály generované Fentonovou reakciou na oxidáciu a rozklad zvyškových odolných organických zlúčenín a ich premenu na organické zlúčeniny, ktoré môžu byť degradované prírodnými mikroorganizmami. Súčasne zlepšuje odstraňovanie fosforu chemickými opatreniami, ktoré slúžia ako záruka na zabezpečenie úplnej zhody s fosforom. Následne je odstraňovanie organickej hmoty ukončené sedimentáciou v sedimentačnej nádrži so šikmou rúrkou a adsorpciou a biodegradáciou v nádrži BAC, pričom sa dodržia vypúšťacie normy.

(4) Proces spracovania kalu. Nádrž na zahusťovanie kalu má silnú skladovaciu kapacitu, nízku spotrebu energie, nízke prevádzkové náklady a jednoduchú obsluhu. Závitovkový lis má nízke náklady na vybavenie a údržbu, zaberá minimálny priestor, spotrebuje menej chemikálií, produkuje nízku hlučnosť a dosahuje suchosť kalového koláča medzi 20 % a 25 %, čo demonštruje dobrý odvodňovací výkon.

2.4 Diagram toku procesu

Čistiareň odpadových vôd využíva proces „nádrž AO + sekundárna sedimentačná nádrž + reakčná nádrž Fenton + sedimentačná nádrž so šikmou rúrkou + BAC + dezinfekčná nádrž“, ako je znázornené naObrázok 1.

2.5 Procesné jednotky a funkcie

(1) Vyrovnávacia nádrž. Znižuje vplyv výkyvov organickej záťaže na následné procesy čistenia, zabraňuje tomu, aby rýchle zmeny prietoku alebo kvality vody ovplyvňovali následné procesy čistenia (biologické alebo chemické) a udržiava stabilné prostredie pre mikroorganizmy v procesoch biologického čistenia a stabilné reakčné prostredie v procesoch chemického čistenia. V nádrži sú inštalované ponorné čerpadlá na prečerpávanie odpadovej vody do anoxickej nádrže.

(2) Nádrž AO. Nádrž AO je vybavená kombinovaným balením a ponorným miešadlom. Kombinované balenie poskytuje dostatočný životný priestor pre denitrifikačné mikroorganizmy a aeróbne mikroorganizmy, zatiaľ čo ponorné miešačky zaisťujú rovnomernú distribúciu organických látok vo vode. V anoxickej nádrži sa odstráni väčšina amoniakálneho dusíka. V aeróbnej nádrži sa odstráni väčšina organickej hmoty, amoniakálny dusík sa premení na dusičnanový dusík a vytvorí sa aeróbne prostredie pre organizmy hromadiace fosfor-, aby mohli fosfor absorbovať. Kal bohatý na fosfor- sa nakoniec odstráni v sekundárnej sedimentačnej nádrži ako kal.

(3) Sekundárna sedimentačná nádrž. Sekundárna sedimentačná nádrž je vybavená pojazdným mostovým škrabákom a kalovými čerpadlami. Po sedimentácii je kal zoškrabaný do kalovej násypky pohyblivým mostovým škrabákom a následne prečerpávaný kalovými čerpadlami do kalovej nádrže, čím sa výrazne znižuje SS v odpadových vodách.

(4) Fentonova reakčná nádrž. Pri nízkom pH sa H202 katalyticky rozkladá Fe2⁺ za vzniku ·OH, ktorý môže oxidovať väčšinu organických zlúčenín vo vode. Dokáže tiež úplne oxidovať organické zlúčeniny, ktoré je ťažké ošetriť biologickými alebo konvenčnými chemickými oxidačnými reakciami. ·OH reaguje s organickými látkami v odpadovej vode, rozkladá ich na CO₂ a vodu, čím výrazne znižuje koncentráciu ťažko --upraviteľných organických zlúčenín v odpadovej vode a zvyšuje pomer B/C, čím zlepšuje účinnosť čistenia následnej nádrže BAC.

(5) Sedimentačná nádrž so šikmou rúrkou. Náplň šikmých rúrok v sedimentačnej nádrži so šikmými rúrkami agreguje suspendované pevné látky a vločky vytvorené vo Fentonovej reakčnej nádobe na povrchu šikmých rúrok. Pomocou gravitácie sa kal usadzuje na dne a kalovými čerpadlami je prečerpávaný do zahusťovacej nádrže kalu, čím sa znižuje SS v odpadovej vode.

(6) Stredná nádrž. Zabezpečuje stabilnú kvalitu odpadovej vody a prietok, zaručuje rovnomernú a stabilnú filtráciu v biologickom filtri s aktívnym uhlím a zlepšuje účinnosť filtrácie nádrže BAC.

(7) Nádrž BAC a nádrž na spätné preplachovanie. Nádrž BAC obsahuje filtračné médiá s aktívnym uhlím, ktoré majú silnú adsorpčnú kapacitu, účinne filtrujú škodlivé látky a mikroorganizmy vo vode a odstraňujú suspendované pevné látky. Nádrž na spätný preplach je vybavená čerpadlami spätného preplachu na spätné preplachovanie filtračného média vo filtri, čím sa predchádza upchatiu.

(8) Nádrž na dezinfekciu. Chlórnan sodný sa pridáva do nádrže na ničenie škodlivých baktérií vo vode, čím sa znižuje obsah škodlivých baktérií v odpadovej vode.

(9) Kalová nádrž a skrutkový lis. Kal z AO nádrže, sekundárnej sedimentačnej nádrže, šikmej rúrkovej sedimentačnej nádrže a BAC nádrže je prečerpávaný kalovými čerpadlami do kalovej nádrže. Po zahustení sa kal čerpá do závitovkového lisu kalovými čerpadlami (s katiónovým PAM pridávaným pri odvodňovaní). Prostredníctvom nádrže na zahusťovanie kalu a závitovkového lisu sa obsah vlhkosti kalu výrazne zníži, čo uľahčuje likvidáciu.

2.6 Charakteristika kombinovaného procesu

(1) Nádrž AO má vysokú účinnosť odstraňovania organických látok, amoniakálneho dusíka a iných znečisťujúcich látok v odpadovej vode. V anoxickej nádrži baktérie spotrebúvajú organické zlúčeniny obsahujúce C, aby doplnili svoju energiu a znížili dusičnanový dusík vrátený z aeróbnej nádrže na N2, čím dokončia denitrifikáciu a zároveň odstránia časť BSK₅. V anoxickej nádrži sa vyskytujú aj hydrolytické reakcie, ktoré zvyšujú pomer B/C odpadovej vody a zlepšujú jej biologickú odbúrateľnosť. V aeróbnej nádrži sa odstráni väčšina organických látok a fosforu a amoniakálny dusík sa premení na dusičnanový dusík.

(2) Fentonova reakčná nádrž používa silné oxidačné Fentonove činidlá (Fe²⁺ a H₂O₂ zmiešané v určitom pomere) na produkciu vysoko oxidačných ·OH, ktoré poskytujú dobré účinky oxidačného spracovania. Reakčné produkty CO₂ a voda nie sú-toxické a neškodné. Proces má dobré prevádzkové charakteristiky, relatívne nízku rýchlosť spracovania a náklady pri izbovej teplote, vysokú účinnosť oxidácie, nízke náklady na spracovanie a môže výrazne znížiť náročnosť čistenia odpadových vôd.

(3) Z podnikového hľadiska usporiadanie najskôr AO nádrže a potom Fentonovej reakčnej nádrže výrazne znižuje prevádzkové náklady v porovnaní s usporiadaním najprv Fentonovej reakčnej nádrže a potom AO nádrže. Ak by sa najskôr umiestnila Fentonova reakčná nádrž a potom AO nádrž, organické zaťaženie AO nádrže by sa zvýšilo, čo by si vyžadovalo spracovanie vysoko-valentných organických molekúl vytvorených oxidáciou nepoddajných organických zlúčenín vo Fentonovej reakčnej nádrži. To by si vyžiadalo pridávanie veľkého množstva zdrojov uhlíka počas prevádzky, čím by sa výrazne zvýšili obstarávacie náklady na zdroj uhlíka a prevádzkové náklady. Usporiadanie najprv AO nádrže a potom Fentonovej reakčnej nádrže umožňuje spracovanie rozložiteľných organických látok v prednej časti a nepoddajných organických látok v zadnej časti, čím sa znižujú prevádzkové náklady a zároveň sa výrazne znižuje koncentrácia organických látok v odpadovej vode.

(4) Vzhľadom na vysokú CHSK v prítoku bol BAC vybraný ako pokročilý proces čistenia na ďalšie zníženie organických látok v odpadovej vode. Aktívne uhlie má veľkú špecifickú plochu povrchu, ktorá umožňuje priľnúť k nemu organickej hmote a mikroorganizmom, čím sa predlžuje doba ich kontaktu a tým sa zlepšuje účinnosť mikrobiálneho rozkladu. Okrem aktívneho uhlia je nádrž vybavená aj prevzdušňovacím systémom, ktorý nielen zvyšuje rýchlosť pohybu organických látok vo vode, dodáva kyslík mikroorganizmom a zlepšuje účinnosť čistenia, ale tiež podporuje kontakt medzi suspendovanými mikroorganizmami a organickými látkami v prítoku, čím sa zvyšuje účinnosť čistenia suspendovaných mikroorganizmov.

2.7 Procesné jednotky a parametre

Procesné jednotky a parametre pre tento projekt sú zobrazené vTabuľka 2.

3 Stav prevádzky

Tento projekt prešiel schválením v júni 2022, pričom všetky ukazovatele znečisťujúcich látok v odpadovej vode spĺňajú špecifikované normy pre vypúšťanie uvedené vTabuľka 3.

4 Prevádzkové náklady

Celkové prevádzkové náklady na tento projekt sú uvedené vTabuľka 4.

5 Ekonomické, sociálne a environmentálne prínosy

5.1 Ekonomické výhody 

Realizácia tohto projektu má značné ekonomické výhody. Po prvé, znižuje náklady podniku. Bez tohto projektu by si úprava cirkulačnej externej kanalizácie z elektrárne vyžadovala outsourcing kvalifikovaným subjektom. Vzhľadom na vysokú koncentráciu a veľký objem cirkulujúcej externej kanalizácie sú náklady na outsourcingovú úpravu a dopravu vysoké. Neposkytnutie externého ošetrenia kvalifikovaným subjektom by malo za následok pokuty od príslušných orgánov. Realizácia tohto projektu preto výrazne znižuje náklady podniku na čistenie odpadových vôd a prípadné pokuty. Po druhé, znižuje sociálne náklady. Ak by sa cirkulujúca vonkajšia kanalizácia vypúšťala neupravená, výsledné znečistenie vody by znížilo poľnohospodárske a rybárske výnosy, čo by ovplyvnilo rozvoj okolitého poľnohospodárstva a rybolovu. Realizácia tohto projektu tak výrazne znižuje sociálne náklady. Po tretie, nepriamo znižuje zdravotné výdavky obyvateľov. Bez tohto projektu by nevyhnutne došlo k znečisteniu prostredia podzemných vôd, ohrozeniu zdravia okolitých obyvateľov a výraznému zvýšeniu ich liečebných nákladov. Realizácia tohto projektu preto nepriamo znižuje zdravotné náklady obyvateľov. V neposlednom rade zvyšuje hodnotu pozemku. Realizáciou tohto projektu sa znižuje znečistenie z vonkajšieho cirkulačného odvodnenia elektrárne, čím sa okolité pozemky zatraktívňujú pre investície a výstavbu tovární.

5.2 Sociálne dávky

Realizácia tohto projektu má významný spoločenský prínos. Po prvé, chráni okolité vodné prostredie. Priame vypúšťanie cirkulujúcej vonkajšej drenáže s vysokými koncentráciami škodlivých látok by spôsobilo veľké škody na okolitom vodnom prostredí a ovplyvnilo by vodný ekosystém. Po druhé, chráni zdravie obyvateľov v okolí a zvyšuje kvalitu ich života. Vysoká koncentrácia organickej hmoty v cirkulujúcej vonkajšej drenáži by spôsobila, že by rieky v prípade vypúšťania sčerneli a zapáchali. Okrem toho by to výrazne ovplyvnilo kvalitu vody, čo by znemožnilo prežitie vodných živočíchov, ako sú ryby, čo by viedlo k zapáchajúcim-rybám a ovplyvnilo by to životné prostredie a kvalitu života okolitých obyvateľov. Realizácia tohto projektu preto vo veľkej miere chráni zdravie blízkych obyvateľov.

5.3 Prínosy pre životné prostredie

Realizáciou tohto projektu sa výrazne znižuje znečistenie okolitých vodných plôch z cirkulačnej vonkajšej kanalizácie elektrárne a chráni životné prostredie blízkych obyvateľov. Znižuje ročnú CHSKcr približne o 385 ton, BSK₅ približne o 23 ton, TN približne o 150 ton, TP približne o 3 tony a SS približne o 370 ton.

6 Záver

Tento projektový prípad demonštruje, že kombinovaný proces AO + Fentonova reakčná nádrž + BAC účinne spracováva znečisťujúce látky v cirkulujúcej externej kanalizácii z elektrární, čím sa dosahuje stabilná kvalita odpadovej vody, ktorá spĺňa špecifikované normy vypúšťania. Zníženie CHSKcr dosahuje 85 %, celkové zníženie dusíka dosahuje 87 % a zníženie celkového fosforu dosahuje 90 %. Hoci rýchlosti odstraňovania BSK5 a amoniakálneho dusíka nie sú vysoké v dôsledku ich nízkych koncentrácií v prítoku, stále konzistentne spĺňajú normy. To demonštruje, že kombinovaný proces AO + Fentonova reakčná nádrž + BAC dosahuje významné čistiace účinky a vynikajúcu kvalitu odpadovej vody pre cirkulačné externé odvodňovanie elektrárne. Tento kombinovaný proces môže dosiahnuť vysoký stupeň automatizácie, má nízke technické požiadavky a ponúka jednoduchú obsluhu a správu. Poskytuje cennú referenciu pre iné projekty upravujúce cirkulačné externé odvodňovanie z elektrární a zároveň prináša významné ekonomické, sociálne a environmentálne výhody, ktoré majú veľký význam pre trvalo udržateľný rozvoj a prevádzku elektrární.