Применение комбинированного процесса AO-Fenton-BAC для очистки циркуляционного внешнего дренажа электростанции. Описание

Применение комбинированного процесса АО + Реактор Фентона + ВАС для очистки циркуляционного внешнего дренажа на электростанциях

Система оборотной воды является важной системой охлаждения, необходимой для работы электростанции. Его принцип заключается в подаче холодной воды в конденсатор для непрерывной циркуляции для охлаждения агрегатов. Система достигает баланса за счет непрерывной продувки и пополнения новыми источниками воды. Часть воды в системе оборотного водоснабжения нагревается и образует пар, который через верх сбрасывается в атмосферу, а другая часть сбрасывается в окружающую среду в виде наружного циркуляционного дренажа электростанции.

В настоящее время на большинстве отечественных электростанций для очистки циркуляционного наружного дренажа используется процесс «предварительная очистка + ультрафильтрация + обратный осмос». Однако процесс ультрафильтрации и обратного осмоса имеет несколько проблем: (1) Неадекватные процессы предварительной обработки приводят к плохим результатам предварительной обработки, что снижает эффективность последующих процессов. (2) Во время работы мембраны часто и сильно засоряются загрязняющими веществами, что требует от операторов частой химической очистки мембраны, сокращает срок службы мембраны, требует частой замены мембраны и приводит к высоким затратам на замену мембраны. Ингибиторы накипи и ингибиторы коррозии выпадают в осадок во время работы, засоряя картриджные фильтры и мембраны обратного осмоса, что приводит к частой химической чистке мембран и замене фильтрующих картриджей во время работы. Кроме того, ингибиторы накипи и ингибиторы коррозии легко вступают в реакцию с ионами высокой-валентности, влияя на образование хлопьев, что приводит к снижению эффективности коагуляции. (3) Мембранные системы требуют больших инвестиций в строительство и высоких технических знаний от операторов во время эксплуатации и технического обслуживания.

На станции комплексной очистки сточных вод на одной электростанции был принят комбинированный процесс AO + Фентон + BAC для очистки циркуляционного внешнего дренажа. Этот процесс не только обеспечивает хорошее качество сточных вод и простоту эксплуатации, но также значительно снижает эксплуатационные расходы установки и защищает окружающую экологическую среду.
 

1 Анализ качества сточных вод

Циркуляционный внешний дренаж электростанции в основном поступает из воды, используемой для охлаждения агрегатов, посредством непрерывной циркуляции в конденсаторе. Этот тип сточных вод характеризуется низкой концентрацией органических веществ и плохой биоразлагаемостью. Кроме того, для предотвращения образования накипи в трубопроводе при рециркуляции охлаждающей воды электростанция регулярно добавляет в оборотную воду ингибиторы солеотложений и ингибиторы коррозии, что приводит к относительно высокому общему содержанию азота в оборотной охлаждающей воде. Другие характеристики включают высокую соленость, высокие концентрации высоко-валентных ионов, таких как Fe³⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Al³⁺, и относительно высокую твердость.

Учитывая эти характеристики сточных вод, на станции комплексной очистки сточных вод сначала был установлен резервуар АО для удаления аммиачного азота и общего азота из сточных вод. Впоследствии после процесса биологической очистки был установлен реакционный резервуар Фентона для выработки сильных окислителей посредством химической реакции между перекисью водорода и сульфатом железа, разлагающей неподатливые органические соединения на легко разлагаемые и снижающей химическую потребность в кислороде и общий фосфор. Наконец, для удаления SS и аммиачного азота были использованы отстойник с наклонной трубкой и резервуар BAC, что позволило добиться соответствия требованиям.

2 Обзор проекта

2.1 Расход и качество воды

Расход составляет 220 м³/ч. Качество поступающей воды определялось на основе данных мониторинга, а качество сточных вод должно соответствовать стандартам сброса класса А «Стандарта сброса загрязняющих веществ для городских очистных сооружений» (GB18918-2002). Как показано вТаблица 1, поступающие сточные воды в этом проекте характеризуются высоким содержанием CODcr, общего азота, общего фосфора и SS, с относительно низким содержанием аммиачного азота и общего фосфора.

 2.2 Ключевые проблемы проекта

Сточные воды в этом проекте представляют собой циркулирующий внешний дренаж электростанции. Ключевыми проблемами в очистке являются стойкие загрязнители, такие как ХПККр, общий фосфор и общий азот в производственных сточных водах.

(1) Сточные воды имеют низкое соотношение B/C. Во время фактической эксплуатации этого проекта сточные воды могут содержать значительное количество стойких органических веществ, которые трудно поддаются биоразложению, с соотношением B/C примерно 0,08, что попадает в категорию трудно-поддающихся-биоразложению. Процесс очистки для этого проекта должен включать передовые меры окисления для увеличения соотношения B/C и тем самым улучшения биоразлагаемости. Это представляет собой ключевую проблему в очистке сточных вод для данного проекта.

(2) Сточные воды содержат высокие уровни высокомолекулярных органических соединений, которые трудно удалить только с помощью традиционной биологической очистки. Это еще одна ключевая проблема в очистке сточных вод для этого проекта.

(3) Чтобы снизить эксплуатационные расходы и повысить эффективность проекта, при проектировании следует свести к минимуму количество насосов, используемых для подъема сточных вод и осадка, и максимально использовать самотек. Это представляет собой ключевое направление данного проекта и имеет большое значение для снижения эксплуатационных расходов.

2.3 Процесс лечения

(1) Процесс предварительной обработки. Сточные воды в этом проекте содержат множество типов загрязняющих веществ, имеют сложный состав и демонстрируют значительные колебания pH, что делает комплексную очистку сложной и дорогостоящей. В процессе предварительной очистки отдельно был установлен уравнительный бак для гомогенизации и выравнивания потока, что снижает влияние колебаний качества воды на систему очистки сточных вод.

(2) Процесс биологической очистки. Процесс должен быть передовым, зрелым, эффективным, простым в эксплуатации, высокоинтеллектуальным, требовать минимального пространства и иметь низкие эксплуатационные расходы. Для этого проекта был выбран процесс «AO». Этот процесс широко используется в Китае и отличается передовой и отработанной технологией, высокой эффективностью очистки, удобством производства, низким уровнем образования остаточного осадка и надежным качеством сточных вод.

(3) Расширенный процесс лечения. Процесс «Окисление Фентона + отстойник с наклонной трубой + BAC» был выбран в качестве передового процесса очистки для этого проекта. В этом процессе используются сильные окисляющие свободные радикалы, образующиеся в результате реакции Фентона, для окисления и разложения остаточных неподатливых органических соединений, превращая их в органические соединения, которые могут разлагаться природными микроорганизмами. В то же время он усиливает удаление фосфора с помощью химических мер, служа гарантией обеспечения полного соблюдения требований по фосфору. Впоследствии удаление органических веществ завершается путем осаждения в отстойнике с наклонной трубой, а также адсорбции и биоразложения в резервуаре BAC в соответствии со стандартами сброса.

(4) Процесс обработки осадка. Резервуар для сгущения осадка имеет большую емкость, низкое энергопотребление, низкие эксплуатационные расходы и простоту эксплуатации. Винтовой пресс имеет низкие затраты на оборудование и техническое обслуживание, занимает минимальное пространство, потребляет меньше химикатов, производит низкий уровень шума и обеспечивает сухость кека от 20% до 25%, демонстрируя хорошие характеристики обезвоживания.

2.4 Блок-схема процесса

На станции очистки сточных вод используется процесс «резервуар АО + вторичный отстойник + реакционный резервуар Фентона + отстойник с наклонной трубкой + BAC + резервуар для дезинфекции», как показано на рисунке.Рисунок 1.

2.5 Технологические блоки и функции

(1) Уравнительный бак. Снижает влияние колебаний органической нагрузки на последующие процессы очистки, предотвращает влияние быстрых изменений расхода или качества воды на последующие процессы очистки (биологические или химические), а также поддерживает стабильную среду для микроорганизмов в процессах биологической очистки и стабильную реакционную среду в процессах химической очистки. В резервуаре установлены погружные насосы для подъема сточных вод в бескислородный резервуар.

(2) Танк АО. Резервуар АО оснащен комбинированной насадкой и погружными мешалками. Комбинированная насадка обеспечивает достаточное жизненное пространство для денитрифицирующих микроорганизмов и аэробных микроорганизмов, а погружные мешалки обеспечивают равномерное распределение органических веществ в воде. В бескислородном резервуаре удаляется большая часть аммиачного азота. В аэробном резервуаре большая часть органических веществ удаляется, аммиачный азот преобразуется в нитратный азот и создается аэробная среда, позволяющая фосфор-накапливающим организмам усваивать фосфор. Богатый фосфором-ил в конечном итоге удаляется во вторичный отстойник в виде осадка.

(3) Вторичный отстойник. Вторичный отстойник оборудован скребковым мостом и шламовыми насосами. После осаждения ил соскребается в шламовый бункер с помощью скребка передвижного моста, а затем перекачивается в шламонакопитель шламовыми насосами, что значительно снижает содержание взвешенных веществ в сточных водах.

(4) Реактор Фентона. При низком pH H₂O₂ каталитически разлагается Fe²⁺ с образованием ·OH, который может окислять большинство органических соединений в воде. Он также может полностью окислять органические соединения, которые трудно поддаются биологическому или обычному химическому окислению. ·OH вступает в реакцию с органическими веществами в сточных водах, разлагая их на CO₂ и воду, значительно снижая концентрацию трудно--органических соединений в сточных водах и увеличивая соотношение B/C, тем самым повышая эффективность очистки последующего резервуара BAC.

(5) Отстойник с наклонной трубкой. Насадка из наклонных труб в отстойнике с наклонными трубами агрегирует взвешенные твердые вещества и хлопья, образующиеся в реакционном резервуаре Фентона, на поверхности наклонных труб. Под действием силы тяжести ил оседает на дне и перекачивается в резервуар для сгущения осадка шламовыми насосами, что снижает содержание взвешенных веществ в сточных водах.

(6) Промежуточный бак. Обеспечивает стабильное качество и скорость потока сточных вод, гарантируя равномерную и стабильную фильтрацию в биологическом фильтре с активированным углем и повышая эффективность фильтрации резервуара BAC.

(7) Резервуар BAC и бак обратной промывки. Резервуар BAC содержит фильтрующий материал с активированным углем, который обладает высокой адсорбционной способностью, эффективно фильтруя вредные вещества и микроорганизмы в воде и удаляя взвешенные твердые частицы. Бак обратной промывки оснащен насосами обратной промывки для обратной промывки фильтрующего материала в фильтре, предотвращая засорение.

(8) Бак для дезинфекции. Гипохлорит натрия добавляется в резервуар для уничтожения вредных бактерий в воде и снижения содержания вредных бактерий в сточных водах.

(9) Шламовый резервуар и шнековый пресс. Ил из резервуара АО, вторичного отстойника, отстойника с наклонной трубой и резервуара BAC перекачивается в шламовый резервуар с помощью шламовых насосов. После сгущения ил закачивается в шнековый пресс шламовыми насосами (с добавлением катионного ПАМ при обезвоживании). Благодаря резервуару для сгущения осадка и шнековому прессу содержание влаги в осадке значительно снижается, что облегчает его утилизацию.

2.6 Характеристики комбинированного процесса

(1) Резервуар АО обладает высокой эффективностью удаления органических веществ, аммиачного азота и других загрязняющих веществ из сточных вод. В бескислородном резервуаре бактерии потребляют органические соединения, содержащие C, чтобы пополнить свою энергию и уменьшить нитратный азот, возвращаемый из аэробного резервуара, до N₂, завершая денитрификацию и одновременно удаляя часть БПК₅. Реакции гидролиза также происходят в бескислородном резервуаре, увеличивая соотношение B/C в сточных водах и улучшая их биоразлагаемость. В аэробном резервуаре удаляется большая часть органических веществ и фосфора, а аммиачный азот преобразуется в нитратный азот.

(2) В реакционном резервуаре Фентона используются сильно окисляющие реагенты Фентона (Fe²⁺ и H₂O₂, смешанные в определенной пропорции) для получения сильно окисляющего ·OH, что обеспечивает хороший эффект окислительной обработки. Продукты реакции CO₂ и вода не-токсичны и безвредны. Процесс имеет хорошие эксплуатационные характеристики, относительно низкую скорость и стоимость очистки при комнатной температуре, высокую эффективность окисления, низкие затраты на очистку и может значительно снизить сложность очистки сточных вод.

(3) С точки зрения предприятия размещение сначала резервуара АО, а затем реактора Фентона значительно снижает эксплуатационные расходы по сравнению с размещением сначала резервуара реакции Фентона, а затем резервуара АО. Если сначала разместить реакционный резервуар Фентона, а затем резервуар АО, органическая нагрузка на резервуар АО увеличится, что потребует обработки органических молекул высокой-валентности, образующихся в результате окисления неподатливых органических соединений в реакционном резервуаре Фентона. Это потребует добавления большого количества источников углерода во время эксплуатации, что значительно увеличит затраты на приобретение источников углерода и эксплуатационные расходы. Расположение сначала резервуара АО, а затем реакционного резервуара Фентона позволяет очищать разлагаемые органические вещества в передней части и неподатливые органические вещества в задней части, снижая эксплуатационные расходы и значительно снижая концентрацию органических веществ в сточных водах.

(4) Учитывая высокий уровень ХПК в сточных водах, BAC был выбран в качестве передового процесса очистки для дальнейшего снижения содержания органических веществ в сточных водах. Активированный уголь имеет большую удельную поверхность, что позволяет органическим веществам и микроорганизмам прилипать к нему, продлевая время их контакта и тем самым повышая эффективность микробного разложения. Помимо активированного угля, резервуар также оснащен системой аэрации, которая не только увеличивает скорость движения органических веществ в воде, обеспечивает кислородом микроорганизмы и повышает эффективность очистки, но и способствует контакту взвешенных микроорганизмов с органическими веществами в приточной воде, повышая эффективность очистки от взвешенных микроорганизмов.

2.7 Технологические единицы и параметры

Технологические установки и параметры для этого проекта показаны на рис.Таблица 2.

3 Статус работы

Этот проект прошел приемку в июне 2022 года, при этом все показатели загрязнения в сточных водах соответствуют установленным нормам сброса, указанным на рис.Таблица 3.

4 Эксплуатационные расходы

Общие эксплуатационные расходы по этому проекту показаны на рис.Таблица 4.

5 экономических, социальных и экологических преимуществ

5.1 Экономические выгоды 

Реализация данного проекта имеет значительные экономические выгоды. Во-первых, это снижает затраты предприятия. Без этого проекта очистка циркуляционного внешнего дренажа электростанции потребовала бы привлечения квалифицированных специалистов. Из-за высокой концентрации и большого объема циркуляционного внешнего дренажа затраты на обработку и транспортировку на аутсорсинг высоки. Неспособность передать лечение квалифицированным организациям приведет к штрафам со стороны соответствующих органов. Таким образом, реализация данного проекта существенно снижает затраты предприятия на очистку сточных вод и возможные штрафы. Во-вторых, это снижает социальные издержки. Если циркуляционный внешний дренаж сбрасывать без очистки, возникающее в результате загрязнение воды снизит урожайность сельского хозяйства и рыболовства, что повлияет на развитие окружающего сельского хозяйства и рыболовства. Таким образом, реализация данного проекта существенно снижает социальные издержки. В-третьих, это косвенно снижает медицинские расходы жителей. Без этого проекта среда подземных вод неизбежно будет загрязнена, что поставит под угрозу здоровье окружающих жителей и значительно увеличит их медицинские расходы. Таким образом, реализация данного проекта косвенно снижает медицинские расходы жителей. Наконец, это увеличивает стоимость земли. Реализация этого проекта снижает загрязнение от циркуляционного внешнего дренажа электростанции, делая прилегающие земли более привлекательными для инвестиций и строительства заводов.

5.2 Социальные льготы

Реализация данного проекта имеет значительные социальные выгоды. Во-первых, он защищает окружающую водную среду. Прямой сброс оборотного внешнего дренажа с высокими концентрациями вредных веществ нанесет большой вред окружающей водной среде и отразится на водной экосистеме. Во-вторых, это защищает здоровье близлежащих жителей и повышает качество их жизни. Высокая концентрация органических веществ в циркуляционном внешнем дренаже может привести к тому, что реки станут черными и вонючими в случае сброса. Кроме того, это существенно повлияет на качество воды, сделав невозможным выживание водных животных, таких как рыбы, что приведет к появлению зловонной-рыбы и повлияет на среду обитания и качество жизни окружающих жителей. Поэтому реализация данного проекта существенно бережет здоровье близлежащих жителей.

5.3 Экологические преимущества

Реализация данного проекта существенно снижает загрязнение окружающих водоемов от циркуляционного наружного дренажа электростанции и защищает среду обитания близлежащих жителей. Это снижает годовой CODcr примерно на 385 тонн, БПК₅ примерно на 23 тонны, TN примерно на 150 тонн, TP примерно на 3 тонны и SS примерно на 370 тонн.

6 Заключение

Этот пример проекта демонстрирует, что комбинированный процесс AO + Фентон + BAC эффективно очищает загрязняющие вещества в циркуляционном внешнем дренаже электростанций, обеспечивая стабильное качество сточных вод, соответствующее установленным стандартам сброса. Снижение CODcr достигает 85%, общее снижение азота достигает 87%, а общее снижение фосфора достигает 90%. Хотя скорость удаления БПК₅ и аммиачного азота не высока из-за их низкой концентрации в приходящих водах, они по-прежнему соответствуют стандартам. Это демонстрирует, что комбинированный процесс AO + Фентон + BAC обеспечивает значительный эффект очистки и превосходное качество сточных вод для циркуляционного внешнего дренажа электростанции. Этот комбинированный процесс обеспечивает высокую степень автоматизации, имеет низкие технические требования и предлагает простоту эксплуатации и управления. Он предоставляет ценную информацию для других проектов по обращению с циркуляционным внешним дренажем электростанций, обеспечивая при этом значительные экономические, социальные и экологические выгоды, имея большое значение для устойчивого развития и эксплуатации электростанций.