Tillämpning av AO-Fenton-BAC kombinerad process vid behandling av kraftverks cirkulerande extern dränering Beskrivning

Applicering av AO + Fenton reaktionstank + BAC kombinerad process för att behandla cirkulerande yttre dränering i kraftverk

Det cirkulerande vattensystemet är ett väsentligt kylsystem som krävs för kraftverksdrift. Dess princip innebär att kallt vatten införs i kondensorn för kontinuerlig cirkulation för att kyla enheterna. Systemet uppnår balans genom kontinuerlig nedblåsning och påfyllning med nya vattenkällor. En del av vattnet i det cirkulerande vattensystemet värms upp och genererar ånga, som släpps ut till atmosfären genom toppen, medan en annan del släpps ut i miljön som cirkulerande extern dränering från kraftverket.

För närvarande använder de flesta inhemska kraftverk en "förbehandling + ultrafiltrering + omvänd osmos"-process för att behandla cirkulerande extern dränering. Ultrafiltrering och omvänd osmos har emellertid flera problem: (1) Otillräckliga förbehandlingsprocesser resulterar i dåliga förbehandlingseffekter, vilket minskar behandlingseffektiviteten för efterföljande processer. (2) Under drift är membranen ofta och allvarligt igensatta av föroreningar, vilket kräver att operatörer utför frekvent kemisk rengöring av membranet, vilket förkortar membranets livslängd, vilket kräver frekventa membranbyten och resulterar i höga membranbyteskostnader. Avlagringshämmare och korrosionsinhibitorer fälls ut under drift, täpper igen patronfilter och omvänd osmosmembran, vilket leder till frekvent kemisk rengöring av membranet och byte av filterpatroner under drift. Dessutom reagerar kalkinhibitorer och korrosionsinhibitorer lätt med hög-valenta joner, vilket påverkar flockbildningen, vilket resulterar i dålig koagulationseffektivitet. (3) Membransystem kräver höga bygginvesteringar och kräver hög teknisk expertis från operatörer under drift och underhåll.

Ett omfattande reningsverk för avloppsvatten vid ett visst kraftverk använde den kombinerade processen AO + Fenton reaktionstank + BAC för att behandla cirkulerande extern dränering. Denna process uppnår inte bara god avloppskvalitet och enkel drift utan minskar också avsevärt anläggningens driftskostnader och skyddar den omgivande ekologiska miljön.
 

1 Analys av avloppsvattenkvalitet

Den cirkulerande externa dräneringen från kraftverket kommer huvudsakligen från vatten som används för kylaggregat genom kontinuerlig cirkulation i kondensorn. Denna typ av avloppsvatten kännetecknas av låg koncentration av organiskt material och dålig biologisk nedbrytbarhet. Dessutom, för att förhindra avlagringar i rörledningen under recirkulationen av kylvatten, tillsätter kraftverket regelbundet kalkinhibitorer och korrosionsinhibitorer till det cirkulerande vattnet, vilket resulterar i en relativt hög total kvävehalt i det cirkulerande kylvattnet. Andra egenskaper inkluderar hög salthalt, höga koncentrationer av höga-valenta joner såsom Fe³⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Al³⁺ och relativt hög hårdhet.

Baserat på dessa avloppsvattenegenskaper installerade det omfattande avloppsreningsverket först en AO-tank för att avlägsna ammoniakkväve och totalt kväve från avloppsvattnet. Därefter installerades en Fenton-reaktionstank efter den biologiska behandlingsprocessen för att generera starka oxidanter genom den kemiska reaktionen mellan väteperoxid och järnsulfat, sönderdelning av motsträviga organiska föreningar till lättnedbrytbara och minskad kemisk syreförbrukning och total fosfor. Slutligen användes en sedimenteringstank med lutande rör och en BAC-tank för att avlägsna SS och ammoniakkväve, vilket uppnådde överensstämmelse.

2 Projektöversikt

2.1 Flödeshastighet och vattenkvalitet

Flödeshastigheten är 220 m³/h. Influentsvattenkvaliteten bestämdes baserat på övervakningsdata, och avloppskvaliteten måste följa klass A-utsläppsstandarderna i "Utsläppsstandarden för föroreningar för kommunala avloppsvattenreningsverk" (GB18918-2002). Som visas iTabell 1, kännetecknas det inflytande avloppsvattnet i detta projekt av hög CODcr, totalt kväve, totalt fosfor och SS, med relativt lågt ammoniakkväve och totalt fosfor.

 2.2 Projektets viktigaste utmaningar

Avloppsvattnet i detta projekt cirkulerar externt avlopp från kraftverket. De viktigaste utmaningarna vid rening är de motsträviga föroreningarna som CODcr, totalt fosfor och totalt kväve i produktionsavloppsvattnet.

(1) Avloppsvattnet har lågt B/C-förhållande. Under den faktiska driften av det här projektet kan influensan innehålla en betydande mängd motsträviga organiskt material som är svårt att biologiskt nedbryta, med ett B/C-förhållande på cirka 0,08, vilket faller i kategorin svår-att-biologiskt nedbryta. Behandlingsprocessen för detta projekt behöver innefatta avancerade oxidationsåtgärder för att öka B/C-förhållandet och därigenom förbättra den biologiska nedbrytbarheten. Detta representerar en viktig utmaning för rening av avloppsvattnet för detta projekt.

(2) Avloppsvattnet innehåller höga halter av makromolekylära organiska föreningar, som är svåra att avlägsna genom enbart konventionell biologisk rening. Detta är en annan viktig utmaning för rening av avloppsvattnet för detta projekt.

(3) För att minska driftskostnaderna och förbättra projekteffektiviteten bör konstruktionen minimera antalet pumpar som används för att lyfta avloppsvatten och slam och utnyttja gravitationsflödet maximalt. Detta representerar ett nyckelfokus för detta projekt och är mycket viktigt för att minska driftskostnaderna.

2.3 Behandlingsprocess

(1) Förbehandlingsprocess. Avloppsvattnet i detta projekt innehåller många typer av föroreningar, har komplex sammansättning och uppvisar betydande pH-variationer, vilket gör en omfattande rening svår och kostsam. En utjämningstank installerades separat i förbehandlingsprocessen för att homogenisera och utjämna flödet, vilket minskade påverkan av vattenkvalitetsfluktuationer på avloppsvattenreningssystemet.

(2) Biologisk reningsprocess. Processen måste vara avancerad, mogen, effektiv, lätt att använda, mycket intelligent, kräva minimalt med utrymme och ha låga driftskostnader. "AO"-processen valdes ut för detta projekt. Denna process används ofta i Kina, med avancerad och mogen teknologi, hög reningseffektivitet, bekväm tillverkning, låg restslamproduktion och pålitlig avloppskvalitet.

(3) Avancerad behandlingsprocess. Processen "Fenton oxidation + lutande rör sedimenteringstank + BAC" valdes som den avancerade behandlingsprocessen för detta projekt. Denna process använder de starkt oxiderande fria radikalerna som genereras av Fenton-reaktionen för att oxidera och sönderdela kvarvarande motsträviga organiska föreningar och omvandla dem till organiska föreningar som kan brytas ned av naturliga mikroorganismer. Samtidigt förbättrar det fosforavlägsnandet genom kemiska åtgärder, vilket fungerar som ett skydd för att säkerställa total fosforefterlevnad. Därefter slutförs avlägsnandet av organiskt material genom sedimentering i sedimenteringstanken med lutande rör och adsorption och biologisk nedbrytning i BAC-tanken, vilket uppfyller utsläppsstandarderna.

(4) Slambehandlingsprocess. Slamförtjockningstanken har stark lagringskapacitet, låg strömförbrukning, låga driftskostnader och enkel drift. Skruvpressen har låga utrustnings- och underhållskostnader, upptar minimalt med utrymme, förbrukar mindre kemikalier, producerar lågt ljud och uppnår en torrhet för slamkakan mellan 20 % och 25 %, vilket visar god avvattningsprestanda.

2.4 Processflödesdiagram

Reningsverket för avloppsvatten använder processen "AO-tank + sekundär sedimenteringstank + Fenton-reaktionstank + sedimenteringstank med lutande rör + BAC + desinfektionstank", som visas iBild 1.

2.5 Processenheter och funktioner

(1) Utjämningstank. Minskar påverkan av organiska belastningsfluktuationer på efterföljande reningsprocesser, förhindrar att snabba förändringar i flödeshastighet eller vattenkvalitet påverkar nedströms reningsprocesser (biologiska eller kemiska), och upprätthåller en stabil miljö för mikroorganismer i biologiska reningsprocesser och en stabil reaktionsmiljö i kemiska reningsprocesser. Dränkbara pumpar är installerade i tanken för att lyfta avloppsvatten till den anoxiska tanken.

(2) AO-tank. AO-tanken är utrustad med kombinerad packning och dränkbara blandare. Den kombinerade packningen ger gott om livsutrymme för denitrifierande mikroorganismer och aeroba mikroorganismer, medan de dränkbara blandarna säkerställer en jämn fördelning av organiskt material i vattnet. I den anoxiska tanken avlägsnas huvuddelen av ammoniakkvävet. I den aeroba tanken tas det mesta av organiskt material bort, ammoniakkväve omvandlas till nitratkväve och en aerob miljö skapas för att fosfor-ackumulerar organismer för att ta upp fosfor. Det fosforrika-slammet avlägsnas slutligen i den sekundära sedimentationstanken som slam.

(3) Sedimentationstank för sekundär sedimentering. Den sekundära sedimentationstanken är försedd med en broskrapa och slampumpar. Efter sedimentering skrapas slam in i slammagasinet av broskrapan och pumpas sedan till slamtanken med slampumpar, vilket avsevärt minskar SS i avloppsvattnet.

(4) Fenton reaktionstank. Vid lågt pH sönderdelas H2O2 katalytiskt av Fe²+ för att producera ·OH, som kan oxidera de flesta organiska föreningar i vatten. Det kan också helt oxidera organiska föreningar som är svåra att behandla med biologiska eller konventionella kemiska oxidationsreaktioner. ·OH reagerar med organiska ämnen i avloppsvattnet, sönderdelar dem till CO₂ och vatten, vilket avsevärt minskar koncentrationen av svår-att-att behandla organiska föreningar i avloppsvattnet och ökar B/C-förhållandet, vilket förbättrar reningseffektiviteten i den efterföljande BAC-tanken.

(5) Sedimentationstank med lutande rör. Den lutande rörpackningen i sedimentationstanken med lutande rör samlar ihop suspenderade fasta ämnen och flockar som bildas i Fenton-reaktionstanken på ytan av de lutande rören. Genom gravitationen lägger sig slam i botten och pumpas till slamförtjockningstanken av slampumpar, vilket minskar SS i avloppsvattnet.

(6) Mellantank. Säkerställer stabil avloppsvattenkvalitet och flödeshastighet, garanterar enhetlig och stabil filtrering i det biologiska aktivt kolfiltret och förbättrar filtreringseffektiviteten i BAC-tanken.

(7) BAC-tank och backspolningstank. BAC-tanken innehåller aktivt kolfiltermedia, som har stark adsorptionsförmåga, som effektivt filtrerar skadliga ämnen och mikroorganismer i vattnet och tar bort suspenderade partiklar. Backspolningstanken är utrustad med backspolningspumpar för att backspola filtermediet i filtret, vilket förhindrar igensättning.

(8) Desinfektionstank. Natriumhypoklorit tillsätts i tanken för att döda skadliga bakterier i vattnet, vilket minskar det skadliga bakterieinnehållet i avloppsvattnet.

(9) Slamtank och skruvpress. Slam från AO-tanken, sekundärsedimentationstanken, sedimenteringstanken med lutande rör och BAC-tanken pumpas in i slamtanken av slampumpar. Efter förtjockning pumpas slammet in i skruvpressen av slampumpar (med katjonisk PAM tillsatt under avvattningen). Genom slamförtjockningstanken och skruvpressen reduceras fukthalten i slammet avsevärt, vilket underlättar bortskaffandet.

2.6 Egenskaper för den kombinerade processen

(1) AO-tanken har hög avlägsningseffektivitet för organiskt material, ammoniakkväve och andra föroreningar i avloppsvattnet. I den anoxiska tanken konsumerar bakterier organiska föreningar som innehåller C för att komplettera sin energi och reducera nitratkväve som återförs från den aeroba tanken till N2, vilket fullbordar denitrifikationen samtidigt som de tar bort en del av BOD₅. Hydrolysreaktioner inträffar också i den anoxiska tanken, vilket ökar B/C-förhållandet i avloppsvattnet och förbättrar dess biologiska nedbrytbarhet. I den aeroba tanken avlägsnas huvuddelen av organiskt material och fosfor, och ammoniakkväve omvandlas till nitratkväve.

(2) Fenton-reaktionstanken använder starkt oxiderande Fenton-reagens (Fe²⁺ och H2O₂ blandade i en viss proportion) för att producera högoxiderande ·OH, vilket ger goda oxidationsbehandlingseffekter. Reaktionsprodukterna CO₂ och vatten är icke-toxiska och ofarliga. Processen har goda driftsegenskaper, relativt låg behandlingshastighet och kostnad vid rumstemperatur, hög oxidationseffektivitet, låga behandlingskostnader och kan avsevärt minska svårigheten med avloppsvattenrening.

(3) Ur ett företagsperspektiv, att arrangera AO-tanken först och sedan Fenton-reaktionstanken minskar driftskostnaderna avsevärt jämfört med att ordna Fenton-reaktionstanken först och sedan AO-tanken. Om Fenton-reaktionstanken placerades först och sedan AO-tanken, skulle den organiska belastningen på AO-tanken öka, vilket kräver att den behandlar hög-värda organiska molekyler som bildas från oxidation av motsträviga organiska föreningar i Fenton-reaktionstanken. Detta skulle kräva tillsats av stora mängder kolkällor under drift, vilket avsevärt skulle öka kostnaderna för anskaffning av kolkällor och driftskostnader. Att ordna AO-tanken först och sedan Fenton-reaktionstanken möjliggör behandling av nedbrytbart organiskt material i den främre delen och motsträvigt organiskt material i den bakre delen, vilket minskar driftskostnaderna samtidigt som koncentrationen av organiskt material i avloppsvattnet sänks avsevärt.

(4) Med tanke på den höga COD i inflödet valdes BAC som den avancerade reningsprocessen för att ytterligare minska organiskt material i avloppsvattnet. Aktivt kol har en stor specifik yta, vilket gör att organiskt material och mikroorganismer kan fästa vid det, förlänger deras kontakttid och förbättrar därigenom mikrobiell nedbrytningseffektivitet. Förutom aktivt kol är tanken också utrustad med ett luftningssystem, som inte bara ökar rörelsehastigheten för organiskt material i vattnet, ger syre till mikroorganismer och förbättrar reningseffektiviteten, utan främjar också kontakt mellan suspenderade mikroorganismer och organiska ämnen i influensan, vilket förbättrar behandlingseffektiviteten för suspenderade mikroorganismer.

2.7 Processenheter och parametrar

Processenheterna och parametrarna för detta projekt visas iTabell 2.

3 Driftstatus

Detta projekt godkändes i juni 2022, med alla föroreningsindikatorer i avloppet som uppfyller de specificerade utsläppsstandarderna, som visas iTabell 3.

4 Driftskostnader

De totala driftskostnaderna för detta projekt visas iTabell 4.

5 Ekonomiska, sociala och miljömässiga fördelar

5.1 Ekonomiska fördelar 

Genomförandet av detta projekt har betydande ekonomiska fördelar. För det första minskar det företagets kostnader. Utan detta projekt skulle behandlingen av cirkulerande extern dränering från kraftverket kräva outsourcing till kvalificerade enheter. På grund av den höga koncentrationen och stora volymen av det cirkulerande externa dräneringen är kostnaderna för outsourcing av rening och transport höga. Underlåtenhet att lägga ut behandling på entreprenad till kvalificerade enheter skulle resultera i böter från relevanta myndigheter. Därför minskar genomförandet av detta projekt avsevärt företagets kostnader för rening av avloppsvatten och potentiella böter. För det andra minskar det sociala kostnader. Om det cirkulerande externa avloppet släpptes ut orenat, skulle den resulterande vattenföroreningen minska jordbruks- och fiskeavkastningen, vilket påverkar utvecklingen av det omgivande jordbruket och fisket. Genomförandet av detta projekt minskar således de sociala kostnaderna avsevärt. För det tredje minskar det indirekt invånarnas sjukvårdskostnader. Utan detta projekt skulle grundvattenmiljön oundvikligen vara förorenad, vilket äventyrar hälsan för omgivande invånare och avsevärt öka deras sjukvårdskostnader. Därför minskar genomförandet av detta projekt indirekt invånarnas sjukvårdskostnader. Slutligen ökar det markvärdet. Genomförandet av detta projekt minskar föroreningarna från kraftverkets cirkulerande externa dränering, vilket gör den omgivande marken mer attraktiv för investeringar och fabriksbyggande.

5.2 Sociala förmåner

Genomförandet av detta projekt har betydande sociala fördelar. För det första skyddar det den omgivande vattenmiljön. Direkt utsläpp av cirkulerande yttre dränering med höga koncentrationer av skadliga ämnen skulle orsaka stor skada på den omgivande vattenmiljön och påverka det akvatiska ekosystemet. För det andra skyddar det hälsan för närboende och förbättrar deras livskvalitet. Den höga koncentrationen av organiskt material i det cirkulerande yttre avloppet skulle göra att floder blir svarta och luktar om de släpps ut. Dessutom skulle det påverka vattenkvaliteten avsevärt, vilket gör det omöjligt för vattenlevande djur som fiskar att överleva, vilket leder till illaluktande fiskar- och påverkar livsmiljön och livskvaliteten för omgivande invånare. Därför skyddar genomförandet av detta projekt i hög grad hälsan för närboende.

5.3 Miljöfördelar

Genomförandet av detta projekt minskar avsevärt föroreningar av omgivande vattenförekomster från kraftverkets cirkulerande externa dränering och skyddar boendemiljön för närboende. Den minskar årlig CODcr med cirka 385 ton, BOD₅ med cirka 23 ton, TN med cirka 150 ton, TP med cirka 3 ton och SS med cirka 370 ton.

6 Slutsats

Detta projektfall visar att den kombinerade AO + Fenton-reaktionstanken + BAC-processen effektivt behandlar föroreningar i cirkulerande extern dränering från kraftverk, vilket uppnår en stabil avloppskvalitet som uppfyller specificerade utsläppsstandarder. CODcr-reduktionen når 85%, den totala kväveminskningen når 87% och den totala fosforreduktionen når 90%. Även om avlägsningshastigheterna för BOD₅ och ammoniakkväve inte är höga på grund av deras låga inflödeskoncentrationer, uppfyller de fortfarande standarderna. Detta visar att den kombinerade processen AO + Fenton reaktionstank + BAC uppnår betydande reningseffekter och utmärkt avloppskvalitet för kraftverk som cirkulerar extern dränering. Denna kombinerade process kan uppnå en hög grad av automatisering, har låga tekniska krav och erbjuder enkel drift och hantering. Det ger värdefull referens för andra projekt som behandlar cirkulerande extern dränering från kraftverk samtidigt som den ger betydande ekonomiska, sociala och miljömässiga fördelar, som har stor betydelse för en hållbar utveckling och drift av kraftverk.