Toepassing van het gecombineerde AO-Fenton-BAC-proces bij de behandeling van circulerende externe drainage in elektriciteitscentrales Beschrijving

Toepassing van het gecombineerde proces AO + Fenton-reactietank + BAC om circulerende externe drainage in energiecentrales te behandelen

Het circulerende watersysteem is een essentieel koelsysteem dat nodig is voor de werking van energiecentrales. Het principe ervan bestaat uit het inbrengen van koud water in de condensor voor continue circulatie om de units te koelen. Het systeem bereikt evenwicht door voortdurend spuien en aanvullen met nieuwe waterbronnen. Een deel van het water in het circulerende watersysteem wordt verwarmd en genereert stoom, die via de bovenkant naar de atmosfeer wordt afgevoerd, terwijl een ander deel als circulerende externe afvoer van de energiecentrale naar de omgeving wordt afgevoerd.

Momenteel gebruiken de meeste huishoudelijke elektriciteitscentrales een "voorbehandeling + ultrafiltratie + omgekeerde osmose" -proces voor de behandeling van circulerende externe drainage. Het ultrafiltratie- en omgekeerde osmoseproces heeft echter verschillende problemen: (1) Ontoereikende voorbehandelingsprocessen resulteren in slechte voorbehandelingseffecten, wat de behandelingsefficiëntie van daaropvolgende processen vermindert. (2) Tijdens bedrijf raken membranen veelvuldig en ernstig verstopt door verontreinigende stoffen, waardoor operators regelmatig chemische reiniging van het membraan moeten uitvoeren, waardoor de levensduur van het membraan wordt verkort, frequente membraanvervanging noodzakelijk is en dit resulteert in hoge membraanvervangingskosten. Kalk- en corrosieremmers slaan neer tijdens het gebruik, waardoor patroonfilters en omgekeerde osmose-membranen verstopt raken, wat leidt tot frequente chemische reiniging van het membraan en vervanging van filterpatronen tijdens bedrijf. Bovendien reageren kalkremmers en corrosieremmers gemakkelijk met hoog-valente ionen, waardoor de vlokvorming wordt beïnvloed, wat resulteert in een slechte coagulatie-effectiviteit. (3) Membraansystemen vereisen hoge bouwinvesteringen en vereisen hoge technische expertise van exploitanten tijdens bediening en onderhoud.

Een uitgebreide afvalwaterzuiveringsinstallatie bij een bepaalde elektriciteitscentrale maakte gebruik van het gecombineerde proces AO + Fenton-reactietank + BAC om de circulerende externe afvoer te behandelen. Dit proces zorgt niet alleen voor een goede effluentkwaliteit en een eenvoudige bediening, maar verlaagt ook aanzienlijk de bedrijfskosten van de installatie en beschermt de omringende ecologische omgeving.
 

1 Analyse van de afvalwaterkwaliteit

De circulerende externe afvoer van de energiecentrale is voornamelijk afkomstig van water dat wordt gebruikt voor koelunits via continue circulatie in de condensor. Dit type afvalwater wordt gekenmerkt door een lage concentratie organische stof en een slechte biologische afbreekbaarheid. Om kalkaanslag tijdens de recirculatie van koelwater te voorkomen, voegt de energiecentrale bovendien regelmatig kalkremmers en corrosieremmers toe aan het circulerende water, wat resulteert in een relatief hoog totaal stikstofgehalte in het circulerende koelwater. Andere kenmerken zijn onder meer een hoog zoutgehalte, hoge concentraties van hoog-valente ionen zoals Fe³⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Al³⁺ en een relatief hoge hardheid.

Op basis van deze afvalwaterkenmerken installeerde de uitgebreide afvalwaterzuiveringsinstallatie eerst een AO-tank om ammoniakstikstof en totaalstikstof uit het afvalwater te verwijderen. Vervolgens werd na het biologische behandelingsproces een Fenton-reactietank geïnstalleerd om sterke oxidatiemiddelen te genereren door de chemische reactie tussen waterstofperoxide en ferrosulfaat, waarbij recalcitrante organische verbindingen worden afgebroken tot gemakkelijk afbreekbare verbindingen en het chemische zuurstofverbruik en het totale fosfor wordt verminderd. Ten slotte werden een sedimentatietank met schuine buis en een BAC-tank gebruikt om SS- en ammoniakstikstof te verwijderen, waardoor naleving werd bereikt.

2 Projectoverzicht

2.1 Debiet en waterkwaliteit

Het debiet bedraagt ​​220 m³/u. De kwaliteit van het influentwater werd bepaald op basis van monitoringgegevens, en de kwaliteit van het effluent moet voldoen aan de lozingsnormen van klasse A van de "Lozingsnorm voor verontreinigende stoffen voor gemeentelijke afvalwaterzuiveringsinstallaties" (GB18918-2002). Zoals getoond inTabel 1wordt het influent afvalwater in dit project gekenmerkt door hoge CZVcr, totaal stikstof, totaal fosfor en SS, met relatief lage ammoniakstikstof en totaal fosfor.

 2.2 Belangrijkste uitdagingen van het project

Het afvalwater in dit project circuleert via de externe afvoer van de energiecentrale. De belangrijkste uitdagingen bij de behandeling zijn de recalcitrante verontreinigende stoffen zoals CZVcr, totaal fosfor en totaal stikstof in het productieafvalwater.

(1) Het afvalwater heeft een lage B/C-verhouding. Tijdens de daadwerkelijke uitvoering van dit project kan het influent een aanzienlijke hoeveelheid recalcitrant organisch materiaal bevatten dat moeilijk biologisch afbreekbaar is, met een B/C-verhouding van ongeveer 0,08, wat in de categorie valt die moeilijk-biologisch afbreekbaar- is. Het behandelingsproces voor dit project moet geavanceerde oxidatiemaatregelen omvatten om de B/C-verhouding te verhogen en daardoor de biologische afbreekbaarheid te verbeteren. Dit vormt een belangrijke uitdaging bij de behandeling van het afvalwater voor dit project.

(2) Het afvalwater bevat hoge gehalten aan macromoleculaire organische verbindingen, die moeilijk te verwijderen zijn met conventionele biologische zuivering alleen. Dit is een andere belangrijke uitdaging bij de behandeling van het afvalwater voor dit project.

(3) Om de bedrijfskosten te verlagen en de projectefficiëntie te verbeteren, moet het ontwerp het aantal pompen dat wordt gebruikt voor het ophijsen van afvalwater en slib minimaliseren en maximaal gebruik maken van de zwaartekrachtstroming. Dit vertegenwoordigt een belangrijk aandachtspunt voor dit project en is van groot belang voor het verlagen van de bedrijfskosten.

2.3 Behandelingsproces

(1) Voorbehandelingsproces. Het afvalwater in dit project bevat vele soorten verontreinigende stoffen, heeft een complexe samenstelling en vertoont aanzienlijke pH-variaties, waardoor een uitgebreide behandeling moeilijk en kostbaar wordt. Tijdens het voorbehandelingsproces werd afzonderlijk een egalisatietank geïnstalleerd om de stroom te homogeniseren en te egaliseren, waardoor de impact van schommelingen in de waterkwaliteit op het afvalwaterzuiveringssysteem werd verminderd.

(2) Biologisch behandelingsproces. Het proces moet geavanceerd, volwassen, efficiënt, eenvoudig te bedienen, zeer intelligent zijn, minimale ruimte vergen en lage bedrijfskosten hebben. Voor dit project is gekozen voor het "AO"-proces. Dit proces wordt veel gebruikt in China en beschikt over geavanceerde en volwassen technologie, hoge zuiveringsefficiëntie, gemakkelijke productie, lage productie van restslib en betrouwbare effluentkwaliteit.

(3) Geavanceerd behandelingsproces. Het proces "Fenton-oxidatie + hellende buisbezinkingstank + BAC" werd geselecteerd als het geavanceerde behandelingsproces voor dit project. Dit proces maakt gebruik van de sterk oxiderende vrije radicalen die worden gegenereerd door de Fenton-reactie om resterende recalcitrante organische verbindingen te oxideren en af ​​te breken, en deze om te zetten in organische verbindingen die kunnen worden afgebroken door natuurlijke micro-organismen. Tegelijkertijd verbetert het de fosforverwijdering door middel van chemische maatregelen, die dienen als een waarborg om de volledige naleving van de fosforvoorschriften te garanderen. Vervolgens wordt de verwijdering van organisch materiaal voltooid door sedimentatie in de sedimentatietank met schuine buis en adsorptie en biologische afbraak in de BAC-tank, waarbij wordt voldaan aan de lozingsnormen.

(4) Slibbehandelingsproces. De slibindiktank heeft een sterke opslagcapaciteit, een laag stroomverbruik, lage bedrijfskosten en een eenvoudige bediening. De schroefpers heeft lage apparatuur- en onderhoudskosten, neemt minimale ruimte in beslag, verbruikt minder chemicaliën, produceert weinig geluid en bereikt een slibkoekdroogheid tussen 20% en 25%, wat goede ontwateringsprestaties aantoont.

2.4 Processtroomdiagram

De afvalwaterzuiveringsinstallatie maakt gebruik van het proces "AO-tank + secundaire sedimentatietank + Fenton-reactietank + sedimentatietank met schuine buis + BAC + desinfectietank", zoals weergegeven inFiguur 1.

2.5 Proceseenheden en functies

(1) Egalisatietank. Vermindert de impact van schommelingen in de organische belasting op daaropvolgende behandelingsprocessen, voorkomt dat snelle veranderingen in de stroomsnelheid of waterkwaliteit stroomafwaartse behandelingsprocessen (biologisch of chemisch) beïnvloeden en handhaaft een stabiele omgeving voor micro-organismen in biologische behandelingsprocessen en een stabiele reactieomgeving in chemische behandelingsprocessen. In de tank zijn dompelpompen geïnstalleerd om het afvalwater naar de anoxische tank te heffen.

(2) AO-tank. De AO-tank is uitgerust met gecombineerde pakking en dompelmixers. De gecombineerde pakking biedt voldoende leefruimte voor denitrificerende micro-organismen en aerobe micro-organismen, terwijl de dompelmixers zorgen voor een uniforme verdeling van organische stof in het water. In de anoxische tank wordt het merendeel van de ammoniakstikstof verwijderd. In de aerobe tank wordt het meeste organische materiaal verwijderd, ammoniakstikstof wordt omgezet in nitraatstikstof en er wordt een aerobe omgeving gecreëerd waarin fosfor-accumulerende organismen fosfor kunnen opnemen. Het fosfor-rijke slib wordt uiteindelijk als slib in de secundaire bezinktank verwijderd.

(3) Secundaire bezinkingstank. De secundaire bezinktank is voorzien van een rijdende brugschraper en slibpompen. Na sedimentatie wordt het slib door de bewegende brugschraper in de slibtrechter geschraapt en vervolgens door slibpompen naar de slibtank gepompt, waardoor de SS in het afvalwater aanzienlijk wordt verminderd.

(4) Fenton-reactietank. Bij een lage pH wordt H₂O₂ katalytisch ontleed door Fe²⁺ om ·OH te produceren, dat de meeste organische verbindingen in water kan oxideren. Het kan ook organische verbindingen volledig oxideren die moeilijk te behandelen zijn met biologische of conventionele chemische oxidatiereacties. ·OH reageert met organische stoffen in het afvalwater, waarbij deze worden afgebroken tot CO₂ en water, waardoor de concentratie van moeilijk-om-organische verbindingen in het afvalwater aanzienlijk wordt verminderd en de B/C-verhouding wordt verhoogd, waardoor de behandelingsefficiëntie van de daaropvolgende BAC-tank wordt verbeterd.

(5) Bezinkingstank met schuine buis. De schuine buispakking in de sedimentatietank met schuine buis verzamelt gesuspendeerde vaste stoffen en vlokken gevormd in de Fenton-reactietank op het oppervlak van de schuine buizen. Door de zwaartekracht bezinkt het slib op de bodem en wordt het door slibpompen naar de slibindiktank gepompt, waardoor de SS in het afvalwater wordt verminderd.

(6) Tussentank. Zorgt voor een stabiele afvalwaterkwaliteit en debiet, garandeert een uniforme en stabiele filtratie in het biologische actiefkoolfilter en verbetert de filtratie-efficiëntie van de BAC-tank.

(7) BAC-tank en terugspoeltank. De BAC-tank bevat actieve koolfiltermedia met een sterk adsorptievermogen, waardoor schadelijke stoffen en micro-organismen in het water effectief worden gefilterd en zwevende deeltjes worden verwijderd. De terugspoeltank is uitgerust met terugspoelpompen om de filtermedia in het filter terug te spoelen, waardoor verstopping wordt voorkomen.

(8) Desinfectietank. Natriumhypochloriet wordt aan de tank toegevoegd om schadelijke bacteriën in het water te doden, waardoor de schadelijke bacteriële inhoud van het afvalwater wordt verminderd.

(9) Slibtank en schroefpers. Slib uit de AO-tank, secundaire bezinkingstank, sedimentatietank met schuine buis en BAC-tank wordt door slibpompen in de slibtank gepompt. Na het indikken wordt het slib door slibpompen (waarbij tijdens het ontwateren kationisch PAM wordt toegevoegd) in de schroefpers gepompt. Door de slibindiktank en schroefpers wordt het vochtgehalte van het slib aanzienlijk verminderd, wat de afvoer vergemakkelijkt.

2.6 Kenmerken van het gecombineerde proces

(1) De AO-tank heeft een hoge verwijderingsefficiëntie voor organisch materiaal, ammoniakstikstof en andere verontreinigende stoffen in het afvalwater. In de anoxische tank consumeren bacteriën organische verbindingen die C bevatten om hun energie aan te vullen en de uit de aerobe tank teruggevoerde nitraatstikstof te verminderen tot N₂, waardoor de denitrificatie wordt voltooid en tegelijkertijd een deel van de BZV₅ wordt verwijderd. Hydrolysereacties vinden ook plaats in de anoxische tank, waardoor de B/C-verhouding van het afvalwater toeneemt en de biologische afbreekbaarheid wordt verbeterd. In de aerobe tank wordt het grootste deel van het organische materiaal en fosfor verwijderd en wordt ammoniakstikstof omgezet in nitraatstikstof.

(2) De Fenton-reactietank gebruikt sterk oxiderende Fenton-reagentia (Fe²⁺ en H₂O₂ gemengd in een bepaalde verhouding) om sterk oxiderende ·OH te produceren, wat goede oxidatiebehandelingseffecten oplevert. De reactieproducten CO₂ en water zijn niet-giftig en onschadelijk. Het proces heeft goede operationele kenmerken, relatief lage behandelingssnelheid en kosten bij kamertemperatuur, hoge oxidatie-efficiëntie, lage behandelingskosten, en kan de moeilijkheidsgraad van afvalwaterbehandeling aanzienlijk verminderen.

(3) Vanuit ondernemingsperspectief verlaagt het plaatsen van eerst de AO-tank en daarna de Fenton-reactietank de bedrijfskosten aanzienlijk in vergelijking met het eerst regelen van de Fenton-reactietank en daarna de AO-tank. Als de Fenton-reactietank eerst zou worden geplaatst en daarna de AO-tank, zou de organische belasting van de AO-tank toenemen, waardoor deze hoog{2}}valente organische moleculen zou moeten behandelen die zijn gevormd door de oxidatie van recalcitrante organische verbindingen in de Fenton-reactietank. Dit zou de toevoeging van grote hoeveelheden koolstofbronnen tijdens de werking noodzakelijk maken, waardoor de aanschafkosten en exploitatiekosten van koolstofbronnen aanzienlijk zouden stijgen. Door eerst de AO-tank en daarna de Fenton-reactietank te plaatsen, is de behandeling mogelijk van afbreekbaar organisch materiaal in het voorste gedeelte en recalcitrant organisch materiaal in het achtergedeelte, waardoor de bedrijfskosten worden verlaagd en de organische stofconcentratie in het afvalwater aanzienlijk wordt verlaagd.

(4) Gezien de hoge CZV in het influent werd BAC geselecteerd als het geavanceerde behandelingsproces om de organische stof in het afvalwater verder te verminderen. Actieve kool heeft een groot specifiek oppervlak, waardoor organisch materiaal en micro-organismen zich eraan kunnen hechten, waardoor hun contacttijd wordt verlengd en daardoor de microbiële afbraakefficiëntie wordt verbeterd. Naast actieve kool is de tank ook uitgerust met een beluchtingssysteem, dat niet alleen de bewegingssnelheid van organisch materiaal in het water verhoogt, zuurstof aan micro-organismen levert en de zuiveringsefficiëntie verbetert, maar ook het contact tussen zwevende micro-organismen en organische stoffen in het influent bevordert, waardoor de behandelingsefficiëntie van zwevende micro-organismen wordt verbeterd.

2.7 Proceseenheden en parameters

De proceseenheden en parameters voor dit project worden weergegeven inTabel 2.

3 Bedrijfsstatus

Dit project werd in juni 2022 geaccepteerd, waarbij alle indicatoren voor verontreinigende stoffen in het effluent voldeden aan de gespecificeerde lozingsnormen, weergegeven inTabel 3.

4 Bedrijfskosten

De totale exploitatiekosten voor dit project zijn weergegeven inTabel 4.

5 Economische, sociale en ecologische voordelen

5.1 Economische voordelen 

De uitvoering van dit project heeft aanzienlijke economische voordelen. Ten eerste verlaagt het de bedrijfskosten. Zonder dit project zou de behandeling van de circulerende externe afvoer van de energiecentrale uitbesteding aan gekwalificeerde entiteiten vereisen. Vanwege de hoge concentratie en het grote volume van de circulerende externe drainage zijn de kosten voor het uitbesteden van behandeling en transport hoog. Als de behandeling niet wordt uitbesteed aan gekwalificeerde instanties, kan dit leiden tot boetes van de relevante autoriteiten. Daarom vermindert de implementatie van dit project de afvalwaterzuiveringskosten van de onderneming en de mogelijke boetes aanzienlijk. Ten tweede verlaagt het de sociale kosten. Als de circulerende externe drainage onbehandeld zou worden geloosd, zou de resulterende watervervuiling de landbouw- en visserijopbrengsten verminderen, wat de ontwikkeling van de omliggende landbouw en visserij zou aantasten. De uitvoering van dit project verlaagt dus de sociale kosten aanzienlijk. Ten derde vermindert het indirect de medische kosten van de bewoners. Zonder dit project zou het grondwatermilieu onvermijdelijk vervuild raken, waardoor de gezondheid van de omringende bewoners in gevaar zou komen en hun medische kosten aanzienlijk zouden stijgen. Daarom vermindert de implementatie van dit project indirect de medische kosten van de bewoners. Ten slotte verhoogt het de waarde van de grond. De implementatie van dit project vermindert de vervuiling door de circulerende externe afvoer van de energiecentrale, waardoor het omringende land aantrekkelijker wordt voor investeringen en fabrieksbouw.

5.2 Sociale voordelen

De uitvoering van dit project heeft aanzienlijke sociale voordelen. Ten eerste beschermt het de omringende wateromgeving. Directe lozing van circulerende externe drainage met hoge concentraties schadelijke stoffen zou grote schade toebrengen aan het omringende watermilieu en het aquatische ecosysteem aantasten. Ten tweede beschermt het de gezondheid van omwonenden en verbetert het hun levenskwaliteit. De hoge concentratie organische stof in de circulerende externe drainage zou ervoor zorgen dat rivieren zwart en stinkend worden als ze worden geloosd. Bovendien zou dit de waterkwaliteit aanzienlijk beïnvloeden, waardoor het onmogelijk wordt voor waterdieren zoals vissen om te overleven, wat leidt tot stinkende vissen en de leefomgeving en de levenskwaliteit van de omringende bewoners aantast. Daarom beschermt de implementatie van dit project de gezondheid van omwonenden enorm.

5.3 Milieuvoordelen

De uitvoering van dit project vermindert de vervuiling van de omliggende waterlichamen door de circulerende externe afvoer van de energiecentrale aanzienlijk en beschermt de leefomgeving van omwonenden. Het vermindert de jaarlijkse CODcr met ongeveer 385 ton, BOD₅ met ongeveer 23 ton, TN met ongeveer 150 ton, TP met ongeveer 3 ton en SS met ongeveer 370 ton.

6 Conclusie

Deze projectcase toont aan dat het gecombineerde proces AO + Fenton reactietank + BAC verontreinigende stoffen effectief behandelt in de circulerende externe afvoer van energiecentrales, waardoor een stabiele effluentkwaliteit wordt bereikt die voldoet aan gespecificeerde lozingsnormen. De CZV-reductie bereikt 85%, de totale stikstofreductie bereikt 87% en de totale fosforreductie bereikt 90%. Hoewel de verwijderingspercentages voor BZV₅ en ammoniakstikstof niet hoog zijn vanwege de lage influentconcentraties, voldoen ze nog steeds consistent aan de normen. Dit toont aan dat het gecombineerde proces AO + Fenton reactietank + BAC aanzienlijke behandelingseffecten en een uitstekende effluentkwaliteit bereikt voor energiecentrales die externe drainage circuleren. Dit gecombineerde proces kan een hoge mate van automatisering bereiken, heeft lage technische eisen en biedt een eenvoudige bediening en beheer. Het biedt een waardevolle referentie voor andere projecten die de circulerende externe afvoer van energiecentrales behandelen en tegelijkertijd aanzienlijke economische, sociale en ecologische voordelen opleveren, en van groot belang zijn voor de duurzame ontwikkeling en exploitatie van energiecentrales.