AO{0}}Fenton-BAC kombinuoto proceso taikymas apdorojant elektrinės cirkuliacinį išorinį drenažą Aprašymas

AO + Fenton reakcijos bako + BAC kombinuoto proceso taikymas cirkuliuojančiam išoriniam drenažui elektrinėse apdoroti

Cirkuliacinio vandens sistema yra būtina aušinimo sistema, reikalinga elektrinės darbui. Jo principas apima šalto vandens įvedimą į kondensatorių, kad būtų galima nuolat cirkuliuoti įrenginius vėsinti. Sistema pasiekia pusiausvyrą per nuolatinį pūtimą ir papildymą naujais vandens šaltiniais. Dalis vandens cirkuliuojančioje vandens sistemoje įkaista ir gamina garus, kurie per viršų išleidžiami į atmosferą, kita dalis išleidžiama į aplinką kaip cirkuliuojantis išorinis drenažas iš elektrinės.

Šiuo metu daugumoje buitinių elektrinių cirkuliuojančiam išoriniam drenažui apdoroti naudojamas „išankstinis apdorojimas + ultrafiltravimas + atvirkštinis osmosas“. Tačiau ultrafiltravimo ir atvirkštinio osmoso procesai turi keletą problemų: (1) Neadekvatūs pirminio apdorojimo procesai sukelia prastą pirminio apdorojimo poveikį, o tai sumažina tolesnių procesų apdorojimo efektyvumą. (2) Eksploatacijos metu membranas dažnai ir stipriai užkemša teršalai, todėl operatoriai turi dažnai atlikti cheminį membranos valymą, sutrumpėja membranos tarnavimo laikas, todėl reikia dažnai keisti membraną, todėl membranos keitimo išlaidos yra didelės. Apnašų inhibitoriai ir korozijos inhibitoriai nusėda eksploatacijos metu, užkemšdami kasetinius filtrus ir atvirkštinio osmoso membranas, todėl eksploatacijos metu dažnai reikia valyti membraną cheminiu būdu ir keisti filtrų kasetę. Be to, nuosėdų inhibitoriai ir korozijos inhibitoriai lengvai reaguoja su daug -valentingų jonų, paveikdami flokulių susidarymą, todėl krešėjimo efektyvumas prastas. (3) Membraninėms sistemoms reikalingos didelės investicijos į statybą, o eksploatavimo ir priežiūros metu operatoriai turi turėti daug techninių žinių.

Tam tikros elektrinės visapusiškas nuotekų valymo įrenginys panaudojo AO + Fenton reakcijos bako + BAC kombinuotą procesą cirkuliuojančiam išoriniam drenažui apdoroti. Šiuo procesu ne tik pasiekiama gera nuotekų kokybė ir paprastas eksploatavimas, bet ir žymiai sumažinamos gamyklos eksploatacinės sąnaudos bei saugoma supanti ekologinė aplinka.
 

1 Nuotekų kokybės analizė

Cirkuliuojantis išorinis drenažas iš elektrinės daugiausia gaunamas iš vandens, naudojamo aušinimo įrenginiams, nuolat cirkuliuojant kondensatoriuje. Šio tipo nuotekos pasižymi maža organinių medžiagų koncentracija ir prastu biologiniu skaidomumu. Be to, siekiant išvengti dujotiekio nuosėdų susidarymo aušinimo vandens recirkuliacijos metu, elektrinė reguliariai į cirkuliuojantį vandenį įpila nuosėdų inhibitorių ir korozijos inhibitorių, todėl cirkuliuojančiame aušinimo vandenyje yra gana didelis bendro azoto kiekis. Kitos charakteristikos yra didelis druskingumas, didelė -valentinių jonų, tokių kaip Fe³⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Al³⁺, koncentracija ir santykinai didelis kietumas.

Remiantis šiomis nuotekų charakteristikomis, visapusiškame nuotekų valymo įrenginyje pirmiausia buvo įrengtas AO rezervuaras, skirtas pašalinti iš nuotekų amoniakinį azotą ir bendrą azotą. Vėliau po biologinio apdorojimo buvo įrengtas Fenton reakcijos rezervuaras, kad per cheminę vandenilio peroksido ir geležies sulfato reakciją susidarytų stiprūs oksidatoriai, suskaidantys nepalankius organinius junginius į lengvai skaidomus ir sumažinantys cheminį deguonies poreikį bei bendrą fosforą. Galiausiai SS ir amoniakiniam azotui pašalinti buvo naudojamas pasvirusio vamzdžio nusodinimo bakas ir BAC rezervuaras, siekiant atitikties.

2 Projekto apžvalga

2.1 Srauto greitis ir vandens kokybė

Debitas yra 220 m³/h. Įtekančio vandens kokybė nustatyta remiantis monitoringo duomenimis, o nuotekų kokybė turi atitikti „Komunalinių nuotekų valymo įrenginių teršalų išleidimo normos“ (GB18918-2002) A klasės išleidimo standartus. Kaip parodyta1 lentelė, šio projekto įtekamoms nuotekoms būdingas didelis CODcr, bendrasis azotas, bendras fosforas ir SS, su santykinai mažu amoniakinio azoto ir bendrojo fosforo kiekiu.

 2.2 Pagrindiniai projekto iššūkiai

Šiame projekte nuotekos yra cirkuliuojantis elektrinės išorinis drenažas. Pagrindiniai valymo iššūkiai yra nepalankūs teršalai, tokie kaip CODcr, bendras fosforas ir bendras azotas gamybos nuotekose.

(1) Nuotekų B/C santykis yra mažas. Realiai įgyvendinant šį projektą, nuotekoje gali būti daug nepalankių organinių medžiagų, kurias sunku biologiškai skaidyti, o B/C santykis yra maždaug 0,08, o tai patenka į sunkiai -biologiškai skaidoma- kategoriją. Į šio projekto apdorojimo procesą reikia įtraukti pažangias oksidacijos priemones, kad padidėtų B/C santykis ir taip pagerintas biologinis skaidumas. Tai yra pagrindinis iššūkis valant šio projekto nuotekas.

(2) Nuotekose yra daug stambiamolekulinių organinių junginių, kuriuos sunku pašalinti vien įprastu biologiniu būdu. Tai dar vienas pagrindinis iššūkis valant šio projekto nuotekas.

(3) Siekiant sumažinti veiklos sąnaudas ir pagerinti projekto efektyvumą, projektuojant turėtų būti sumažintas siurblių, naudojamų nuotekoms ir dumblui pakelti, skaičius ir maksimaliai išnaudojamas gravitacijos srautas. Tai yra pagrindinis šio projekto akcentas ir labai svarbu mažinant veiklos išlaidas.

2.3 Gydymo procesas

(1) Pirminio apdorojimo procesas. Šio projekto nuotekose yra daug rūšių teršalų, jos yra sudėtingos sudėties ir labai skiriasi pH, todėl visapusiškas valymas yra sudėtingas ir brangus. Pirminio valymo procese buvo atskirai įrengtas išlyginimo rezervuaras, skirtas homogenizuoti ir išlyginti srautą, sumažinant vandens kokybės svyravimų įtaką nuotekų valymo sistemai.

(2) Biologinio valymo procesas. Procesas turi būti pažangus, brandus, efektyvus, lengvai valdomas, labai protingas, reikalaujantis minimalios vietos ir turėti mažas eksploatacines išlaidas. Šiam projektui buvo pasirinktas „AO“ procesas. Šis procesas plačiai naudojamas Kinijoje, pasižymintis pažangia ir brandžia technologija, dideliu valymo efektyvumu, patogia gamyba, mažu likutinio dumblo gamyba ir patikima nuotekų kokybe.

(3) Išplėstinis gydymo procesas. „Fenton oksidacijos + pasvirusio vamzdžio sedimentacijos bakas + BAC“ procesas buvo pasirinktas kaip pažangus šio projekto apdorojimo procesas. Šiame procese naudojami stiprūs oksiduojantys laisvieji radikalai, susidarę Fentono reakcijos metu, kad oksiduotų ir skaidytų likusius nepaklusnius organinius junginius, paverčiant juos organiniais junginiais, kuriuos gali suskaidyti natūralūs mikroorganizmai. Kartu tai pagerina fosforo pašalinimą naudojant chemines priemones, o tai yra apsauga, užtikrinanti visišką fosforo atitiktį. Vėliau organinės medžiagos pašalinamos sedimentuojant pasvirusiame vamzdžio sedimentacijos rezervuare ir adsorbuojant bei biologiškai skaidant BAC rezervuare, atitinkantį išleidimo standartus.

(4) Dumblo apdorojimo procesas. Dumblo tirštinimo bakas turi didelę talpą, mažą energijos suvartojimą, mažas eksploatavimo išlaidas ir paprastą valdymą. Sraigtinis presas turi mažas įrangos ir priežiūros sąnaudas, užima minimalią vietą, sunaudoja mažiau chemikalų, kelia mažai triukšmo ir pasiekia 20–25 % dumblo išdžiūvimą, o tai rodo geras vandens nusausinimo savybes.

2.4 Proceso eigos diagrama

Nuotekų valymo įrenginyje taikomas „AO bakas + antrinis nusodinimo bakas + Fenton reakcijos bakas + pasvirusio vamzdžio sedimentacijos bakas + BAC + dezinfekcijos bakas“ procesas, kaip parodyta1 pav.

2.5 Proceso vienetai ir funkcijos

(1) Išlyginimo bakas. Sumažina organinės apkrovos svyravimų įtaką vėlesniems valymo procesams, neleidžia sparčiai besikeičiantiems srauto ar vandens kokybės pokyčiams paveikti tolesnius valymo procesus (biologinius ar cheminius), palaiko stabilią aplinką mikroorganizmams biologinio valymo procesuose ir stabilią reakcijos aplinką cheminio apdorojimo procesuose. Talpykloje sumontuoti panardinamieji siurbliai, skirti nuotekoms pakelti į anoksinį rezervuarą.

(2) AO bakas. AO bakas aprūpintas kombinuotais pakavimo ir panardinamaisiais maišytuvais. Kombinuota pakuotė suteikia daug gyvenamosios erdvės denitrifikuojantiems mikroorganizmams ir aerobiniams mikroorganizmams, o panardinami maišytuvai užtikrina tolygų organinių medžiagų pasiskirstymą vandenyje. Anoksiniame rezervuare pašalinama didžioji dalis amoniakinio azoto. Aerobiniame rezervuare pašalinama didžioji dalis organinių medžiagų, amoniakinis azotas paverčiamas nitratiniu azotu, o fosforą{5}}akumuliuojantiems organizmams sukuriama aerobinė aplinka, kad jie pasisavintų fosforą. Fosforo{7}}turtingas dumblas galiausiai pašalinamas antriniame sedimentacijos rezervuare kaip dumblas.

(3) Antrinis sedimentacijos rezervuaras. Antriniame nusodinimo rezervuare sumontuotas važiuojantis tilto grandiklis ir dumblo siurbliai. Po sedimentacijos dumblas važiuojančio tiltelio grandikliu nugramdomas į dumblo bunkerį, o po to dumblo siurbliais pumpuojamas į dumblo rezervuarą, ženkliai sumažinant SS nuotekose.

(4) Fenton reakcijos bakas. Esant žemam pH, H₂O2 kataliziškai skaidomas Fe²⁺ ir susidaro ·OH, kuris gali oksiduoti daugumą vandenyje esančių organinių junginių. Jis taip pat gali visiškai oksiduoti organinius junginius, kuriuos sunku apdoroti biologinėmis ar įprastomis cheminėmis oksidacijos reakcijomis. ·OH reaguoja su nuotekose esančiomis organinėmis medžiagomis, suskaidydamas jas į CO₂ ir vandenį, žymiai sumažindamas sunkiai --išvalomų organinių junginių koncentraciją nuotekose ir padidindamas B/C santykį, taip pagerindamas vėlesnio BAC rezervuaro valymo efektyvumą.

(5) Nuožulnus vamzdžio nusodinimo bakas. Nuožulniojo vamzdžio sedimentacijos rezervuaro nuožulnus vamzdelis sujungia pakitusias medžiagas ir Fenton reakcijos rezervuare susidariusias flokules ant pasvirusių vamzdžių paviršiaus. Dėl gravitacijos dumblas nusėda apačioje ir dumblo siurbliais pumpuojamas į dumblo tirštinimo rezervuarą, sumažinant SS nuotekose.

(6) Tarpinis bakas. Užtikrina stabilią nuotekų kokybę ir debitą, garantuoja vienodą ir stabilų filtravimą biologinės aktyvintos anglies filtre ir gerina BAC rezervuaro filtravimo efektyvumą.

(7) BAC bakas ir atgalinio plovimo bakas. BAC talpykloje yra aktyvuotos anglies filtravimo terpės, kurios pasižymi stipria adsorbcijos galia, efektyviai filtruoja vandenyje esančias kenksmingas medžiagas ir mikroorganizmus bei pašalina suspenduotas medžiagas. Atbulinio plovimo bake yra atgalinio plovimo siurbliai, skirti filtro terpei išplauti filtre ir užkirsti kelią užsikimšimui.

(8) Dezinfekcijos bakas. Į rezervuarą įpilama natrio hipochlorito, kad sunaikintų kenksmingas bakterijas vandenyje ir sumažintų kenksmingų bakterijų kiekį nuotekose.

(9) Dumblo bakas ir sraigtinis presas. Dumblas iš AO rezervuaro, antrinio nusodinimo rezervuaro, nuožulniojo vamzdžio sedimentacijos rezervuaro ir BAC rezervuaro dumblo siurbliais pumpuojamas į dumblo rezervuarą. Po sutirštinimo dumblas į sraigtinį presą pumpuojamas dumblo siurbliais (su katijoniniu PAM, pridedamu nusausinimo metu). Naudojant dumblo tirštinimo baką ir sraigtinį presą, dumblo drėgnumas žymiai sumažėja, o tai palengvina šalinimą.

2.6 Kombinuoto proceso charakteristikos

(1) AO bakas pasižymi dideliu organinių medžiagų, amoniakinio azoto ir kitų teršalų pašalinimo efektyvumu nuotekose. Beanoksiniame rezervuare bakterijos sunaudoja organinius junginius, kurių sudėtyje yra C, kad papildytų savo energiją ir sumažintų nitratinį azotą, grįžtantį iš aerobinio rezervuaro į N₂, užbaigdamos denitrifikaciją ir taip pat pašalindamos dalį BDS5. Hidrolizės reakcijos taip pat vyksta anoksiniame rezervuare, padidindamos nuotekų B/C santykį ir pagerindamos jų biologinį skaidumą. Aerobiniame rezervuare pašalinama didžioji dalis organinių medžiagų ir fosforo, o amoniakinis azotas paverčiamas nitratiniu azotu.

(2) Fenton reakcijos bake naudojami stipriai oksiduojantys Fenton reagentai (Fe²⁺ ir H2O2 sumaišyti tam tikra dalimi), kad susidarytų stipriai oksiduojantis ·OH, kuris užtikrina gerą oksidacijos apdorojimo poveikį. Reakcijos produktai CO₂ ir vanduo yra netoksiški ir nekenksmingi. Procesas pasižymi geromis eksploatacinėmis savybėmis, santykinai mažu valymo greičiu ir kaina kambario temperatūroje, dideliu oksidacijos efektyvumu, mažomis valymo sąnaudomis ir gali žymiai sumažinti nuotekų valymo sunkumus.

(3) Žvelgiant iš įmonės perspektyvos, pirmiausia sutvarkius AO baką, o paskui Fenton reakcijos baką, eksploatacinės sąnaudos žymiai sumažėja, palyginti su tuo, kad pirmiausia būtų sutvarkytas Fenton reakcijos bakas, o paskui AO bakas. Jei pirmiausia būtų dedamas „Fenton“ reakcijos bakas, o po to į AO baką, AO bako organinė apkrova padidėtų, todėl reikėtų apdoroti aukštos -valentės organines molekules, susidariusias oksiduojant Fenton reakcijos bake esančius nepalankius organinius junginius. Dėl to eksploatacijos metu reikėtų pridėti daug anglies šaltinių, o tai žymiai padidintų anglies šaltinio įsigijimo ir veiklos sąnaudas. Pirmiausia sutvarkius AO baką, o po to Fenton reakcijos baką, priekinėje sekcijoje galima apdoroti skaidžias organines medžiagas, o užpakalinėje sekcijoje – nepaklusnias organines medžiagas, taip sumažinant eksploatavimo išlaidas ir žymiai sumažinant organinių medžiagų koncentraciją nuotekose.

(4) Atsižvelgiant į didelį COD įtekamajame vandenyje, BAC buvo pasirinktas kaip pažangus valymo procesas, siekiant dar labiau sumažinti organinių medžiagų kiekį nuotekose. Aktyvuota anglis turi didelį specifinį paviršiaus plotą, todėl organinės medžiagos ir mikroorganizmai gali prilipti prie jos, pailgina jų sąlyčio laiką ir taip pagerina mikrobų skaidymo efektyvumą. Be aktyvintosios anglies, rezervuare taip pat įrengta aeravimo sistema, kuri ne tik padidina organinių medžiagų judėjimo vandenyje greitį, aprūpina mikroorganizmus deguonimi, pagerina valymo efektyvumą, bet ir skatina skendinčių mikroorganizmų bei organinių medžiagų kontaktą įtekamajame sraute, didinant suspenduotų mikroorganizmų valymo efektyvumą.

2.7 Proceso vienetai ir parametrai

Šio projekto proceso vienetai ir parametrai parodyti2 lentelė.

3 Veikimo būsena

Šis projektas buvo priimtas 2022 m. birželio mėn., o visi teršalų rodikliai nuotekose atitinka nurodytus išleidimo standartus, parodytus3 lentelė.

4 Veiklos išlaidos

Bendros šio projekto veiklos išlaidos nurodytos4 lentelė.

5 Ekonominė, socialinė ir aplinkosauginė nauda

5.1 Ekonominė nauda 

Šio projekto įgyvendinimas duoda didelę ekonominę naudą. Pirma, tai sumažina įmonės išlaidas. Jei nebūtų šio projekto, cirkuliacinio elektrinės išorinio drenažo valymą tektų perduoti kvalifikuotiems subjektams. Dėl didelės cirkuliuojančio išorinio drenažo koncentracijos ir didelio tūrio gydymo ir transportavimo išlaidos yra didelės. Neperdavus apdorojimo kvalifikuotiems subjektams, atitinkamos institucijos gautų baudas. Todėl šio projekto įgyvendinimas žymiai sumažina įmonės nuotekų valymo išlaidas ir galimas baudas. Antra, tai sumažina socialines išlaidas. Jei cirkuliuojantis išorinis drenažas būtų išleidžiamas nevalytas, dėl vandens taršos sumažėtų žemės ūkio ir žuvininkystės derlius, o tai paveiktų aplinkinio žemės ūkio ir žuvininkystės plėtrą. Taigi šio projekto įgyvendinimas ženkliai sumažina socialines išlaidas. Trečia, tai netiesiogiai mažina gyventojų gydymo išlaidas. Be šio projekto neišvengiamai būtų užteršta požeminio vandens aplinka, keltų pavojų aplinkinių gyventojų sveikatai ir gerokai padidėtų jų gydymo išlaidos. Todėl šio projekto įgyvendinimas netiesiogiai mažina gyventojų gydymo išlaidas. Galiausiai tai padidina žemės vertę. Įgyvendinus šį projektą, sumažėja tarša iš elektrinės cirkuliacinio išorinio drenažo, todėl aplinkinė žemė tampa patrauklesnė investicijoms ir gamyklos statybai.

5.2 Socialinės išmokos

Šio projekto įgyvendinimas duoda didelę socialinę naudą. Pirma, jis apsaugo supančią vandens aplinką. Tiesioginis cirkuliuojančio išorinio drenažo išleidimas su didelėmis kenksmingų medžiagų koncentracijomis padarytų didelę žalą supančiai vandens aplinkai ir paveiktų vandens ekosistemą. Antra, saugoma aplinkinių gyventojų sveikata ir gerinama jų gyvenimo kokybė. Dėl didelės organinių medžiagų koncentracijos cirkuliuojančiame išoriniame drenaže upės pasidarytų juodos ir dvokiančios. Be to, tai labai paveiktų vandens kokybę, dėl to vandens gyvūnai, pvz., žuvys, negalėtų išgyventi, dėl to žuvys-smirdytų ir pakenktų aplinkinių gyventojų gyvenamajai aplinkai ir gyvenimo kokybei. Todėl įgyvendinus šį projektą labai saugoma šalia esančių gyventojų sveikata.

5.3 Nauda aplinkai

Įgyvendinus šį projektą ženkliai sumažinama aplinkinių vandens telkinių tarša iš elektrinės cirkuliuojančio išorinio drenažo ir apsaugota šalia esančių gyventojų gyvenamoji aplinka. Tai sumažina metinį CODcr maždaug 385 tonomis, BDS₅ maždaug 23 tonomis, TN maždaug 150 tonų, TP maždaug 3 tonomis ir SS maždaug 370 tonų.

6 Išvada

Šis projekto atvejis parodo, kad AO + Fenton reakcijos bakas + BAC kombinuotas procesas efektyviai apdoroja teršalus cirkuliuojančiame išoriniame drenaže iš elektrinių, todėl pasiekiama stabili nuotekų kokybė, atitinkanti nurodytus išleidimo standartus. CODcr sumažinimas siekia 85%, bendro azoto sumažinimas siekia 87%, o bendrojo fosforo sumažinimas siekia 90%. Nors BDS5 ir amoniakinio azoto pašalinimo rodikliai nėra dideli dėl mažos jų koncentracijos, jie vis tiek atitinka standartus. Tai rodo, kad AO + Fenton reakcijos bakas + BAC kombinuotas procesas pasiekia reikšmingą valymo efektą ir puikią nuotekų kokybę elektrinės cirkuliuojančioje išorinėje drenažo sistemoje. Šiuo kombinuotu procesu galima pasiekti aukštą automatizavimo laipsnį, jam keliami žemi techniniai reikalavimai ir paprastas valdymas bei valdymas. Tai vertinga nuoroda į kitus projektus, kuriuose tvarkomas cirkuliacinis išorinis drenažas iš elektrinių, tuo pačiu teikiant didelę ekonominę, socialinę ir aplinkosauginę naudą, turinčią didelę reikšmę tvariam elektrinių vystymuisi ir eksploatacijai.