Applicazione del processo combinato AO-Fenton-BAC nel trattamento del drenaggio esterno circolante delle centrali elettriche Descrizione

Applicazione del processo combinato AO + Fenton Reaction Tank + BAC per il trattamento del drenaggio esterno circolante nelle centrali elettriche

Il sistema di circolazione dell'acqua è un sistema di raffreddamento essenziale necessario per il funzionamento delle centrali elettriche. Il suo principio prevede l'immissione di acqua fredda nel condensatore per una circolazione continua per il raffreddamento delle unità. Il sistema raggiunge l'equilibrio attraverso lo spurgo continuo e il rifornimento con nuove fonti d'acqua. Una parte dell'acqua nel sistema di circolazione viene riscaldata e genera vapore, che viene scaricato nell'atmosfera attraverso l'alto, mentre un'altra parte viene scaricata nell'ambiente come drenaggio esterno circolante dalla centrale elettrica.

Attualmente, la maggior parte delle centrali elettriche domestiche utilizza un processo di "pretrattamento + ultrafiltrazione + osmosi inversa" per trattare il drenaggio esterno circolante. Tuttavia, il processo di ultrafiltrazione e osmosi inversa presenta diversi problemi: (1) Processi di pretrattamento inadeguati determinano scarsi effetti di pretrattamento, il che riduce l'efficienza del trattamento dei processi successivi. (2) Durante il funzionamento, le membrane sono frequentemente e gravemente intasate da sostanze inquinanti, richiedendo agli operatori di eseguire frequenti pulizie chimiche della membrana, riducendo la durata utile della membrana, rendendo necessaria la frequente sostituzione della membrana e con conseguenti elevati costi di sostituzione della membrana. Gli inibitori delle incrostazioni e gli inibitori della corrosione precipitano durante il funzionamento, intasando i filtri a cartuccia e le membrane ad osmosi inversa, comportando una frequente pulizia chimica della membrana e la sostituzione della cartuccia del filtro durante il funzionamento. Inoltre, gli inibitori delle incrostazioni e gli inibitori della corrosione reagiscono facilmente con gli ioni ad alta-valente, influenzando la formazione dei fiocchi, con conseguente scarsa efficacia della coagulazione. (3) I sistemi a membrana richiedono ingenti investimenti di costruzione e richiedono elevate competenze tecniche da parte degli operatori durante il funzionamento e la manutenzione.

Un impianto completo di trattamento delle acque reflue presso una determinata centrale elettrica ha adottato il processo combinato AO + vasca di reazione Fenton + BAC per trattare il drenaggio esterno circolante. Questo processo non solo consente di ottenere una buona qualità degli effluenti e un funzionamento semplice, ma riduce anche significativamente i costi operativi dell'impianto e protegge l'ambiente ecologico circostante.
 

1 Analisi della qualità delle acque reflue

Il drenaggio esterno circolante della centrale proviene principalmente dall'acqua utilizzata per le unità di raffreddamento attraverso la circolazione continua nel condensatore. Questo tipo di acque reflue sono caratterizzate da una bassa concentrazione di sostanza organica e da una scarsa biodegradabilità. Inoltre, per evitare incrostazioni sulle tubazioni durante il ricircolo dell'acqua di raffreddamento, la centrale elettrica aggiunge regolarmente inibitori di incrostazione e inibitori di corrosione all'acqua circolante, determinando un contenuto di azoto totale relativamente elevato nell'acqua di raffreddamento circolante. Altre caratteristiche includono elevata salinità, alte concentrazioni di ioni ad alto-valente come Fe³⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Al³⁺ e durezza relativamente elevata.

Sulla base di queste caratteristiche delle acque reflue, l'impianto completo di trattamento delle acque reflue ha innanzitutto installato un serbatoio AO per rimuovere l'azoto ammoniacale e l'azoto totale dalle acque reflue. Successivamente, dopo il processo di trattamento biologico, è stata installata una vasca di reazione Fenton per generare forti ossidanti attraverso la reazione chimica tra perossido di idrogeno e solfato ferroso, decomponendo i composti organici recalcitranti in composti facilmente degradabili e riducendo la richiesta chimica di ossigeno e fosforo totale. Infine, sono stati utilizzati un serbatoio di sedimentazione a tubo inclinato e un serbatoio BAC per rimuovere SS e azoto ammoniacale, ottenendo la conformità.

2 Panoramica del progetto

2.1 Portata e qualità dell'acqua

La portata è di 220 m³/h. La qualità dell'acqua influente è stata determinata sulla base dei dati di monitoraggio e la qualità degli effluenti deve essere conforme agli standard di scarico di Classe A dello "Standard di scarico degli inquinanti per l'impianto di trattamento delle acque reflue municipali" (GB18918-2002). Come mostrato inTabella 1, le acque reflue influenti in questo progetto sono caratterizzate da un elevato CODcr, azoto totale, fosforo totale e SS, con azoto ammoniacale e fosforo totale relativamente bassi.

 2.2 Sfide chiave del progetto

Le acque reflue in questo progetto circolano nel drenaggio esterno della centrale elettrica. Le sfide principali nel trattamento sono gli inquinanti recalcitranti come CODcr, fosforo totale e azoto totale nelle acque reflue di produzione.

(1) Le acque reflue hanno un basso rapporto B/C. Durante il funzionamento effettivo di questo progetto, l'affluente può contenere una quantità significativa di materia organica recalcitrante difficile da biodegradare, con un rapporto B/C di circa 0,08, che rientra nella categoria difficile-da-biodegradare. Il processo di trattamento per questo progetto deve incorporare misure di ossidazione avanzate per aumentare il rapporto B/C e quindi migliorare la biodegradabilità. Ciò rappresenta una sfida chiave nel trattamento delle acque reflue per questo progetto.

(2) Le acque reflue contengono elevati livelli di composti organici macromolecolari, difficili da rimuovere mediante il solo trattamento biologico convenzionale. Questa è un’altra sfida chiave nel trattamento delle acque reflue per questo progetto.

(3) Per ridurre i costi operativi e migliorare l'efficienza del progetto, la progettazione dovrebbe ridurre al minimo il numero di pompe utilizzate per il sollevamento delle acque reflue e dei fanghi e sfruttare al massimo il flusso per gravità. Ciò rappresenta un obiettivo chiave per questo progetto ed è molto significativo per ridurre i costi operativi.

2.3 Processo di trattamento

(1) Processo di pretrattamento. Le acque reflue di questo progetto contengono molti tipi di inquinanti, hanno una composizione complessa e presentano significative variazioni di pH, rendendo il trattamento completo difficile e costoso. Un serbatoio di equalizzazione è stato installato separatamente nel processo di pretrattamento per omogeneizzare ed equalizzare il flusso, riducendo l'impatto delle fluttuazioni della qualità dell'acqua sul sistema di trattamento delle acque reflue.

(2) Processo di trattamento biologico. Il processo deve essere avanzato, maturo, efficiente, facile da utilizzare, altamente intelligente, richiedere uno spazio minimo e avere bassi costi operativi. Per questo progetto è stato selezionato il processo "AO". Questo processo è ampiamente utilizzato in Cina e presenta una tecnologia avanzata e matura, un'elevata efficienza di purificazione, una produzione conveniente, una bassa produzione di fanghi residui e una qualità affidabile degli effluenti.

(3) Processo di trattamento avanzato. Il processo "Ossidazione Fenton + vasca di sedimentazione a tubi inclinati + BAC" è stato selezionato come processo di trattamento avanzato per questo progetto. Questo processo utilizza i forti radicali liberi ossidanti generati dalla reazione di Fenton per ossidare e decomporre i composti organici recalcitranti residui, convertendoli in composti organici che possono essere degradati da microrganismi naturali. Allo stesso tempo, migliora la rimozione del fosforo attraverso misure chimiche, fungendo da salvaguardia per garantire la totale conformità del fosforo. Successivamente, la rimozione della materia organica viene completata attraverso la sedimentazione nella vasca di sedimentazione a tubi inclinati e l'adsorbimento e la biodegradazione nella vasca BAC, rispettando gli standard di scarico.

(4) Processo di trattamento dei fanghi. Il serbatoio di ispessimento dei fanghi ha una forte capacità di stoccaggio, un basso consumo energetico, bassi costi operativi e un funzionamento semplice. La pressa a vite ha bassi costi di attrezzatura e manutenzione, occupa uno spazio minimo, consuma meno prodotti chimici, produce bassa rumorosità e raggiunge un grado di secchezza del pannello di fango compreso tra il 20% e il 25%, dimostrando buone prestazioni di disidratazione.

2.4 Diagramma del flusso del processo

L'impianto di trattamento delle acque reflue adotta il processo "serbatoio AO + serbatoio di sedimentazione secondaria + serbatoio di reazione Fenton + serbatoio di sedimentazione a tubo inclinato + BAC + serbatoio di disinfezione", come mostrato inFigura 1.

2.5 Unità e funzioni di processo

(1) Serbatoio di equalizzazione. Riduce l'impatto delle fluttuazioni del carico organico sui successivi processi di trattamento, impedisce che rapidi cambiamenti nella portata o nella qualità dell'acqua influenzino i processi di trattamento a valle (biologici o chimici) e mantiene un ambiente stabile per i microrganismi nei processi di trattamento biologico e un ambiente di reazione stabile nei processi di trattamento chimico. Nel serbatoio sono installate pompe sommerse per il sollevamento delle acque reflue nel serbatoio anossico.

(2) Serbatoio AO. Il serbatoio AO è dotato di baderna combinata e miscelatori sommergibili. L'impaccamento combinato offre ampio spazio vitale ai microrganismi denitrificatori e ai microrganismi aerobici, mentre i miscelatori sommersi assicurano una distribuzione uniforme della sostanza organica nell'acqua. Nel serbatoio anossico viene rimossa la maggior parte dell'azoto ammoniacale. Nella vasca aerobica, la maggior parte della materia organica viene rimossa, l'azoto ammoniacale viene convertito in azoto nitrato e viene creato un ambiente aerobico affinché gli organismi che accumulano fosforo- possano assorbirlo. I fanghi ricchi di fosforo- vengono infine rimossi nella vasca di sedimentazione secondaria come fanghi.

(3) Vasca di sedimentazione secondaria. La vasca di sedimentazione secondaria è dotata di raschia-ponte mobile e pompe fanghi. Dopo la sedimentazione, i fanghi vengono raschiati nella tramoggia dei fanghi dal raschiatore a ponte mobile e quindi pompati nel serbatoio dei fanghi tramite pompe per fanghi, riducendo significativamente l'SS nelle acque reflue.

(4) Serbatoio di reazione Fenton. A pH basso, H₂O₂ viene decomposto cataliticamente da Fe²⁺ per produrre ·OH, che può ossidare la maggior parte dei composti organici presenti nell'acqua. Può anche ossidare completamente composti organici difficili da trattare con reazioni di ossidazione chimica biologica o convenzionale. ·L'OH reagisce con le sostanze organiche presenti nelle acque reflue, decomponendole in CO₂ e acqua, riducendo significativamente la concentrazione di composti organici difficili-da-trattare nelle acque reflue e aumentando il rapporto B/C, migliorando così l'efficienza del trattamento del successivo serbatoio BAC.

(5) Serbatoio di sedimentazione a tubo inclinato. L'imballaggio del tubo inclinato nel serbatoio di sedimentazione del tubo inclinato aggrega i solidi sospesi e i fiocchi formati nel serbatoio di reazione Fenton sulla superficie dei tubi inclinati. Per gravità, i fanghi si depositano sul fondo e vengono pompati nella vasca di ispessimento dei fanghi mediante pompe per fanghi, riducendo l'SS nelle acque reflue.

(6) Serbatoio intermedio. Garantisce qualità e portata stabili delle acque reflue, garantendo una filtrazione uniforme e stabile nel filtro biologico a carboni attivi e migliorando l'efficienza di filtrazione del serbatoio BAC.

(7) Serbatoio BAC e serbatoio di controlavaggio. Il serbatoio BAC contiene media filtranti a carbone attivo, che hanno una forte capacità di assorbimento, filtrando efficacemente sostanze nocive e microrganismi nell'acqua e rimuovendo i solidi sospesi. Il serbatoio di controlavaggio è dotato di pompe di controlavaggio per il controlavaggio del materiale filtrante nel filtro, prevenendone l'intasamento.

(8) Serbatoio di disinfezione. L'ipoclorito di sodio viene aggiunto al serbatoio per uccidere i batteri nocivi presenti nell'acqua, riducendo il contenuto batterico dannoso delle acque reflue.

(9) Serbatoio fanghi e pressa a coclea. I fanghi provenienti dal serbatoio AO, dal serbatoio di sedimentazione secondaria, dal serbatoio di sedimentazione del tubo inclinato e dal serbatoio BAC vengono pompati nel serbatoio dei fanghi tramite pompe per fanghi. Dopo l'ispessimento, i fanghi vengono pompati nella pressa a coclea mediante pompe per fanghi (con aggiunta di PAM cationico durante la disidratazione). Attraverso la vasca di ispessimento fanghi e la pressa a coclea, il contenuto di umidità dei fanghi viene notevolmente ridotto, facilitandone lo smaltimento.

2.6 Caratteristiche del Processo Combinato

(1) Il serbatoio AO ha un'elevata efficienza di rimozione della materia organica, dell'azoto ammoniacale e di altri inquinanti nelle acque reflue. Nella vasca anossica, i batteri consumano composti organici contenenti C per integrare la loro energia e ridurre l'azoto nitrico restituito dalla vasca aerobica a N₂, completando la denitrificazione e rimuovendo anche parte del BOD₅. Anche nella vasca anossica si verificano reazioni di idrolisi, che aumentano il rapporto B/C delle acque reflue e ne migliorano la biodegradabilità. Nella vasca aerobica, la maggior parte della materia organica e del fosforo vengono rimossi e l'azoto ammoniacale viene convertito in azoto nitrico.

(2) Il serbatoio di reazione Fenton utilizza reagenti Fenton fortemente ossidanti (Fe²⁺ e H₂O₂ miscelati in una certa proporzione) per produrre ·OH altamente ossidante, che fornisce buoni effetti di trattamento di ossidazione. I prodotti di reazione, CO₂ e acqua, non sono-tossici e innocui. Il processo ha buone caratteristiche operative, velocità e costi di trattamento relativamente bassi a temperatura ambiente, elevata efficienza di ossidazione, bassi costi di trattamento e può ridurre significativamente la difficoltà del trattamento delle acque reflue.

(3) Dal punto di vista aziendale, la disposizione prima del serbatoio AO e poi del serbatoio di reazione Fenton riduce significativamente i costi operativi rispetto alla disposizione prima del serbatoio di reazione Fenton e poi del serbatoio AO. Se il serbatoio di reazione di Fenton fosse posizionato prima e poi il serbatoio di AO, il carico organico sul serbatoio di AO aumenterebbe, richiedendogli di trattare molecole organiche ad alta-valente formate dall'ossidazione di composti organici recalcitranti nel serbatoio di reazione di Fenton. Ciò richiederebbe l’aggiunta di grandi quantità di fonti di carbonio durante il funzionamento, aumentando significativamente i costi di approvvigionamento delle fonti di carbonio e i costi operativi. La disposizione prima del serbatoio AO e poi del serbatoio di reazione Fenton consente il trattamento della materia organica degradabile nella sezione anteriore e della materia organica recalcitrante nella sezione posteriore, riducendo i costi operativi e diminuendo significativamente la concentrazione di sostanza organica nelle acque reflue.

(4) Considerando l'elevato COD nell'affluente, il BAC è stato selezionato come processo di trattamento avanzato per ridurre ulteriormente la materia organica nelle acque reflue. Il carbone attivo ha un'ampia superficie specifica, che consente alla materia organica e ai microrganismi di aderire ad esso, prolungando il tempo di contatto e migliorando così l'efficienza della decomposizione microbica. Oltre ai carboni attivi, il serbatoio è dotato anche di un sistema di aerazione, che non solo aumenta la velocità di movimento della materia organica nell'acqua, fornisce ossigeno ai microrganismi e migliora l'efficienza depurativa, ma favorisce anche il contatto tra i microrganismi sospesi e le sostanze organiche nell'affluente, migliorando l'efficienza del trattamento dei microrganismi sospesi.

2.7 Unità e parametri di processo

Le unità di processo e i parametri per questo progetto sono mostrati inTabella 2.

3 Stato operativo

Questo progetto ha superato l'accettazione nel giugno 2022, con tutti gli indicatori di sostanze inquinanti negli effluenti che soddisfano gli standard di scarico specificati, mostrati inTabella 3.

4 Costi operativi

I costi operativi totali per questo progetto sono mostrati inTabella 4.

5 Benefici economici, sociali e ambientali

5.1 Benefici economici 

La realizzazione di questo progetto comporta notevoli vantaggi economici. Innanzitutto, riduce i costi aziendali. Senza questo progetto, il trattamento del drenaggio circolante esterno della centrale richiederebbe l'affidamento a soggetti qualificati. A causa dell'elevata concentrazione e del grande volume del drenaggio esterno circolante, i costi di trattamento e di trasporto sono elevati. La mancata esternalizzazione del trattamento a enti qualificati comporterebbe sanzioni da parte delle autorità competenti. Pertanto, l'attuazione di questo progetto riduce significativamente i costi di trattamento delle acque reflue dell'impresa e le potenziali multe. In secondo luogo, riduce i costi sociali. Se il drenaggio esterno circolante venisse scaricato non trattato, il conseguente inquinamento dell’acqua ridurrebbe i rendimenti agricoli e della pesca, influenzando lo sviluppo dell’agricoltura e della pesca circostanti. Pertanto, l’attuazione di questo progetto riduce significativamente i costi sociali. In terzo luogo, riduce indirettamente le spese mediche dei residenti. Senza questo progetto, l’ambiente delle falde acquifere sarebbe inevitabilmente inquinato, mettendo in pericolo la salute dei residenti circostanti e aumentando significativamente le loro spese mediche. Pertanto, l'attuazione di questo progetto riduce indirettamente le spese mediche dei residenti. Infine, aumenta il valore del terreno. L'attuazione di questo progetto riduce l'inquinamento dovuto al drenaggio esterno della centrale elettrica, rendendo il terreno circostante più attraente per gli investimenti e la costruzione di fabbriche.

5.2 Prestazioni sociali

La realizzazione di questo progetto comporta notevoli benefici sociali. Innanzitutto, protegge l'ambiente acquatico circostante. Lo scarico diretto del drenaggio esterno circolante con elevate concentrazioni di sostanze nocive causerebbe gravi danni all'ambiente acquatico circostante e influenzerebbe l'ecosistema acquatico. In secondo luogo, protegge la salute dei residenti nelle vicinanze e migliora la loro qualità di vita. L'elevata concentrazione di materia organica nel drenaggio esterno circolante farebbe sì che i fiumi diventino neri e odorosi se scaricati. Inoltre, influenzerebbe in modo significativo la qualità dell'acqua, rendendo impossibile la sopravvivenza degli animali acquatici come i pesci, causando la formazione di pesci- maleodoranti e influenzando l'ambiente di vita e la qualità della vita dei residenti circostanti. Pertanto, l'attuazione di questo progetto tutela notevolmente la salute dei residenti nelle vicinanze.

5.3 Benefici ambientali

L'attuazione di questo progetto riduce significativamente l'inquinamento dei corpi idrici circostanti causato dal drenaggio esterno circolante della centrale elettrica e protegge l'ambiente di vita dei residenti nelle vicinanze. Riduce il CODcr annuale di circa 385 tonnellate, il BOD₅ di circa 23 tonnellate, il TN di circa 150 tonnellate, il TP di circa 3 tonnellate e l'SS di circa 370 tonnellate.

6 Conclusione

Questo caso di progetto dimostra che il processo combinato AO + serbatoio di reazione Fenton + BAC tratta efficacemente gli inquinanti nel drenaggio esterno circolante delle centrali elettriche, ottenendo una qualità di effluente stabile che soddisfa gli standard di scarico specificati. La riduzione del CODcr raggiunge l'85%, la riduzione totale dell'azoto raggiunge l'87% e la riduzione totale del fosforo raggiunge il 90%. Sebbene i tassi di rimozione del BOD₅ e dell'azoto ammoniacale non siano elevati a causa delle basse concentrazioni di affluenti, soddisfano comunque costantemente gli standard. Ciò dimostra che il processo combinato AO + vasca di reazione Fenton + BAC raggiunge effetti di trattamento significativi e un'eccellente qualità degli effluenti per il drenaggio esterno della circolazione delle centrali elettriche. Questo processo combinato può raggiungere un elevato grado di automazione, presenta bassi requisiti tecnici e offre funzionamento e gestione semplici. Fornisce un prezioso riferimento per altri progetti che trattano il drenaggio esterno circolante delle centrali elettriche offrendo allo stesso tempo significativi benefici economici, sociali e ambientali, rivestendo un grande significato per lo sviluppo sostenibile e il funzionamento delle centrali elettriche.