کاربرد فرآیند ترکیبی AO-فنتون-BAC در تصفیه زهکشی خارجی در گردش نیروگاه

استفاده از مخزن واکنش AO + فنتون + فرآیند ترکیبی BAC برای درمان زهکشی خارجی در حال گردش در نیروگاه ها

سیستم آب در گردش یک سیستم خنک کننده ضروری برای عملیات نیروگاه است. اصل آن شامل وارد کردن آب سرد به کندانسور برای گردش مداوم برای خنک کردن واحدها است. این سیستم از طریق دمیدن مداوم و پر کردن منابع جدید آب به تعادل می رسد. بخشی از آب در سیستم آب در گردش گرم می شود و بخار تولید می کند که از طریق بالا به اتمسفر تخلیه می شود، در حالی که بخشی دیگر به عنوان زهکشی خارجی در گردش از نیروگاه به محیط تخلیه می شود.

در حال حاضر، اکثر نیروگاه های خانگی از فرآیند "پیش تصفیه + اولترافیلتراسیون + اسمز معکوس" برای تصفیه زهکشی خارجی در گردش استفاده می کنند. با این حال، فرآیند اولترافیلتراسیون و اسمز معکوس چندین مشکل دارد: (1) فرآیندهای پیش تصفیه ناکافی منجر به اثرات پیش تصفیه ضعیف می شود که کارایی تصفیه فرآیندهای بعدی را کاهش می دهد. (2) در حین کار، غشاها به طور مکرر و شدید توسط آلاینده‌ها مسدود می‌شوند، که اپراتورها را ملزم به تمیز کردن مکرر شیمیایی غشاء می‌کند، عمر مفید غشاء را کوتاه می‌کند، نیاز به تعویض مکرر غشا و در نتیجه هزینه‌های بالای جایگزینی غشا را به همراه دارد. بازدارنده‌های رسوب و بازدارنده‌های خوردگی در حین کار رسوب می‌کنند، فیلترهای کارتریج و غشاهای اسمز معکوس را مسدود می‌کنند که منجر به تمیز کردن مکرر شیمیایی غشا و تعویض کارتریج فیلتر در حین کار می‌شود. علاوه بر این، بازدارنده‌های رسوب و بازدارنده‌های خوردگی به راحتی با یون‌های{8} ظرفیت بالا واکنش می‌دهند و بر تشکیل لخته تأثیر می‌گذارند و در نتیجه اثر انعقادی ضعیفی دارند. (3) سیستم های غشایی نیاز به سرمایه گذاری بالای ساخت و ساز دارند و در طول عملیات و نگهداری از اپراتورها به تخصص فنی بالایی نیاز دارند.

یک تصفیه خانه جامع فاضلاب در یک نیروگاه خاص، فرآیند ترکیبی AO + Fenton Reaction Tanke + BAC را برای تصفیه زهکشی خارجی در گردش استفاده کرد. این فرآیند نه تنها کیفیت پساب خوب و عملکرد ساده را به دست می‌آورد، بلکه هزینه‌های عملیاتی نیروگاه را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد و از محیط زیست محیطی اطراف محافظت می‌کند.
 

1 تجزیه و تحلیل کیفیت فاضلاب

زهکشی خارجی در حال گردش از نیروگاه عمدتاً از آب مورد استفاده برای خنک کردن واحدها از طریق گردش مداوم در کندانسور حاصل می شود. این نوع فاضلاب با غلظت مواد آلی کم و تجزیه پذیری زیستی ضعیف مشخص می شود. علاوه بر این، برای جلوگیری از پوسته پوسته شدن خط لوله در طول چرخش مجدد آب خنک‌کننده، نیروگاه به طور منظم بازدارنده‌های رسوب و بازدارنده‌های خوردگی را به آب در گردش اضافه می‌کند که منجر به محتوای نیتروژن کل نسبتاً بالایی در آب خنک‌کننده در گردش می‌شود. خصوصیات دیگر عبارتند از شوری بالا، غلظت بالای یونهای{3} با ظرفیت بالا مانند Fe3+، Ca2+، Mg2+، Al3+، و سختی نسبتاً بالا.

بر اساس این ویژگی های فاضلاب، تصفیه خانه جامع فاضلاب ابتدا یک مخزن AO را برای حذف نیتروژن آمونیاکی و نیتروژن کل از فاضلاب نصب کرد. پس از آن، یک مخزن واکنش فنتون پس از فرآیند تصفیه بیولوژیکی برای تولید اکسیدان های قوی از طریق واکنش شیمیایی بین پراکسید هیدروژن و سولفات آهن، تجزیه ترکیبات آلی مقاوم به ترکیبات به راحتی قابل تجزیه و کاهش نیاز شیمیایی به اکسیژن و فسفر کل نصب شد. در نهایت، یک مخزن ته نشینی لوله شیبدار و مخزن BAC برای حذف SS و نیتروژن آمونیاکی مورد استفاده قرار گرفت و به انطباق دست یافت.

2 بررسی اجمالی پروژه

2.1 نرخ جریان و کیفیت آب

سرعت جریان 220 m³/h است. کیفیت آب ورودی بر اساس داده های پایش تعیین شد و کیفیت پساب باید با استانداردهای تخلیه کلاس A "استاندارد تخلیه آلاینده ها برای تصفیه خانه فاضلاب شهری" (GB18918-2002) مطابقت داشته باشد. همانطور که در نشان داده شده استجدول 1فاضلاب ورودی در این پروژه با CODcr بالا، نیتروژن کل، فسفر کل و SS با نیتروژن آمونیاک نسبتا کم و فسفر کل مشخص می شود.

 2.2 چالش های کلیدی پروژه

فاضلاب این پروژه زهکشی خارجی نیروگاه را به گردش در می آورد. چالش‌های کلیدی در تصفیه، آلاینده‌های مقاوم مانند CODcr، فسفر کل و نیتروژن کل در فاضلاب تولیدی است.

(1) فاضلاب نسبت B/C پایینی دارد. در طول عملیات واقعی این پروژه، پساب ممکن است حاوی مقدار قابل توجهی از مواد آلی مقاوم باشد که تجزیه زیستی آن دشوار است، با نسبت B/C تقریباً 0.08، که در دسته-تجزیه زیستی{4}}سخت قرار می‌گیرد. فرآیند تصفیه برای این پروژه نیاز به ترکیب اقدامات اکسیداسیون پیشرفته برای افزایش نسبت B/C و در نتیجه بهبود زیست تخریب پذیری دارد. این یک چالش کلیدی در تصفیه فاضلاب این پروژه است.

(2) فاضلاب حاوی سطوح بالایی از ترکیبات آلی ماکرومولکولی است که حذف آنها از طریق تصفیه بیولوژیکی معمولی به تنهایی دشوار است. این یکی دیگر از چالش های کلیدی در تصفیه فاضلاب این پروژه است.

(3) برای کاهش هزینه های عملیاتی و بهبود کارایی پروژه، طراحی باید تعداد پمپ های مورد استفاده برای بالا بردن فاضلاب و لجن را به حداقل برساند و از جریان گرانشی حداکثر استفاده را ببرد. این یک تمرکز کلیدی برای این پروژه است و برای کاهش هزینه های عملیاتی بسیار مهم است.

2.3 فرآیند درمان

(1) فرآیند پیش تصفیه. فاضلاب این پروژه حاوی انواع مختلفی از آلاینده ها، دارای ترکیبات پیچیده و تغییرات pH قابل توجهی است که تصفیه جامع را دشوار و پرهزینه می کند. یک مخزن یکسان سازی به طور جداگانه در فرآیند پیش تصفیه نصب شد تا جریان را همگن و یکسان کند و تأثیر نوسانات کیفیت آب بر روی سیستم تصفیه فاضلاب را کاهش دهد.

(2) فرآیند تصفیه بیولوژیکی. این فرآیند باید پیشرفته، بالغ، کارآمد، آسان برای کار، بسیار هوشمند، نیاز به حداقل فضا و هزینه های عملیاتی کم باشد. فرآیند "AO" برای این پروژه انتخاب شد. این فرآیند به طور گسترده در چین مورد استفاده قرار می گیرد و دارای فناوری پیشرفته و بالغ، راندمان تصفیه بالا، تولید راحت، تولید لجن باقی مانده کم و کیفیت پساب قابل اعتماد است.

(3) فرآیند درمان پیشرفته. فرآیند "اکسیداسیون فنتون + مخزن ته نشینی لوله شیبدار + BAC" به عنوان فرآیند تصفیه پیشرفته برای این پروژه انتخاب شد. این فرآیند از رادیکال‌های آزاد اکسیدکننده قوی تولید شده توسط واکنش فنتون برای اکسید کردن و تجزیه ترکیبات آلی مقاوم باقیمانده استفاده می‌کند و آنها را به ترکیبات آلی تبدیل می‌کند که می‌توانند توسط میکروارگانیسم‌های طبیعی تجزیه شوند. به طور همزمان، حذف فسفر را از طریق اقدامات شیمیایی افزایش می دهد و به عنوان محافظی برای اطمینان از انطباق کل فسفر عمل می کند. پس از آن، حذف مواد آلی از طریق رسوب در مخزن رسوب لوله شیبدار و جذب و تجزیه زیستی در مخزن BAC، با رعایت استانداردهای تخلیه کامل می شود.

(4) فرآیند تصفیه لجن. مخزن غلیظ کننده لجن دارای ظرفیت ذخیره سازی قوی، مصرف برق کم، هزینه های عملیاتی کم و عملکرد ساده است. پرس پیچ هزینه تجهیزات و نگهداری پایینی دارد، فضای کمتری را اشغال می کند، مواد شیمیایی کمتری مصرف می کند، صدای کم تولید می کند و خشکی کیک لجن را بین 20 تا 25 درصد به دست می آورد که عملکرد آبگیری خوبی را نشان می دهد.

2.4 نمودار جریان فرآیند

تصفیه خانه فاضلاب فرآیند "مخزن AO + مخزن ته نشینی ثانویه + مخزن واکنش فنتون + مخزن ته نشینی لوله شیبدار + BAC + مخزن ضد عفونی" را اتخاذ می کند، همانطور که در نشان داده شده است.شکل 1.

2.5 واحدها و توابع فرآیند

(1) مخزن تساوی. تأثیر نوسانات بار آلی بر فرآیندهای تصفیه بعدی را کاهش می دهد، از تغییرات سریع در نرخ جریان یا کیفیت آب از تأثیرگذاری بر فرآیندهای تصفیه پایین دست (بیولوژیکی یا شیمیایی) جلوگیری می کند و یک محیط پایدار برای میکروارگانیسم ها در فرآیندهای تصفیه بیولوژیکی و یک محیط واکنش پایدار در فرآیندهای تصفیه شیمیایی حفظ می کند. پمپ های شناور در مخزن برای بالا بردن فاضلاب به مخزن اکسیژن تعبیه شده است.

(2) مخزن AO. مخزن AO مجهز به میکسرهای ترکیبی بسته بندی و شناور است. بسته بندی ترکیبی فضای زندگی کافی را برای میکروارگانیسم های نیتروژن زدایی و میکروارگانیسم های هوازی فراهم می کند، در حالی که میکسرهای شناور توزیع یکنواخت مواد آلی را در آب تضمین می کنند. در تانک بدون اکسیژن، اکثر نیتروژن آمونیاکی حذف می شود. در مخزن هوازی، بیشتر مواد آلی حذف می‌شود، نیتروژن آمونیاکی به نیتروژن نیترات تبدیل می‌شود و محیط هوازی برای ارگانیسم‌های انباشته‌کننده فسفر- برای جذب فسفر ایجاد می‌شود. لجن غنی از فسفر در نهایت در مخزن ته نشینی ثانویه به عنوان لجن حذف می شود.

(3) مخزن رسوب ثانویه. مخزن ته نشینی ثانویه مجهز به خراشنده پل متحرک و پمپ های لجن است. پس از ته نشینی، لجن توسط اسکراپر پل متحرک به داخل قیف لجن خراش داده می شود و سپس توسط پمپ های لجن به مخزن لجن پمپ می شود و SS در فاضلاب را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد.

(4) مخزن واکنش فنتون. در pH پایین، H2O2 به طور کاتالیزوری توسط Fe2+ تجزیه می شود و OH تولید می کند که می تواند اکثر ترکیبات آلی موجود در آب را اکسید کند. همچنین می تواند ترکیبات آلی را که به سختی با واکنش های اکسیداسیون شیمیایی بیولوژیکی یا معمولی درمان می شوند، کاملا اکسید کند. · OH با مواد آلی موجود در فاضلاب واکنش می دهد، آنها را به CO2 و آب تجزیه می کند، به طور قابل توجهی غلظت ترکیبات آلی دشوار را در فاضلاب کاهش می دهد و نسبت B/C را افزایش می دهد، در نتیجه راندمان تصفیه مخزن BAC بعدی را بهبود می بخشد.

(5) مخزن رسوب لوله شیبدار. بسته بندی لوله شیبدار در مخزن ته نشینی لوله شیبدار، جامدات معلق و لخته های تشکیل شده در مخزن واکنش فنتون را روی سطح لوله های شیبدار تشکیل می دهد. از طریق نیروی جاذبه، لجن در پایین ته نشین می شود و توسط پمپ های لجن به مخزن غلیظ کننده لجن پمپ می شود و SS را در فاضلاب کاهش می دهد.

(6) مخزن میانی. تضمین کیفیت فاضلاب و سرعت جریان پایدار، تضمین فیلتراسیون یکنواخت و پایدار در فیلتر کربن فعال بیولوژیکی و بهبود راندمان فیلتراسیون مخزن BAC.

(7) مخزن BAC و مخزن شستشوی معکوس. مخزن BAC حاوی فیلتر کربن فعال است که دارای ظرفیت جذب قوی است و به طور موثر مواد مضر و میکروارگانیسم های موجود در آب را فیلتر می کند و مواد جامد معلق را حذف می کند. مخزن بک واش مجهز به پمپ های بک واش برای شستشوی معکوس محیط فیلتر در فیلتر، جلوگیری از گرفتگی است.

(8) مخزن ضد عفونی. هیپوکلریت سدیم به مخزن اضافه می شود تا باکتری های مضر موجود در آب را از بین ببرد و محتوای باکتری های مضر فاضلاب را کاهش دهد.

(9) مخزن لجن و پرس پیچ. لجن مخزن AO، مخزن ته نشینی ثانویه، مخزن ته نشینی لوله شیبدار و مخزن BAC توسط پمپ های لجن به مخزن لجن پمپ می شود. پس از غلیظ شدن، لجن توسط پمپ های لجن (با اضافه شدن PAM کاتیونی در هنگام آبگیری) به پرس پیچی پمپ می شود. از طریق مخزن غلیظ کننده لجن و پرس پیچ، رطوبت لجن به میزان قابل توجهی کاهش می یابد و دفع آن را تسهیل می کند.

2.6 ویژگی های فرآیند ترکیبی

(1) مخزن AO دارای راندمان حذف بالایی برای مواد آلی، نیتروژن آمونیاکی و سایر آلاینده های موجود در فاضلاب است. در مخزن بدون اکسیژن، باکتری ها ترکیبات آلی حاوی C را برای تکمیل انرژی خود مصرف می کنند و نیترات نیترات برگشتی از مخزن هوازی را به N2 کاهش می دهند، نیترات زدایی را تکمیل می کنند و در عین حال بخشی از BOD5 را نیز حذف می کنند. واکنش‌های هیدرولیز نیز در مخزن بدون اکسیژن رخ می‌دهد و نسبت B/C فاضلاب را افزایش می‌دهد و تجزیه‌پذیری زیستی آن را بهبود می‌بخشد. در تانک هوازی، اکثر مواد آلی و فسفر حذف شده و نیتروژن آمونیاکی به نیتروژن نیترات تبدیل می شود.

(2) مخزن واکنش فنتون از معرف های فنتون اکسید کننده قوی (Fe2+ و H2O2 مخلوط شده در نسبت معینی) برای تولید ·OH بسیار اکسید کننده استفاده می کند که اثرات اکسیداسیون خوبی را ارائه می دهد. محصولات واکنش CO2 و آب غیر سمی و بی ضرر هستند. این فرآیند دارای ویژگی های عملیاتی خوب، سرعت و هزینه نسبتا پایین تصفیه در دمای اتاق، راندمان اکسیداسیون بالا، هزینه های تصفیه پایین است و می تواند به طور قابل توجهی دشواری تصفیه فاضلاب را کاهش دهد.

(3) از دیدگاه سازمانی، چیدمان مخزن AO ابتدا و سپس مخزن واکنش فنتون به طور قابل توجهی هزینه های عملیاتی را در مقایسه با چیدمان مخزن واکنش فنتون و سپس مخزن AO کاهش می دهد. اگر ابتدا مخزن واکنش فنتون و سپس مخزن AO قرار می گرفت، بار آلی روی مخزن AO افزایش می یابد، که باید مولکول های آلی با ظرفیت بالا را که از اکسیداسیون ترکیبات آلی مقاوم در مخزن واکنش فنتون تشکیل شده اند، درمان کند. این امر مستلزم افزودن مقادیر زیادی از منابع کربن در طول عملیات است که به طور قابل توجهی هزینه های تهیه منبع کربن و هزینه های عملیاتی را افزایش می دهد. چیدمان مخزن AO ابتدا و سپس مخزن واکنش فنتون امکان تصفیه مواد آلی تجزیه پذیر در بخش جلویی و مواد آلی مقاوم در قسمت پشت را فراهم می کند و هزینه های عملیاتی را کاهش می دهد و در عین حال غلظت مواد آلی در فاضلاب را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد.

(4) با توجه به COD بالا در پساب، BAC به عنوان فرآیند تصفیه پیشرفته برای کاهش بیشتر مواد آلی در فاضلاب انتخاب شد. کربن فعال دارای سطح ویژه بزرگی است که به مواد آلی و میکروارگانیسم‌ها اجازه می‌دهد به آن بچسبند، زمان تماس آنها را افزایش داده و در نتیجه کارایی تجزیه میکروبی را بهبود می‌بخشد. علاوه بر کربن فعال، مخزن به یک سیستم هوادهی نیز مجهز است که نه تنها سرعت حرکت مواد آلی را در آب افزایش می‌دهد، اکسیژن را به میکروارگانیسم‌ها می‌رساند و راندمان تصفیه را بهبود می‌بخشد، بلکه تماس بین میکروارگانیسم‌های معلق و مواد آلی موجود در ورودی را افزایش می‌دهد و راندمان میکروارگانیسم‌های تصفیه را افزایش می‌دهد.

2.7 واحدها و پارامترهای فرآیند

واحدهای فرآیند و پارامترهای این پروژه در نشان داده شده استجدول 2.

3 وضعیت عملیات

این پروژه در ژوئن 2022 مورد پذیرش قرار گرفت، با تمام شاخص های آلاینده در پساب مطابق با استانداردهای تخلیه مشخص شده، نشان داده شده درجدول 3.

4 هزینه های عملیاتی

کل هزینه های عملیاتی برای این پروژه نشان داده شده استجدول 4.

5 مزایای اقتصادی، اجتماعی و زیست محیطی

5.1 مزایای اقتصادی 

اجرای این طرح دارای مزایای اقتصادی قابل توجهی است. اول، هزینه های شرکت را کاهش می دهد. بدون این پروژه، تصفیه زهکشی خارجی در گردش از نیروگاه نیازمند برون سپاری به نهادهای واجد شرایط است. به دلیل غلظت زیاد و حجم زیاد زهکشی خارجی در گردش، هزینه های درمان و حمل و نقل برون سپاری بالاست. در صورت برون سپاری درمان به نهادهای واجد شرایط، جریمه هایی از سوی مقامات مربوطه به همراه خواهد داشت. بنابراین اجرای این پروژه هزینه های تصفیه فاضلاب و جریمه های احتمالی شرکت را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد. دوم اینکه هزینه های اجتماعی را کاهش می دهد. اگر زهکش خارجی در گردش بدون تصفیه تخلیه شود، آلودگی آب حاصله باعث کاهش عملکرد کشاورزی و شیلات می شود و بر توسعه کشاورزی و شیلات اطراف تأثیر می گذارد. بنابراین اجرای این طرح هزینه های اجتماعی را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد. ثالثاً به طور غیر مستقیم هزینه های درمانی ساکنان را کاهش می دهد. بدون این پروژه، محیط زیست آب های زیرزمینی به ناچار آلوده می شود و سلامت ساکنان اطراف را به خطر می اندازد و هزینه های درمانی آنها را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد. بنابراین اجرای این طرح به طور غیرمستقیم هزینه های درمانی ساکنان را کاهش می دهد. در نهایت ارزش زمین را افزایش می دهد. اجرای این پروژه با کاهش آلودگی ناشی از زهکشی خارجی در گردش نیروگاه، زمین های اطراف را برای سرمایه گذاری و ساخت کارخانه جذاب تر می کند.

5.2 مزایای اجتماعی

اجرای این طرح دارای مزایای اجتماعی قابل توجهی است. ابتدا از محیط آبی اطراف محافظت می کند. تخلیه مستقیم زهکش خارجی در گردش با غلظت بالای مواد مضر، آسیب زیادی به محیط آبی اطراف وارد کرده و اکوسیستم آبی را تحت تأثیر قرار می دهد. دوم، از سلامت ساکنان مجاور محافظت می کند و کیفیت زندگی آنها را افزایش می دهد. غلظت بالای مواد آلی در زهکشی خارجی در گردش باعث سیاه شدن و بدبو شدن رودخانه ها در صورت تخلیه می شود. علاوه بر این، به طور قابل توجهی کیفیت آب را تحت تأثیر قرار می دهد، و زنده ماندن حیوانات آبزی مانند ماهی را غیرممکن می کند و منجر به بوی بد ماهی می شود و بر محیط زندگی و کیفیت زندگی ساکنان اطراف تأثیر می گذارد. بنابراین اجرای این پروژه تا حد زیادی از سلامت ساکنین مجاور محافظت می کند.

5.3 مزایای زیست محیطی

اجرای این پروژه به میزان قابل توجهی از آلودگی آبهای اطراف ناشی از زهکشی خارجی در گردش نیروگاه می کاهد و از محیط زندگی ساکنان مجاور محافظت می کند. CODcr سالانه را تقریباً 385 تن، BOD5 را تقریباً 23 تن، TN را تقریباً 150 تن، TP را تقریباً 3 تن و SS را تقریباً 370 تن کاهش می دهد.

6 نتیجه گیری

این مورد پروژه نشان می‌دهد که فرآیند ترکیبی مخزن واکنش AO + فنتون + BAC به طور موثر آلاینده‌ها را در زهکشی خارجی در گردش از نیروگاه‌ها درمان می‌کند و به کیفیت پساب پایدار دست می‌یابد که مطابق با استانداردهای تخلیه مشخص است. کاهش CODcr به 85 درصد، کاهش نیتروژن کل به 87 درصد و کاهش کل فسفر به 90 درصد می رسد. اگرچه نرخ حذف برای BOD5 و نیتروژن آمونیاکی به دلیل غلظت کم نفوذی آنها بالا نیست، آنها هنوز هم به طور مداوم استانداردها را برآورده می کنند. این نشان می دهد که فرآیند ترکیبی مخزن واکنش AO + فنتون + BAC به اثرات تصفیه قابل توجه و کیفیت عالی پساب برای زهکشی خارجی نیروگاه در گردش می رسد. این فرآیند ترکیبی می تواند به درجه بالایی از اتوماسیون دست یابد، نیازهای فنی پایینی دارد و عملیات و مدیریت ساده را ارائه می دهد. این مرجع ارزشمند برای سایر پروژه‌هایی است که زهکشی خارجی در گردش از نیروگاه‌ها را درمان می‌کنند و در عین حال مزایای اقتصادی، اجتماعی و زیست‌محیطی قابل‌توجهی را ارائه می‌دهند و اهمیت زیادی برای توسعه و بهره‌برداری پایدار نیروگاه‌ها دارند.