יישום של AO-Fenton-תהליך משולב BAC בטיפול בתחנת כוח במחזור תיאור ניקוז חיצוני

יישום של AO + Fenton Reaction Tank + BAC תהליך משולב לטיפול בניקוז חיצוני במחזור בתחנות כוח

מערכת המים במחזור היא מערכת קירור חיונית הנדרשת לפעילות תחנות כוח. העיקרון שלו כולל הכנסת מים קרים למעבה למחזור רציף לקירור היחידות. המערכת משיגה איזון באמצעות נשיפה מתמשכת ומילוי מקורות מים חדשים. חלק מהמים במערכת המים הזורמים מתחממים ומייצרים אדים המוזרמים לאטמוספרה דרך החלק העליון, בעוד שחלק אחר מוזרם לסביבה כניקוז חיצוני במחזור מתחנת הכוח.

כיום, רוב תחנות הכוח הביתיות משתמשות בתהליך "טיפול מקדים + סינון אולטרה + אוסמוזה הפוכה" לטיפול בניקוז חיצוני במחזור. עם זאת, לתהליך האולטרה סינון ואוסמוזה הפוכה יש מספר בעיות: (1) תהליכי טיפול מקדים לא נאותים מביאים להשפעות טיפול מקדים גרועות, מה שמפחית את יעילות הטיפול בתהליכים הבאים. (2) במהלך הפעולה, הממברנות נסתמות באופן תכוף וחמור על ידי מזהמים, דבר המחייב את המפעילים לבצע ניקוי כימי תכוף של הממברנה, קיצור חיי השירות של הממברנה, מחייב החלפת ממברנה תכופה, וכתוצאה מכך עלויות החלפת ממברנות גבוהות. מעכבי אבנית ומעכבי קורוזיה משקעים במהלך הפעולה, סותמים את מסנני המחסנית וממברנות אוסמוזה הפוכה, מה שמוביל לניקוי כימי ממברנות תכופות והחלפת מחסנית מסנן במהלך הפעולה. בנוסף, מעכבי אבנית ומעכבי קורוזיה מגיבים בקלות עם יונים ערכיים- גבוהים, משפיעים על היווצרות פקקים, וכתוצאה מכך יעילות קרישה נמוכה. (3) מערכות ממברנות דורשות השקעת בנייה גבוהה ודורשות מומחיות טכנית גבוהה מהמפעילים במהלך התפעול והתחזוקה.

מתקן טיהור שפכים מקיף בתחנת כוח מסוימת אימץ את התהליך המשולב AO + Fenton תגובה + BAC לטיפול בניקוז חיצוני במחזור. תהליך זה משיג לא רק איכות שפכים טובה ותפעול פשוט אלא גם מפחית משמעותית את עלויות התפעול של המפעל ומגן על הסביבה האקולוגית שמסביב.
 

1 ניתוח איכות שפכים

הניקוז החיצוני במחזוריות מתחנת הכוח מגיע בעיקר ממים המשמשים ליחידות קירור באמצעות מחזור רציף במעבה. סוג זה של שפכים מאופיין בריכוז נמוך של חומרים אורגניים ובהתכלות ביולוגית ירודה. בנוסף, כדי למנוע אבנית בצנרת במהלך מחזור מי הקירור, תחנת הכוח מוסיפה באופן קבוע למים הזורמים מעכבי אבנית ומעכבי קורוזיה, וכתוצאה מכך תכולת חנקן גבוהה יחסית במי הקירור המסתובבים. מאפיינים נוספים כוללים מליחות גבוהה, ריכוז גבוה של יונים ערכיים- גבוהים כגון Fe³⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Al³⁺ וקשיות גבוהה יחסית.

בהתבסס על מאפייני שפכים אלו, המפעל המקיף לטיהור שפכים התקין תחילה מיכל AO לסילוק חנקן אמוניה וכלל חנקן מהשפכים. לאחר מכן, הותקן מיכל תגובה של פנטון לאחר תהליך הטיפול הביולוגי ליצירת חומרים חמצוניים חזקים באמצעות התגובה הכימית בין מי חמצן לסולפט ברזל, פירוק תרכובות אורגניות סוררות לתרכובות מתכלות בקלות והפחתת דרישת חמצן כימית וסך הזרחן. לבסוף, נעשה שימוש במיכל שיקוע צינור משופע ומיכל BAC כדי להסיר חנקן SS ואמוניה, והשגת תאימות.

2 סקירת פרויקט

2.1 קצב זרימה ואיכות מים

קצב הזרימה הוא 220 m³/h. איכות מי ההשפעה נקבעה על סמך נתוני ניטור, ואיכות הקולחים חייבת לעמוד בתקני הזרמה מסוג A של "תקן הזרמה של מזהמים למתקן טיהור שפכים עירוני" (GB18918-2002). כפי שמוצג בטבלה 1, מי השפכים המושפעים בפרויקט זה מאופיינים ב-CODcr גבוה, סך חנקן, סך זרחן ו-SS, עם חנקן אמוניה נמוך יחסית וזרחן כולל.

 2.2 אתגרים מרכזיים של הפרויקט

השפכים בפרויקט זה מזרימים ניקוז חיצוני מתחנת הכוח. האתגרים המרכזיים בטיפול הם המזהמים הסוררים כגון CODcr, סך זרחן וסך חנקן בשפכי הייצור.

(1) למי השפכים יש יחס B/C נמוך. במהלך הפעלתו בפועל של פרויקט זה, ההשפעה עשויה להכיל כמות משמעותית של חומר אורגני סורר שקשה לפירוק ביולוגי, עם יחס B/C של 0.08 בקירוב, שנכנס לקטגוריה הקשה-להתפרק-. תהליך הטיפול בפרויקט זה צריך לשלב אמצעי חמצון מתקדמים כדי להגדיל את יחס B/C ובכך לשפר את הפירוק הביולוגי. זה מייצג אתגר מרכזי בטיפול בשפכים עבור פרויקט זה.

(2) השפכים מכילים רמות גבוהות של תרכובות אורגניות מקרומולקולריות, שקשה להסרה באמצעות טיפול ביולוגי קונבנציונלי בלבד. זהו אתגר מרכזי נוסף בטיפול בשפכים עבור פרויקט זה.

(3) כדי להפחית את עלויות התפעול ולשפר את יעילות הפרויקט, התכנון צריך למזער את מספר המשאבות המשמשות להרמת שפכים ובוצה, ולעשות שימוש מרבי בזרימת כוח הכבידה. זה מייצג מוקד מרכזי לפרויקט זה והוא משמעותי ביותר להפחתת עלויות התפעול.

2.3 תהליך טיפול

(1) תהליך טיפול מקדים. מי השפכים בפרויקט זה מכילים סוגים רבים של מזהמים, בעלי הרכב מורכב, ומפגינים שינויים משמעותיים ב-pH, מה שמקשה ויקר את הטיפול המקיף. מיכל שוויון הותקן בנפרד בתהליך הטיפול המקדים כדי להומוג את הזרימה ולהשוות את הזרימה, להפחית את ההשפעה של תנודות איכות המים על מערכת הטיפול בשפכים.

(2) תהליך טיפול ביולוגי. התהליך צריך להיות מתקדם, בוגר, יעיל, קל לתפעול, אינטליגנטי ביותר, דורש שטח מינימלי ובעלויות תפעול נמוכות. תהליך "AO" נבחר עבור פרויקט זה. תהליך זה נמצא בשימוש נרחב בסין, הכולל טכנולוגיה מתקדמת ובוגרת, יעילות טיהור גבוהה, ייצור נוח, ייצור בוצה נמוך ואיכות קולחים אמינה.

(3) תהליך טיפול מתקדם. תהליך "חמצון פנטון + מיכל שיקוע צינור משופע + BAC" נבחר כתהליך הטיפול המתקדם לפרויקט זה. תהליך זה מנצל את הרדיקלים החופשיים המחמצנים החזקים שנוצרו על ידי תגובת פנטון כדי לחמצן ולפרק שאריות של תרכובות אורגניות סוררות, והפיכתן לתרכובות אורגניות הניתנות לפירוק על ידי מיקרואורגניזמים טבעיים. במקביל, הוא משפר את סילוק הזרחן באמצעות אמצעים כימיים, המשמש כאמצעי הגנה להבטחת עמידה מלאה בזרחן. לאחר מכן, הושלמה סילוק חומר אורגני באמצעות שיקוע במיכל שיקוע צינור משופע וספיחה ופירוק ביולוגי במיכל BAC, העומד בתקני הפריקה.

(4) תהליך טיפול בבוצה. למיכל עיבוי הבוצה קיבולת אחסון חזקה, צריכת חשמל נמוכה, עלויות תפעול נמוכות ותפעול פשוט. למכבש הבורג יש עלויות ציוד ותחזוקה נמוכות, תופס מקום מינימלי, צורך פחות כימיקלים, מייצר רעש נמוך ומשיג יובש של עוגת בוצה בין 20% ל-25%, מה שמוכיח ביצועי הסרת מים טובים.

2.4 תרשים זרימת תהליך

המתקן לטיפול בשפכים מאמץ את תהליך "מיכל AO + מיכל שיקוע משני + מיכל תגובה של פנטון + מיכל שיקוע צינור משופע + BAC + מיכל חיטוי", כפי שמוצג ב-איור 1.

2.5 יחידות ופונקציות תהליך

(1) מיכל שוויון. מפחית את ההשפעה של תנודות עומס אורגני על תהליכי הטיפול הבאים, מונע משינויים מהירים בקצב הזרימה או באיכות המים להשפיע על תהליכי הטיפול במורד הזרם (ביולוגי או כימי), ושומר על סביבה יציבה למיקרואורגניזמים בתהליכי טיפול ביולוגי וסביבת תגובה יציבה בתהליכי טיפול כימי. במיכל מותקנות משאבות טבולות להרמת שפכים למיכל האנוקסי.

(2) טנק AO. מיכל AO מצויד במיקסרים משולבים אריזה וצוללים. האריזה המשולבת מספקת מרחב מחיה נרחב ליצירת מיקרואורגניזמים ומיקרואורגניזמים אירוביים, בעוד שהמיקסרים הטבולים מבטיחים פיזור אחיד של חומר אורגני במים. במיכל האנוקסי, רוב חנקן האמוניה מוסר. במיכל האירובי מוציאים את רוב החומרים האורגניים, חנקן אמוניה הופך לחנקן חנקתי ונוצרת סביבה אירובית שאורגניזמים צוברים זרחן -יקלוטים זרחן. הבוצה העשירה- בזרחן מוסרת בסופו של דבר במיכל השקיעה המשני כבוצה.

(3) מיכל שיקוע משני. מיכל השקיעה המשני מצויד במגרדת גשר נוסע ומשאבות בוצה. לאחר שיקוע, בוצה נגרד לתוך קופר הבוצה על ידי מגרד הגשר הנוסע ולאחר מכן נשאבת אל מיכל הבוצה על ידי משאבות בוצה, מה שמפחית משמעותית את ה-SS בשפכים.

(4) מיכל תגובה של פנטון. ב-pH נמוך, H₂O₂ מפורק קטליטי על ידי Fe²⁺ כדי לייצר ·OH, שיכול לחמצן את רוב התרכובות האורגניות במים. זה יכול גם לחמצן לחלוטין תרכובות אורגניות שקשה לטפל בהן בתגובות חמצון ביולוגיות או קונבנציונליות. ·OH מגיב עם חומרים אורגניים בשפכים, מפרק אותם ל-CO₂ ומים, מפחית משמעותית את ריכוז התרכובות האורגניות הקשות-לטיפול בשפכים ומגדיל את יחס ה-B/C, ובכך משפר את יעילות הטיפול של מיכל ה-BAC הבא.

(5) מיכל שקיעה של צינור משופע. אריזת הצינור המשופע במיכל השקיעה של הצינור המשופע אוסף מוצקים מרחפים ופלקים הנוצרים במיכל התגובה של פנטון על פני הצינורות המשופעים. באמצעות כוח הכבידה, בוצה שוקעת בתחתית והיא נשאבת אל מיכל עיבוי הבוצה על ידי משאבות בוצה, תוך הפחתת SS בשפכים.

(6) מיכל ביניים. מבטיח איכות שפכים וקצב זרימה יציבים, מבטיח סינון אחיד ויציב במסנן הפחם הפעיל הביולוגי ושיפור יעילות הסינון של מיכל BAC.

(7) מיכל BAC ומיכל שטיפה לאחור. מיכל ה-BAC מכיל חומרי סינון פחם פעיל, בעלי יכולת ספיחה חזקה, מסננים ביעילות חומרים מזיקים ומיקרואורגניזמים במים וסילוק מוצקים מרחפים. מיכל השטיפה לאחור מצויד במשאבות לשטיפה לאחור לשטיפה לאחור של אמצעי הסינון במסנן, מניעת סתימה.

(8) מיכל חיטוי. נתרן היפוכלוריט מתווסף למיכל כדי להרוג חיידקים מזיקים במים, תוך הפחתת תכולת החיידקים המזיקים בשפכים.

(9) מיכל בוצה ומכבש בורג. בוצה ממיכל ה- AO, מיכל שיקוע משני, מיכל שיקוע צינור משופע ומכל BAC נשאבת לתוך מיכל הבוצה על ידי משאבות בוצה. לאחר עיבוי, הבוצה נשאבת למכבש הבורג על ידי משאבות בוצה (עם הוספת PAM קטיוני במהלך ההתייבשות). באמצעות מיכל עיבוי הבוצה ומכבש הבורג, תכולת הלחות של הבוצה מופחתת באופן משמעותי, מה שמקל על הסילוק.

2.6 מאפייני התהליך המשולב

(1) למיכל ה-AO יש יעילות סילוק גבוהה של חומרים אורגניים, חנקן אמוניה ומזהמים אחרים בשפכים. במיכל האנוקסי, חיידקים צורכים תרכובות אורגניות המכילות C כדי להשלים את האנרגיה שלהם ולהפחית את החנקן החנקתי המוחזר מהמיכל האירובי ל-N₂, ומשלימים דניטריפיקציה תוך הסרת חלק מה-BOD₅. תגובות הידרוליזה מתרחשות גם במיכל האנוקסי, מה שמגדיל את יחס ה-B/C של מי השפכים ומשפר את הפירוק הביולוגי שלהם. במיכל האירובי, מרבית החומר האורגני והזרחן מוסרים, וחנקן אמוניה הופך לחנקן חנקתי.

(2) מיכל התגובה של פנטון משתמש בריאגנטים של פנטון מחמצנים חזקים (Fe²⁺ ו- H₂O₂ מעורבבים בפרופורציה מסוימת) כדי לייצר ·OH בעל חמצון גבוה, המספק השפעות טובות לטיפול בחמצון. תוצרי התגובה CO₂ ומים אינם-רעילים ואינם מזיקים. לתהליך מאפיינים תפעוליים טובים, מהירות טיפול נמוכה יחסית ועלות בטמפרטורת החדר, יעילות חמצון גבוהה, עלויות טיפול נמוכות, ויכולה להפחית משמעותית את הקושי בטיפול בשפכים.

(3) מנקודת מבט ארגונית, סידור מיכל התגובה של פנטון תחילה ולאחר מכן מיכל התגובה של פנטון מפחית משמעותית את עלויות התפעול בהשוואה לסידור מיכל התגובה של פנטון תחילה ולאחר מכן מיכל התגובה של פנטון. אם מיכל התגובה של פנטון היה ממוקם תחילה ולאחר מכן את מיכל ה-AO, העומס האורגני על מיכל ה-AO היה גדל, ומחייב אותו לטפל במולקולות אורגניות גבוהות- הנוצרות מחמצון של תרכובות אורגניות סוררות במיכל התגובה של פנטון. זה יחייב הוספה של כמויות גדולות של מקורות פחמן במהלך הפעולה, מה שמגדיל משמעותית את עלויות רכש מקורות הפחמן ואת עלויות התפעול. סידור מיכל ה-AO תחילה ולאחר מכן מיכל התגובה של פנטון מאפשר טיפול בחומרים אורגניים מתכלים בחלק הקדמי ובחומר אורגני סורר בחלק האחורי, הפחתת עלויות התפעול תוך הורדה משמעותית של ריכוז החומר האורגני בשפכים.

(4) בהתחשב ב-COD הגבוה בשפכים, BAC נבחר כתהליך הטיפול המתקדם להפחתת החומר האורגני בשפכים. לפחם פעיל יש שטח פנים ספציפי גדול, המאפשר לחומרים אורגניים ולמיקרואורגניזמים להיצמד אליו, להאריך את זמן המגע שלהם ובכך לשפר את יעילות הפירוק המיקרוביאלי. בנוסף לפחם הפעיל, המיכל מצויד גם במערכת אוורור, אשר לא רק מגבירה את מהירות התנועה של חומר אורגני במים, מספקת חמצן למיקרואורגניזמים ומשפרת את יעילות הטיהור, אלא גם מקדמת מגע בין מיקרואורגניזמים מרחפים וחומרים אורגניים במי השפע, ומשפרת את יעילות הטיפול במיקרואורגניזמים מרחפים.

2.7 יחידות ופרמטרים של תהליך

יחידות התהליך והפרמטרים עבור פרויקט זה מוצגים בטבלה 2.

3 מצב פעולה

פרויקט זה עבר אישור ביוני 2022, כאשר כל מדדי המזהמים בשפכים עומדים בתקני ההזרמה המפורטים, המוצגים ב-טבלה 3.

4 עלויות תפעול

סך עלויות התפעול עבור פרויקט זה מוצגות בטבלה 4.

5 יתרונות כלכליים, חברתיים וסביבתיים

5.1 יתרונות כלכליים 

ליישום פרויקט זה יתרונות כלכליים משמעותיים. ראשית, זה מפחית את עלויות הארגון. ללא פרויקט זה, הטיפול בניקוז חיצוני במחזור מתחנת הכוח ידרוש מיקור חוץ לגורמים מוסמכים. בשל הריכוז הגבוה והנפח הגדול של הניקוז החיצוני במחזור, עלויות הטיפול וההובלה במיקור חוץ גבוהות. אי מיקור חוץ של טיפול לגורמים מוסמכים יגרור קנסות מהרשויות הרלוונטיות. לפיכך, יישום פרויקט זה מפחית משמעותית את עלויות הטיפול בשפכים של המיזם ואת הקנסות הפוטנציאליים. שנית, זה מפחית עלויות חברתיות. אם הניקוז החיצוני במחזור היה מוזרם ללא טיפול, זיהום המים הנובע מכך יפחית את התשואות החקלאיות והדיג, וישפיע על התפתחות החקלאות והדיג שמסביב. לפיכך, יישום פרויקט זה מפחית משמעותית את העלויות החברתיות. שלישית, היא מפחיתה בעקיפין את ההוצאות הרפואיות של התושבים. ללא פרויקט זה, סביבת מי התהום הייתה מזוהמת בהכרח, מסכנת את בריאותם של תושבי הסביבה ומגדילה משמעותית את הוצאותיהם הרפואיות. לפיכך, ביצוע פרויקט זה מפחית בעקיפין את ההוצאות הרפואיות של התושבים. לבסוף, זה מעלה את ערך הקרקע. יישום פרויקט זה מפחית את הזיהום מהניקוז החיצוני במחזוריות של תחנת הכוח, מה שהופך את הקרקע שמסביב לאטרקטיבית יותר להשקעה ולבניית מפעלים.

5.2 הטבות סוציאליות

ליישום פרויקט זה יתרונות חברתיים משמעותיים. ראשית, הוא מגן על סביבת המים שמסביב. הזרמה ישירה של ניקוז חיצוני במחזור עם ריכוזים גבוהים של חומרים מזיקים תגרום לפגיעה רבה בסביבת המים שמסביב ותשפיע על המערכת האקולוגית המימית. שנית, הוא מגן על בריאותם של התושבים הסמוכים ומשפר את איכות חייהם. ריכוז החומר האורגני הגבוה בניקוז החיצוני המסתובב יגרום לנהרות להפוך לשחורים וריחניים אם ייזרמו. בנוסף, זה ישפיע באופן משמעותי על איכות המים, מה שהופך את זה לבלתי אפשרי עבור חיות מים כגון דגים לשרוד, מה שיוביל לדגים בעלי ריח- מסריח ומשפיע על סביבת החיים ואיכות החיים של התושבים בסביבה. לכן, יישום פרויקט זה מגן מאוד על בריאותם של התושבים הסמוכים.

5.3 יתרונות סביבתיים

ביצוע פרויקט זה מפחית משמעותית את זיהום גופי המים מסביב מהניקוז החיצוני הסובב של תחנת הכוח ומגן על סביבת המגורים של התושבים הסמוכים. הוא מפחית CODcr שנתי בכ-385 טון, BOD₅ בכ-23 טון, TN בכ-150 טון, TP בכ-3 טון, ו-SS בכ-370 טון.

6 מסקנה

מקרה פרויקט זה מדגים שהתהליך המשולב של מיכל תגובה AO + Fenton + BAC מטפל ביעילות במזהמים במחזור ניקוז חיצוני מתחנות כוח, ומשיג איכות קולחים יציבה העומדת בתקני הזרמה שצוינו. הפחתת CODcr מגיעה ל-85%, הפחתת החנקן הכוללת מגיעה ל-87%, והפחתת הזרחן הכוללת מגיעה ל-90%. למרות ששיעורי ההסרה של BOD₅ וחנקן אמוניה אינם גבוהים בשל ריכוזי ההשפעה הנמוכים שלהם, הם עדיין עומדים בסטנדרטים באופן עקבי. זה מדגים שהתהליך המשולב של AO + Fenton + BAC משיג השפעות טיפול משמעותיות ואיכות קולחים מעולה עבור תחנת כוח שמזרימה ניקוז חיצוני. תהליך משולב זה יכול להשיג רמה גבוהה של אוטומציה, יש לו דרישות טכניות נמוכות, ומציע תפעול וניהול פשוטים. הוא מספק התייחסות חשובה לפרויקטים אחרים המטפלים בניקוז חיצוני במחזור מתחנות כוח תוך מתן יתרונות כלכליים, חברתיים וסביבתיים משמעותיים, בעלי משמעות רבה לפיתוח בר קיימא ותפעול תחנות כוח.