Aplicación del proceso combinado AO-Fenton-BAC en el tratamiento del drenaje externo circulante de una central eléctrica Descripción

Aplicación del proceso combinado AO + tanque de reacción Fenton + BAC para tratar el drenaje externo circulante en centrales eléctricas

El sistema de circulación de agua es un sistema de refrigeración esencial necesario para las operaciones de las centrales eléctricas. Su principio consiste en introducir agua fría en el condensador para que circule continuamente para enfriar las unidades. El sistema logra el equilibrio mediante purga y reposición continua con nuevas fuentes de agua. Parte del agua en el sistema de circulación de agua se calienta y genera vapor, que se descarga a la atmósfera a través de la parte superior, mientras que otra parte se descarga al medio ambiente como drenaje externo circulante de la planta de energía.

Actualmente, la mayoría de las centrales eléctricas domésticas utilizan un proceso de "pretratamiento + ultrafiltración + ósmosis inversa" para tratar el drenaje externo circulante. Sin embargo, el proceso de ultrafiltración y ósmosis inversa tiene varios problemas: (1) Los procesos de pretratamiento inadecuados dan como resultado efectos de pretratamiento deficientes, lo que reduce la eficiencia del tratamiento de los procesos posteriores. (2) Durante el funcionamiento, las membranas se obstruyen frecuente y gravemente por contaminantes, lo que requiere que los operadores realicen una limpieza química frecuente de las membranas, lo que acorta la vida útil de las membranas, requiere un reemplazo frecuente de las membranas y genera altos costos de reemplazo de las membranas. Los inhibidores de incrustaciones y de corrosión se precipitan durante la operación, obstruyendo los filtros de cartucho y las membranas de ósmosis inversa, lo que lleva a una limpieza química frecuente de las membranas y al reemplazo de los cartuchos de filtro durante la operación. Además, los inhibidores de incrustaciones y de corrosión reaccionan fácilmente con iones de alta-valencia, lo que afecta la formación de flóculos y da como resultado una eficacia de coagulación deficiente. (3) Los sistemas de membrana requieren una alta inversión en construcción y exigen una gran experiencia técnica de los operadores durante la operación y el mantenimiento.

Una planta de tratamiento integral de aguas residuales en una determinada central eléctrica adoptó el proceso combinado AO + tanque de reacción Fenton + BAC para tratar el drenaje externo circulante. Este proceso no sólo logra una buena calidad del efluente y un funcionamiento sencillo, sino que también reduce significativamente los costes operativos de la planta y protege el entorno ecológico circundante.
 

1 Análisis de la calidad de las aguas residuales

El drenaje externo circulante de la central eléctrica proviene principalmente del agua utilizada para las unidades de refrigeración a través de circulación continua en el condensador. Este tipo de aguas residuales se caracteriza por una baja concentración de materia orgánica y una escasa biodegradabilidad. Además, para evitar la formación de incrustaciones en las tuberías durante la recirculación del agua de refrigeración, la planta de energía añade periódicamente inhibidores de incrustaciones e inhibidores de corrosión al agua en circulación, lo que da como resultado un contenido total de nitrógeno relativamente alto en el agua de refrigeración en circulación. Otras características incluyen alta salinidad, altas concentraciones de iones de alta -valencia como Fe³⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Al³⁺ y una dureza relativamente alta.

Con base en estas características de las aguas residuales, la planta de tratamiento integral de aguas residuales instaló primero un tanque AO para eliminar el nitrógeno amoniacal y el nitrógeno total de las aguas residuales. Posteriormente, se instaló un tanque de reacción Fenton luego del proceso de tratamiento biológico para generar oxidantes fuertes mediante la reacción química entre peróxido de hidrógeno y sulfato ferroso, descomponiendo compuestos orgánicos recalcitrantes en fácilmente degradables y reduciendo la demanda química de oxígeno y fósforo total. Finalmente, se utilizó un tanque de sedimentación de tubo inclinado y un tanque BAC para eliminar SS y nitrógeno amoniacal, logrando el cumplimiento.

2 Descripción general del proyecto

2.1 Caudal y calidad del agua

El caudal es de 220 m³/h. La calidad del agua afluente se determinó con base en datos de monitoreo, y la calidad del efluente debe cumplir con los estándares de descarga Clase A del "Estándar de descarga de contaminantes para la planta de tratamiento de aguas residuales municipal" (GB18918-2002). Como se muestra enTabla 1, las aguas residuales afluentes en este proyecto se caracterizan por un alto CODcr, nitrógeno total, fósforo total y SS, con nitrógeno amoniacal y fósforo total relativamente bajos.

 2.2 Desafíos clave del proyecto

Las aguas residuales en este proyecto circulan por drenaje externo de la central eléctrica. Los desafíos clave en el tratamiento son los contaminantes recalcitrantes como CODcr, fósforo total y nitrógeno total en las aguas residuales de producción.

(1) Las aguas residuales tienen una relación B/C baja. Durante la operación real de este proyecto, el afluente puede contener una cantidad significativa de materia orgánica recalcitrante que es difícil de biodegradar, con una relación B/C de aproximadamente 0,08, que cae en la categoría de difícil-de-biodegradar. El proceso de tratamiento de este proyecto necesita incorporar medidas de oxidación avanzadas para aumentar la relación B/C y así mejorar la biodegradabilidad. Esto representa un desafío clave en el tratamiento de las aguas residuales de este proyecto.

(2) Las aguas residuales contienen altos niveles de compuestos orgánicos macromoleculares, que son difíciles de eliminar mediante un tratamiento biológico convencional únicamente. Este es otro desafío clave en el tratamiento de las aguas residuales de este proyecto.

(3) Para reducir los costos operativos y mejorar la eficiencia del proyecto, el diseño debe minimizar la cantidad de bombas utilizadas para elevar aguas residuales y lodos, y aprovechar al máximo el flujo por gravedad. Esto representa un enfoque clave para este proyecto y es muy importante para reducir los costos operativos.

2.3 Proceso de tratamiento

(1) Proceso de pretratamiento. Las aguas residuales de este proyecto contienen muchos tipos de contaminantes, tienen una composición compleja y exhiben una variación significativa del pH, lo que hace que el tratamiento integral sea difícil y costoso. Se instaló un tanque de ecualización por separado en el proceso de pretratamiento para homogeneizar e igualar el flujo, reduciendo el impacto de las fluctuaciones de la calidad del agua en el sistema de tratamiento de aguas residuales.

(2) Proceso de tratamiento biológico. El proceso debe ser avanzado, maduro, eficiente, fácil de operar, muy inteligente, requerir un espacio mínimo y tener bajos costos operativos. Para este proyecto se seleccionó el proceso "AO". Este proceso se utiliza ampliamente en China y presenta tecnología avanzada y madura, alta eficiencia de purificación, fabricación conveniente, baja producción de lodos residuales y calidad confiable del efluente.

(3) Proceso de tratamiento avanzado. El proceso "Oxidación Fenton + tanque de sedimentación de tubo inclinado + BAC" fue seleccionado como proceso de tratamiento avanzado para este proyecto. Este proceso utiliza los fuertes radicales libres oxidantes generados por la reacción de Fenton para oxidar y descomponer compuestos orgánicos recalcitrantes residuales, convirtiéndolos en compuestos orgánicos que pueden ser degradados por microorganismos naturales. Al mismo tiempo, mejora la eliminación de fósforo mediante medidas químicas, sirviendo como salvaguarda para garantizar el cumplimiento total del fósforo. Posteriormente se completa la remoción de la materia orgánica mediante sedimentación en el tanque de sedimentación de tubo inclinado y adsorción y biodegradación en el tanque BAC, cumpliendo con los estándares de descarga.

(4) Proceso de tratamiento de lodos. El tanque de espesamiento de lodos tiene una gran capacidad de almacenamiento, bajo consumo de energía, bajos costos operativos y operación simple. La prensa de tornillo tiene bajos costos de equipo y mantenimiento, ocupa un espacio mínimo, consume menos químicos, produce poco ruido y logra una sequedad de la torta de lodo entre 20% y 25%, lo que demuestra un buen rendimiento de deshidratación.

2.4 Diagrama de flujo del proceso

La planta de tratamiento de aguas residuales adopta el proceso "tanque AO + tanque de sedimentación secundaria + tanque de reacción Fenton + tanque de sedimentación de tubo inclinado + BAC + tanque de desinfección", como se muestra enFigura 1.

2.5 Unidades de proceso y funciones

(1) Tanque de ecualización. Reduce el impacto de las fluctuaciones de la carga orgánica en los procesos de tratamiento posteriores, evita que cambios rápidos en el caudal o la calidad del agua afecten los procesos de tratamiento posteriores (biológicos o químicos) y mantiene un ambiente estable para los microorganismos en los procesos de tratamiento biológico y un ambiente de reacción estable en los procesos de tratamiento químico. Se instalan bombas sumergibles en el tanque para elevar las aguas residuales al tanque anóxico.

(2) Tanque AO. El tanque AO está equipado con una empaquetadura combinada y mezcladores sumergibles. El embalaje combinado proporciona un amplio espacio habitable para los microorganismos desnitrificantes y aeróbicos, mientras que los mezcladores sumergibles garantizan una distribución uniforme de la materia orgánica en el agua. En el tanque anóxico se elimina la mayor parte del nitrógeno amoniacal. En el tanque aeróbico, se elimina la mayor parte de la materia orgánica, el nitrógeno amoniacal se convierte en nitrógeno nitrato y se crea un ambiente aeróbico para que los organismos que acumulan fósforo-lo absorban. El lodo rico en fósforo-se elimina finalmente en el tanque de sedimentación secundario como lodo.

(3) Tanque de sedimentación secundario. El tanque de sedimentación secundario está equipado con un puente rascador móvil y bombas de lodos. Después de la sedimentación, el lodo se raspa hacia la tolva de lodo mediante el raspador del puente móvil y luego se bombea al tanque de lodo mediante bombas de lodo, lo que reduce significativamente los SS en las aguas residuales.

(4) Tanque de reacción Fenton. A pH bajo, el Fe²⁺ descompone catalíticamente el H₂O₂ para producir ·OH, que puede oxidar la mayoría de los compuestos orgánicos en el agua. También puede oxidar completamente compuestos orgánicos que son difíciles de tratar con reacciones de oxidación químicas biológicas o convencionales. ·El OH reacciona con sustancias orgánicas en las aguas residuales, descomponiéndolas en CO₂ y agua, reduciendo significativamente la concentración de compuestos orgánicos difíciles-de-tratar en las aguas residuales y aumentando la relación B/C, mejorando así la eficiencia del tratamiento del tanque BAC posterior.

(5) Tanque de sedimentación de tubo inclinado. El empaque de tubo inclinado en el tanque de sedimentación de tubo inclinado agrega sólidos suspendidos y flóculos formados en el tanque de reacción Fenton en la superficie de los tubos inclinados. Por gravedad, los lodos se depositan en el fondo y son bombeados al tanque de espesamiento de lodos mediante bombas de lodos, reduciendo los SS en las aguas residuales.

(6) Tanque intermedio. Asegura una calidad y caudal de agua residual estable, garantizando una filtración uniforme y estable en el filtro biológico de carbón activado y mejorando la eficiencia de filtración del tanque BAC.

(7) Tanque BAC y tanque de retrolavado. El tanque BAC contiene medios filtrantes de carbón activado, que tienen una fuerte capacidad de adsorción, filtrando eficazmente sustancias nocivas y microorganismos en el agua y eliminando sólidos suspendidos. El tanque de retrolavado está equipado con bombas de retrolavado para retrolavar el medio filtrante en el filtro, evitando obstrucciones.

(8) Tanque de desinfección. Se agrega hipoclorito de sodio al tanque para matar las bacterias dañinas en el agua, reduciendo el contenido de bacterias dañinas en las aguas residuales.

(9) Tanque de lodos y prensa de tornillo. El lodo del tanque AO, el tanque de sedimentación secundario, el tanque de sedimentación de tubo inclinado y el tanque BAC se bombean al tanque de lodo mediante bombas de lodo. Después del espesamiento, el lodo se bombea a la prensa de tornillo mediante bombas de lodo (con PAM catiónico agregado durante la deshidratación). A través del tanque de espesamiento de lodos y la prensa de tornillo, se reduce significativamente el contenido de humedad de los lodos, facilitando su eliminación.

2.6 Características del Proceso Combinado

(1) El tanque AO tiene una alta eficiencia de eliminación de materia orgánica, nitrógeno amoniacal y otros contaminantes en las aguas residuales. En el tanque anóxico, las bacterias consumen compuestos orgánicos que contienen C para complementar su energía y reducir el nitrógeno nitrato que regresa del tanque aeróbico a N₂, completando la desnitrificación y al mismo tiempo eliminando parte de la DBO₅. Las reacciones de hidrólisis también ocurren en el tanque anóxico, aumentando la relación B/C del agua residual y mejorando su biodegradabilidad. En el tanque aeróbico, se elimina la mayor parte de la materia orgánica y el fósforo, y el nitrógeno amoniacal se convierte en nitrógeno nitrato.

(2) El tanque de reacción Fenton utiliza reactivos Fenton fuertemente oxidantes (Fe²⁺ y H₂O₂ mezclados en una determinada proporción) para producir ·OH altamente oxidante, que proporciona buenos efectos del tratamiento de oxidación. Los productos de reacción CO₂ y agua no son-tóxicos e inofensivos. El proceso tiene buenas características operativas, velocidad y costo de tratamiento relativamente bajos a temperatura ambiente, alta eficiencia de oxidación, bajos costos de tratamiento y puede reducir significativamente la dificultad del tratamiento de aguas residuales.

(3) Desde una perspectiva empresarial, disponer primero el tanque de reacción Fenton y luego el tanque de reacción Fenton reduce significativamente los costos operativos en comparación con disponer primero el tanque de reacción Fenton y luego el tanque de AO. Si el tanque de reacción Fenton se colocara primero y luego el tanque de AO, la carga orgánica en el tanque de AO aumentaría, lo que requeriría tratar moléculas orgánicas de alta-valencia formadas a partir de la oxidación de compuestos orgánicos recalcitrantes en el tanque de reacción Fenton. Esto requeriría la adición de grandes cantidades de fuentes de carbono durante la operación, lo que aumentaría significativamente los costos de adquisición de fuentes de carbono y los costos operativos. La disposición del tanque AO primero y luego el tanque de reacción Fenton permite el tratamiento de la materia orgánica degradable en la sección frontal y la materia orgánica recalcitrante en la sección trasera, lo que reduce los costos operativos y al mismo tiempo reduce significativamente la concentración de materia orgánica en las aguas residuales.

(4) Teniendo en cuenta la alta DQO en el afluente, se seleccionó BAC como proceso de tratamiento avanzado para reducir aún más la materia orgánica en las aguas residuales. El carbón activado tiene una gran superficie específica, lo que permite que la materia orgánica y los microorganismos se adhieran a él, extendiendo su tiempo de contacto y mejorando así la eficiencia de la descomposición microbiana. Además del carbón activado, el tanque también está equipado con un sistema de aireación, que no solo aumenta la velocidad de movimiento de la materia orgánica en el agua, proporciona oxígeno a los microorganismos y mejora la eficiencia de la purificación, sino que también promueve el contacto entre los microorganismos suspendidos y las sustancias orgánicas en el afluente, mejorando la eficiencia del tratamiento de los microorganismos suspendidos.

2.7 Unidades de proceso y parámetros

Las unidades de proceso y los parámetros para este proyecto se muestran enTabla 2.

3 Estado de operación

Este proyecto pasó la aceptación en junio de 2022, y todos los indicadores de contaminantes en el efluente cumplieron con los estándares de descarga especificados, como se muestra enTabla 3.

4 Costos operativos

Los costos operativos totales para este proyecto se muestran enTabla 4.

5 beneficios económicos, sociales y ambientales

5.1 Beneficios Económicos 

La implementación de este proyecto tiene importantes beneficios económicos. Primero, reduce los costos empresariales. Sin este proyecto, el tratamiento del drenaje externo circulante de la central requeriría la subcontratación a entidades calificadas. Debido a la alta concentración y el gran volumen del drenaje externo circulante, los costos de subcontratación de tratamiento y transporte son altos. No subcontratar el tratamiento a entidades calificadas daría lugar a multas de las autoridades pertinentes. Por lo tanto, la implementación de este proyecto reduce significativamente los costos de tratamiento de aguas residuales de la empresa y las posibles multas. En segundo lugar, reduce los costos sociales. Si el drenaje externo circulante se descargara sin tratamiento, la contaminación del agua resultante reduciría los rendimientos agrícolas y pesqueros, afectando el desarrollo de la agricultura y la pesca circundantes. Por lo tanto, la implementación de este proyecto reduce significativamente los costos sociales. En tercer lugar, reduce indirectamente los gastos médicos de los residentes. Sin este proyecto, el medio ambiente de las aguas subterráneas estaría inevitablemente contaminado, poniendo en peligro la salud de los residentes de los alrededores y aumentando significativamente sus gastos médicos. Por lo tanto, la implementación de este proyecto reduce indirectamente los gastos médicos de los residentes. Finalmente, aumenta el valor de la tierra. La implementación de este proyecto reduce la contaminación del drenaje externo circulante de la planta de energía, haciendo que el terreno circundante sea más atractivo para la inversión y la construcción de fábricas.

5.2 Beneficios Sociales

La implementación de este proyecto tiene importantes beneficios sociales. En primer lugar, protege el entorno acuático circundante. La descarga directa de drenaje externo circulante con altas concentraciones de sustancias nocivas causaría un gran daño al medio acuático circundante y afectaría el ecosistema acuático. En segundo lugar, protege la salud de los residentes cercanos y mejora su calidad de vida. La alta concentración de materia orgánica en el drenaje externo circulante haría que los ríos se volvieran negros y malolientes si se vierten. Además, afectaría significativamente la calidad del agua, haciendo imposible que los animales acuáticos como los peces sobrevivan, lo que provocaría malos olores-en peces y afectaría el entorno y la calidad de vida de los residentes de los alrededores. Por lo tanto, la implementación de este proyecto protege en gran medida la salud de los residentes cercanos.

5.3 Beneficios ambientales

La implementación de este proyecto reduce significativamente la contaminación de los cuerpos de agua circundantes debido al drenaje externo circulante de la central eléctrica y protege el entorno de vida de los residentes cercanos. Reduce la CODcr anual en aproximadamente 385 toneladas, la DBO₅ en aproximadamente 23 toneladas, el TN en aproximadamente 150 toneladas, el TP en aproximadamente 3 toneladas y el SS en aproximadamente 370 toneladas.

6 Conclusión

Este caso de proyecto demuestra que el proceso combinado AO + tanque de reacción Fenton + BAC trata eficazmente los contaminantes en el drenaje externo circulante de las plantas de energía, logrando una calidad estable del efluente que cumple con los estándares de descarga especificados. La reducción de CODcr alcanza el 85%, la reducción de nitrógeno total alcanza el 87% y la reducción de fósforo total alcanza el 90%. Aunque las tasas de eliminación de DBO₅ y nitrógeno amoniacal no son altas debido a sus bajas concentraciones en el afluente, aún así cumplen consistentemente con los estándares. Esto demuestra que el proceso combinado AO + tanque de reacción Fenton + BAC logra efectos de tratamiento significativos y una excelente calidad del efluente para el drenaje externo de circulación de la planta de energía. Este proceso combinado puede lograr un alto grado de automatización, tiene bajos requisitos técnicos y ofrece operación y administración simples. Proporciona una referencia valiosa para otros proyectos que tratan el drenaje externo circulante de plantas de energía y, al mismo tiempo, ofrece importantes beneficios económicos, sociales y ambientales, y tiene una gran importancia para el desarrollo sostenible y la operación de las plantas de energía.