تطبيق عملية AO-Fenton-BAC المجمعة في معالجة الصرف الخارجي لمحطات توليد الطاقة

تطبيق العملية المشتركة لخزان تفاعل AO + Fenton + BAC لمعالجة الصرف الخارجي المنتشر في محطات الطاقة

يعد نظام المياه المتداولة نظام تبريد أساسي مطلوب لعمليات محطة توليد الطاقة. يتضمن مبدأه إدخال الماء البارد في المكثف للتدوير المستمر لتبريد الوحدات. يحقق النظام التوازن من خلال التفريغ المستمر والتجديد بمصادر مياه جديدة. يسخن جزء من الماء في نظام المياه المتداول ويولد البخار، الذي يتم تصريفه إلى الغلاف الجوي من خلال الجزء العلوي، بينما يتم تصريف جزء آخر إلى البيئة على شكل تصريف خارجي متداول من محطة الطاقة.

حاليًا، تستخدم معظم محطات الطاقة المحلية عملية "المعالجة المسبقة + الترشيح الفائق + التناضح العكسي" لمعالجة الصرف الخارجي المنتشر. ومع ذلك، فإن عملية الترشيح الفائق والتناضح العكسي لها العديد من المشاكل: (1) تؤدي عمليات المعالجة المسبقة غير الكافية إلى تأثيرات معالجة مسبقة سيئة، مما يقلل من كفاءة المعالجة للعمليات اللاحقة. (2) أثناء التشغيل، يتم انسداد الأغشية بشكل متكرر وشديد بسبب الملوثات، مما يتطلب من المشغلين إجراء تنظيف كيميائي متكرر للغشاء، مما يؤدي إلى تقصير عمر خدمة الغشاء، مما يستلزم استبدال الغشاء بشكل متكرر، مما يؤدي إلى ارتفاع تكاليف استبدال الغشاء. تترسب مثبطات التكلس ومثبطات التآكل أثناء التشغيل، مما يؤدي إلى انسداد مرشحات الخرطوشة وأغشية التناضح العكسي، مما يؤدي إلى التنظيف الكيميائي المتكرر للغشاء واستبدال خرطوشة الفلتر أثناء التشغيل. بالإضافة إلى ذلك، تتفاعل مثبطات التكلس ومثبطات التآكل بسهولة مع أيونات التكافؤ العالية-، مما يؤثر على تكوين الكتلة، مما يؤدي إلى ضعف فعالية التخثر. (3) تتطلب أنظمة الأغشية استثمارًا عاليًا في البناء وتتطلب خبرة فنية عالية من المشغلين أثناء التشغيل والصيانة.

اعتمدت محطة معالجة مياه الصرف الصحي الشاملة في محطة طاقة معينة عملية AO + Fenton Reaction Tank + BAC لمعالجة الصرف الخارجي المتداول. لا تحقق هذه العملية جودة مياه الصرف الصحي الجيدة والتشغيل البسيط فحسب، بل تقلل أيضًا بشكل كبير من تكاليف تشغيل المحطة وتحمي البيئة البيئية المحيطة.
 

1 تحليل جودة مياه الصرف الصحي

يأتي الصرف الخارجي المتداول من محطة الطاقة بشكل أساسي من المياه المستخدمة لوحدات التبريد من خلال الدوران المستمر في المكثف. ويتميز هذا النوع من مياه الصرف الصحي بانخفاض تركيز المواد العضوية وضعف قابلية التحلل الحيوي. بالإضافة إلى ذلك، لمنع تقشر خطوط الأنابيب أثناء إعادة تدوير مياه التبريد، تضيف محطة الطاقة بانتظام مثبطات التكلس ومثبطات التآكل إلى المياه المتداولة، مما يؤدي إلى ارتفاع إجمالي محتوى النيتروجين في مياه التبريد المتداولة نسبيًا. وتشمل الخصائص الأخرى الملوحة العالية، والتركيزات العالية للأيونات عالية التكافؤ مثل Fe³⁺، Ca²⁺، Mg²⁺، Al³⁺، والصلابة العالية نسبيًا.

بناءً على خصائص مياه الصرف الصحي هذه، قامت محطة المعالجة الشاملة لمياه الصرف الصحي أولاً بتركيب خزان AO لإزالة نيتروجين الأمونيا والنيتروجين الكلي من مياه الصرف الصحي. بعد ذلك، تم تركيب خزان تفاعل فنتون بعد عملية المعالجة البيولوجية لتوليد مؤكسدات قوية من خلال التفاعل الكيميائي بين بيروكسيد الهيدروجين وكبريتات الحديدوز، مما يؤدي إلى تحلل المركبات العضوية غير المتجانسة إلى مركبات قابلة للتحلل بسهولة وتقليل الطلب الكيميائي على الأكسجين والفوسفور الإجمالي. وأخيرا، تم استخدام خزان الترسيب الأنبوبي المائل وخزان BAC لإزالة SS ونيتروجين الأمونيا، وتحقيق الامتثال.

2 نظرة عامة على المشروع

2.1 معدل التدفق وجودة المياه

معدل التدفق 220 م3/ساعة. تم تحديد جودة المياه المتدفقة بناءً على بيانات المراقبة، ويجب أن تمتثل جودة النفايات السائلة لمعايير تصريف الفئة أ الخاصة بـ "معيار تصريف الملوثات لمحطة معالجة مياه الصرف الصحي البلدية" (GB18918-2002). كما هو مبين فيالجدول 1تتميز مياه الصرف الصحي المتدفقة في هذا المشروع بارتفاع CODcr، والنيتروجين الكلي، والفوسفور الكلي، وSS، مع انخفاض نسبي في نيتروجين الأمونيا والفوسفور الكلي.

 2.2 التحديات الرئيسية للمشروع

يتم توزيع مياه الصرف الصحي في هذا المشروع من خلال الصرف الخارجي من محطة توليد الكهرباء. تتمثل التحديات الرئيسية في المعالجة في الملوثات المتمردة مثل CODcr والفوسفور الكلي والنيتروجين الكلي في مياه الصرف الصحي الناتجة عن الإنتاج.

(1) تحتوي مياه الصرف الصحي على نسبة B/C منخفضة. أثناء التشغيل الفعلي لهذا المشروع، قد يحتوي المتدفق على كمية كبيرة من المواد العضوية المتمردة التي يصعب التحلل الحيوي، مع نسبة B/C تبلغ حوالي 0.08، والتي تقع ضمن فئة -صعبة التحلل الحيوي-. تحتاج عملية المعالجة لهذا المشروع إلى دمج تدابير الأكسدة المتقدمة لزيادة نسبة B/C وبالتالي تحسين قابلية التحلل البيولوجي. ويمثل هذا تحديًا رئيسيًا في معالجة مياه الصرف الصحي لهذا المشروع.

(2) تحتوي مياه الصرف الصحي على مستويات عالية من المركبات العضوية الجزيئية، والتي يصعب إزالتها من خلال المعالجة البيولوجية التقليدية وحدها. وهذا هو التحدي الرئيسي الآخر في معالجة مياه الصرف الصحي لهذا المشروع.

(3) لتقليل تكاليف التشغيل وتحسين كفاءة المشروع، يجب أن يقلل التصميم من عدد المضخات المستخدمة لرفع مياه الصرف الصحي والحمأة، وتحقيق أقصى استفادة من تدفق الجاذبية. يمثل هذا محورًا رئيسيًا لهذا المشروع وله أهمية كبيرة في تقليل تكاليف التشغيل.

2.3 عملية العلاج

(1) عملية المعالجة. تحتوي مياه الصرف الصحي في هذا المشروع على أنواع عديدة من الملوثات، ولها تركيبة معقدة، وتظهر تباينًا كبيرًا في درجة الحموضة، مما يجعل المعالجة الشاملة صعبة ومكلفة. تم تركيب خزان معادلة بشكل منفصل في عملية المعالجة المسبقة لتجانس ومعادلة التدفق، مما يقلل من تأثير تقلبات نوعية المياه على نظام معالجة مياه الصرف الصحي.

(2) عملية المعالجة البيولوجية. يجب أن تكون العملية متقدمة وناضجة وفعالة وسهلة التشغيل وذكية للغاية وتتطلب مساحة صغيرة وتكاليف تشغيل منخفضة. تم اختيار عملية "AO" لهذا المشروع. يتم استخدام هذه العملية على نطاق واسع في الصين، وتتميز بالتكنولوجيا المتقدمة والناضجة، وكفاءة التنقية العالية، والتصنيع المريح، وإنتاج الحمأة المتبقية المنخفض، وجودة النفايات السائلة الموثوقة.

(3) عملية العلاج المتقدمة. تم اختيار عملية "أكسدة الفنتون + خزان الترسيب الأنبوبي المائل + BAC" كعملية معالجة متقدمة لهذا المشروع. تستخدم هذه العملية الجذور الحرة المؤكسدة القوية الناتجة عن تفاعل الفنتون لأكسدة وتحلل المركبات العضوية المتبقية، وتحويلها إلى مركبات عضوية يمكن أن تتحلل بواسطة الكائنات الحية الدقيقة الطبيعية. وفي الوقت نفسه، فإنه يعزز إزالة الفوسفور من خلال التدابير الكيميائية، ليكون بمثابة ضمانة لضمان الامتثال الكامل للفوسفور. بعد ذلك، يتم الانتهاء من إزالة المواد العضوية من خلال الترسيب في خزان الترسيب الأنبوبي المائل والامتزاز والتحلل البيولوجي في خزان BAC، بما يتوافق مع معايير التفريغ.

(4) عملية معالجة الحمأة. يتميز خزان سماكة الحمأة بقدرة تخزين قوية، واستهلاك منخفض للطاقة، وتكاليف تشغيل منخفضة، وتشغيل بسيط. تتميز المكبس اللولبي بتكاليف منخفضة للمعدات والصيانة، وتشغل مساحة صغيرة، وتستهلك مواد كيميائية أقل، وتنتج ضوضاء منخفضة، وتحقق تجفيف كعكة الحمأة بين 20% و25%، مما يدل على أداء جيد في نزح الماء.

2.4 مخطط تدفق العملية

تعتمد محطة معالجة مياه الصرف الصحي عملية "خزان AO + خزان ترسيب ثانوي + خزان تفاعل فنتون + خزان ترسيب الأنبوب المائل + BAC + خزان التطهير"، كما هو موضح فيالشكل 1.

2.5 وحدات المعالجة ووظائفها

(1) خزان المعادلة. يقلل من تأثير تقلبات الأحمال العضوية على عمليات المعالجة اللاحقة، ويمنع التغيرات السريعة في معدل التدفق أو جودة المياه من التأثير على عمليات المعالجة النهائية (البيولوجية أو الكيميائية)، ويحافظ على بيئة مستقرة للكائنات الحية الدقيقة في عمليات المعالجة البيولوجية وبيئة تفاعل مستقرة في عمليات المعالجة الكيميائية. يتم تركيب مضخات غاطسة في الخزان لرفع مياه الصرف الصحي إلى خزان الأكسجين.

(2) دبابة AO. تم تجهيز خزان AO بخلاطات تعبئة وغاطسة مدمجة. توفر التعبئة المدمجة مساحة معيشة واسعة للكائنات الحية الدقيقة والكائنات الحية الدقيقة الهوائية، بينما تضمن الخلاطات الغاطسة توزيعًا موحدًا للمواد العضوية في الماء. في خزان الأكسجين، تتم إزالة غالبية نيتروجين الأمونيا. في الخزان الهوائي، تتم إزالة معظم المواد العضوية، ويتم تحويل نيتروجين الأمونيا إلى نيتروجين نترات، ويتم إنشاء بيئة هوائية للكائنات الحية المتراكمة للفوسفور - لامتصاص الفوسفور. تتم إزالة الحمأة الغنية بالفوسفور- في النهاية في خزان الترسيب الثانوي كحمأة.

(3) خزان الترسيب الثانوي. تم تجهيز خزان الترسيب الثانوي بمكشطة جسر متنقلة ومضخات للحمأة. بعد الترسيب، يتم كشط الحمأة في قادوس الحمأة بواسطة مكشطة الجسر المتحرك ثم يتم ضخها إلى خزان الحمأة بواسطة مضخات الحمأة، مما يقلل بشكل كبير من SS في مياه الصرف الصحي.

(4) خزان رد فعل فنتون. عند درجة حموضة منخفضة، يتحلل H₂O₂ حفزيًا بواسطة Fe²⁺ لإنتاج ·OH، والذي يمكنه أكسدة معظم المركبات العضوية في الماء. يمكنه أيضًا أكسدة المركبات العضوية التي يصعب معالجتها بتفاعلات الأكسدة البيولوجية أو الكيميائية التقليدية. ·يتفاعل OH مع المواد العضوية الموجودة في مياه الصرف الصحي، مما يؤدي إلى تحللها إلى ثاني أكسيد الكربون وماء، مما يقلل بشكل كبير من تركيز المركبات العضوية التي يصعب -معالجتها- في مياه الصرف الصحي ويزيد نسبة B/C، وبالتالي تحسين كفاءة المعالجة لخزان BAC اللاحق.

(5) خزان الترسيب الأنبوبي المائل. تقوم تعبئة الأنبوب المائل في خزان ترسيب الأنبوب المائل بتجميع المواد الصلبة العالقة والكتل المتكونة في خزان تفاعل فنتون على سطح الأنابيب المائلة. من خلال الجاذبية، تستقر الحمأة في القاع ويتم ضخها إلى خزان تكثيف الحمأة بواسطة مضخات الحمأة، مما يقلل من SS في مياه الصرف الصحي.

(6) خزان متوسط. يضمن جودة مياه الصرف الصحي ومعدل التدفق المستقرين، مما يضمن ترشيحًا موحدًا ومستقرًا في مرشح الكربون المنشط البيولوجي وتحسين كفاءة الترشيح لخزان BAC.

(7) خزان BAC وخزان الغسيل العكسي. يحتوي خزان BAC على وسائط فلتر الكربون المنشط، التي تتمتع بقدرة امتصاص قوية، وتصفية المواد الضارة والكائنات الحية الدقيقة الموجودة في الماء بشكل فعال وإزالة المواد الصلبة العالقة. تم تجهيز خزان الغسيل العكسي بمضخات الغسيل العكسي لغسل وسائط المرشح في المرشح، مما يمنع الانسداد.

(8) خزان التطهير. تتم إضافة هيبوكلوريت الصوديوم إلى الخزان لقتل البكتيريا الضارة في الماء، مما يقلل من محتوى البكتيريا الضارة في مياه الصرف الصحي.

(9) خزان الحمأة والضغط اللولبي. يتم ضخ الحمأة من خزان AO، وخزان الترسيب الثانوي، وخزان الترسيب الأنبوبي المائل، وخزان BAC إلى خزان الحمأة بواسطة مضخات الحمأة. بعد التسميك، يتم ضخ الحمأة إلى المكبس اللولبي بواسطة مضخات الحمأة (مع إضافة PAM الكاتيوني أثناء نزح الماء). من خلال خزان سماكة الحمأة والضغط اللولبي، يتم تقليل محتوى الرطوبة في الحمأة بشكل كبير، مما يسهل التخلص منها.

2.6 خصائص العملية المشتركة

(1) يتمتع خزان AO بكفاءة عالية في إزالة المواد العضوية ونيتروجين الأمونيا والملوثات الأخرى الموجودة في مياه الصرف الصحي. في خزان نقص الأكسجين، تستهلك البكتيريا مركبات عضوية تحتوي على C لتكملة طاقتها وتقليل نترات النيتروجين العائدة من الخزان الهوائي إلى N₂، مما يكمل عملية إزالة النتروجين مع إزالة جزء من BOD₅ أيضًا. تحدث تفاعلات التحلل المائي أيضًا في خزان نقص الأكسجين، مما يزيد من نسبة B/C لمياه الصرف الصحي ويحسن قابليتها للتحلل الحيوي. في الخزان الهوائي، تتم إزالة غالبية المواد العضوية والفوسفور، ويتم تحويل نيتروجين الأمونيا إلى نيتروجين النترات.

(2) يستخدم خزان تفاعل الفنتون كواشف فنتون مؤكسدة قوية (Fe²⁺ وH₂O₂ ممزوجة بنسبة معينة) لإنتاج درجة عالية من الأكسدة ·OH، مما يوفر تأثيرات معالجة أكسدة جيدة. منتجات التفاعل CO₂ والماء غير-سامة وغير ضارة. تتميز العملية بخصائص تشغيلية جيدة، وسرعة معالجة منخفضة نسبيًا وتكلفة في درجة حرارة الغرفة، وكفاءة أكسدة عالية، وتكاليف معالجة منخفضة، ويمكن أن تقلل بشكل كبير من صعوبة معالجة مياه الصرف الصحي.

(3) من منظور المؤسسة، يؤدي ترتيب خزان التفاعل AO أولاً ثم خزان التفاعل Fenton إلى تقليل تكاليف التشغيل بشكل كبير مقارنةً بترتيب خزان التفاعل Fenton أولاً ثم خزان التفاعل AO. إذا تم وضع خزان تفاعل Fenton أولاً ثم خزان AO، فإن الحمل العضوي على خزان AO سيزداد، مما يتطلب منه معالجة -الجزيئات العضوية عالية التكافؤ المتكونة من أكسدة المركبات العضوية غير المتجانسة في خزان تفاعل Fenton. وهذا من شأنه أن يستلزم إضافة كميات كبيرة من مصادر الكربون أثناء التشغيل، مما يؤدي إلى زيادة كبيرة في تكاليف شراء مصادر الكربون وتكاليف التشغيل. يسمح ترتيب خزان AO أولاً ومن ثم خزان تفاعل Fenton بمعالجة المواد العضوية القابلة للتحلل في القسم الأمامي والمواد العضوية المتمردة في القسم الخلفي، مما يقلل تكاليف التشغيل مع تقليل تركيز المواد العضوية في مياه الصرف الصحي بشكل كبير.

(4) بالنظر إلى ارتفاع COD في السائل المتدفق، تم اختيار BAC كعملية معالجة متقدمة لزيادة تقليل المواد العضوية في مياه الصرف الصحي. يحتوي الكربون المنشط على مساحة سطحية محددة كبيرة، مما يسمح للمواد العضوية والكائنات الحية الدقيقة بالالتصاق به، مما يزيد من وقت الاتصال وبالتالي تحسين كفاءة التحلل الميكروبي. بالإضافة إلى الكربون المنشط، تم تجهيز الخزان أيضًا بنظام تهوية، والذي لا يزيد فقط من سرعة حركة المواد العضوية في الماء، ويوفر الأكسجين للكائنات الحية الدقيقة، ويحسن كفاءة التنقية، ولكنه يعزز أيضًا الاتصال بين الكائنات الحية الدقيقة العالقة والمواد العضوية في السائل، مما يعزز كفاءة معالجة الكائنات الحية الدقيقة العالقة.

2.7 وحدات المعالجة والمعلمات

يتم عرض وحدات العملية والمعلمات لهذا المشروع فيالجدول 2.

3 حالة التشغيل

حصل هذا المشروع على القبول في يونيو 2022، حيث تتوافق جميع مؤشرات التلوث في النفايات السائلة مع معايير التصريف المحددة، كما هو موضح فيالجدول 3.

4 تكاليف التشغيل

إجمالي تكاليف التشغيل لهذا المشروع مبينة فيالجدول 4.

5 الفوائد الاقتصادية والاجتماعية والبيئية

5.1 الفوائد الاقتصادية 

ويحقق تنفيذ هذا المشروع فوائد اقتصادية كبيرة. أولا، أنه يقلل من تكاليف المؤسسة. وبدون هذا المشروع، فإن معالجة الصرف الخارجي المتداول من محطة توليد الكهرباء ستتطلب الاستعانة بمصادر خارجية لجهات مؤهلة. نظرًا للتركيز العالي والحجم الكبير للصرف الخارجي المتداول، فإن تكاليف المعالجة والنقل مرتفعة. سيؤدي الفشل في الاستعانة بمصادر خارجية للمعالجة إلى كيانات مؤهلة إلى فرض غرامات من السلطات المختصة. ولذلك فإن تنفيذ هذا المشروع يقلل بشكل كبير من تكاليف معالجة مياه الصرف الصحي والغرامات المحتملة للمؤسسة. ثانيا، أنه يقلل من التكاليف الاجتماعية. وإذا تم تصريف الصرف الخارجي المتدفق دون معالجة، فإن تلوث المياه الناتج عن ذلك من شأنه أن يقلل من الإنتاج الزراعي ومصايد الأسماك، مما يؤثر على تنمية الزراعة ومصايد الأسماك المحيطة. وبالتالي فإن تنفيذ هذا المشروع يقلل بشكل كبير من التكاليف الاجتماعية. ثالثا، أنه يقلل بشكل غير مباشر من النفقات الطبية للسكان. وبدون هذا المشروع، فإن بيئة المياه الجوفية سوف تتلوث حتماً، مما يعرض صحة السكان المحيطين للخطر ويزيد بشكل كبير من نفقاتهم الطبية. ولذلك فإن تنفيذ هذا المشروع يقلل بشكل غير مباشر من النفقات الطبية للسكان. وأخيرا، فإنه يزيد من قيمة الأرض. يؤدي تنفيذ هذا المشروع إلى تقليل التلوث الناتج عن الصرف الخارجي للمحطة، مما يجعل الأراضي المحيطة أكثر جاذبية للاستثمار وبناء المصانع.

5.2 الفوائد الاجتماعية

تنفيذ هذا المشروع له فوائد اجتماعية كبيرة. أولاً، فهو يحمي البيئة المائية المحيطة. إن التصريف المباشر للصرف الخارجي المنتشر بتركيزات عالية من المواد الضارة من شأنه أن يسبب ضررًا كبيرًا للبيئة المائية المحيطة ويؤثر على النظام البيئي المائي. ثانياً، فهو يحمي صحة السكان القريبين ويعزز نوعية حياتهم. إن التركيز العالي للمواد العضوية في الصرف الخارجي المتداول قد يتسبب في أن تصبح الأنهار سوداء ورائحة كريهة إذا تم تصريفها. بالإضافة إلى ذلك، سيؤثر ذلك بشكل كبير على جودة المياه، مما يجعل من المستحيل على الحيوانات المائية مثل الأسماك البقاء على قيد الحياة، مما يؤدي إلى ظهور رائحة كريهة- للأسماك والتأثير على البيئة المعيشية ونوعية حياة السكان المحيطين. ولذلك فإن تنفيذ هذا المشروع يحمي بشكل كبير صحة السكان القريبين.

5.3 الفوائد البيئية

يؤدي تنفيذ هذا المشروع إلى تقليل تلوث المسطحات المائية المحيطة بشكل كبير من الصرف الخارجي لمحطة الطاقة وحماية البيئة المعيشية للسكان القريبين. إنه يقلل CODcr السنوي بحوالي 385 طنًا، BOD₅ بحوالي 23 طنًا، TN بحوالي 150 طنًا، TP بحوالي 3 أطنان، وSS بحوالي 370 طنًا.

6 الاستنتاج

توضح حالة المشروع هذه أن العملية المدمجة لخزان التفاعل AO + Fenton + BAC تعالج بشكل فعال الملوثات في تعميم الصرف الخارجي من محطات الطاقة، مما يحقق جودة ثابتة للنفايات السائلة التي تلبي معايير التصريف المحددة. يصل تخفيض CODcr إلى 85%، ويصل إجمالي تقليل النيتروجين إلى 87%، ويصل إجمالي تقليل الفوسفور إلى 90%. على الرغم من أن معدلات إزالة BOD₅ ونيتروجين الأمونيا ليست عالية بسبب انخفاض تركيزاتها المؤثرة، إلا أنها لا تزال تلبي المعايير باستمرار. يوضح هذا أن العملية المدمجة لخزان التفاعل AO + Fenton + BAC تحقق تأثيرات معالجة كبيرة وجودة ممتازة للنفايات السائلة لمحطة توليد الطاقة التي تقوم بتدوير الصرف الخارجي. يمكن لهذه العملية المدمجة أن تحقق درجة عالية من الأتمتة، ولها متطلبات فنية منخفضة، وتوفر عملية وإدارة بسيطة. وهو يوفر مرجعًا قيمًا للمشاريع الأخرى التي تعالج الصرف الخارجي المتداول من محطات الطاقة مع تقديم فوائد اقتصادية واجتماعية وبيئية كبيرة، مما يحمل أهمية كبيرة للتنمية المستدامة وتشغيل محطات الطاقة.