Ứng dụng quy trình kết hợp AO{0}}Fenton{1}}BAC trong xử lý nước thải tuần hoàn bên ngoài nhà máy điện Mô tả

Ứng dụng quy trình kết hợp AO + Fenton + BAC để xử lý nước thải tuần hoàn bên ngoài nhà máy điện

Hệ thống nước tuần hoàn là một hệ thống làm mát thiết yếu cần thiết cho hoạt động của nhà máy điện. Nguyên lý của nó liên quan đến việc đưa nước lạnh vào bình ngưng để tuần hoàn liên tục nhằm làm mát các thiết bị. Hệ thống đạt được sự cân bằng thông qua việc xả đáy liên tục và bổ sung nguồn nước mới. Một phần nước trong hệ thống nước tuần hoàn trở nên nóng lên và tạo ra hơi nước, hơi nước này được thải vào khí quyển qua phần trên, trong khi một phần khác được thải ra môi trường dưới dạng hệ thống thoát nước tuần hoàn bên ngoài của nhà máy điện.

Hiện nay, hầu hết các nhà máy điện trong nước đều sử dụng quy trình “tiền xử lý + siêu lọc + thẩm thấu ngược” để xử lý nước thải tuần hoàn bên ngoài. Tuy nhiên, quá trình siêu lọc và thẩm thấu ngược có một số vấn đề: (1) Quy trình tiền xử lý không đầy đủ dẫn đến hiệu quả tiền xử lý kém, làm giảm hiệu quả xử lý của các quy trình tiếp theo. (2) Trong quá trình vận hành, màng thường xuyên bị tắc nghẽn nghiêm trọng do các chất ô nhiễm, đòi hỏi người vận hành phải thực hiện vệ sinh màng bằng hóa chất thường xuyên, rút ​​ngắn tuổi thọ của màng, cần phải thay màng thường xuyên và dẫn đến chi phí thay thế màng cao. Các chất ức chế cáu cặn và ăn mòn kết tủa trong quá trình vận hành, làm tắc nghẽn bộ lọc và màng thẩm thấu ngược, dẫn đến việc phải vệ sinh màng bằng hóa chất thường xuyên và thay thế hộp lọc trong quá trình vận hành. Ngoài ra, chất ức chế cặn và chất ức chế ăn mòn dễ dàng phản ứng với các ion hóa trị-cao, ảnh hưởng đến sự hình thành khối, dẫn đến hiệu quả đông tụ kém. (3) Hệ thống màng yêu cầu đầu tư xây dựng cao và yêu cầu chuyên môn kỹ thuật cao từ người vận hành trong quá trình vận hành và bảo trì.

Một nhà máy xử lý nước thải toàn diện tại một nhà máy điện nào đó đã áp dụng quy trình kết hợp bể phản ứng AO + Fenton + BAC để xử lý hệ thống thoát nước tuần hoàn bên ngoài. Quá trình này không chỉ đạt được chất lượng nước thải tốt và vận hành đơn giản mà còn giảm đáng kể chi phí vận hành nhà máy và bảo vệ môi trường sinh thái xung quanh.
 

1 Phân tích chất lượng nước thải

Hệ thống thoát nước tuần hoàn bên ngoài của nhà máy điện chủ yếu đến từ nước dùng cho các bộ phận làm mát thông qua quá trình tuần hoàn liên tục trong bình ngưng. Loại nước thải này có đặc điểm là nồng độ chất hữu cơ thấp và khả năng phân hủy sinh học kém. Ngoài ra, để ngăn ngừa cặn bám trên đường ống trong quá trình tuần hoàn nước làm mát, nhà máy điện thường xuyên bổ sung chất ức chế cặn và chất ức chế ăn mòn vào nước tuần hoàn, dẫn đến tổng hàm lượng nitơ trong nước làm mát tuần hoàn tương đối cao. Các đặc điểm khác bao gồm độ mặn cao, nồng độ cao của các ion hóa trị-cao như Fe³⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Al³⁺ và độ cứng tương đối cao.

Dựa trên những đặc điểm nước thải này, nhà máy xử lý nước thải toàn diện trước tiên đã lắp đặt một bể AO để loại bỏ nitơ amoniac và tổng nitơ ra khỏi nước thải. Sau đó, bể phản ứng Fenton được lắp đặt sau quá trình xử lý sinh học để tạo ra các chất oxy hóa mạnh thông qua phản ứng hóa học giữa hydrogen peroxide và sắt sunfat, phân hủy các hợp chất hữu cơ khó phân hủy thành các hợp chất dễ phân hủy và giảm nhu cầu oxy hóa học cũng như tổng lượng phốt pho. Cuối cùng, bể lắng ống nghiêng và bể BAC được sử dụng để loại bỏ SS và nitơ amoniac, đạt được sự tuân thủ.

2 Tổng quan dự án

2.1 Tốc độ dòng chảy và chất lượng nước

Tốc độ dòng chảy là 220 m³/h. Chất lượng nước đầu vào được xác định dựa trên dữ liệu giám sát và chất lượng nước thải phải tuân thủ tiêu chuẩn xả thải Loại A của "Tiêu chuẩn xả chất ô nhiễm cho nhà máy xử lý nước thải thành phố" (GB18918-2002). Như thể hiện trongBảng 1, nước thải đầu vào trong dự án này có đặc điểm là CODcr, tổng nitơ, tổng phốt pho và SS cao, với hàm lượng nitơ amoniac và tổng phốt pho tương đối thấp.

 2.2 Những thách thức chính của Dự án

Nước thải trong dự án này được tuần hoàn thoát nước bên ngoài từ nhà máy điện. Những thách thức chính trong xử lý là các chất ô nhiễm khó phân hủy như CODcr, tổng phốt pho và tổng nitơ trong nước thải sản xuất.

(1) Nước thải có tỷ lệ B/C thấp. Trong quá trình vận hành thực tế của dự án này, dòng nước thải có thể chứa một lượng đáng kể chất hữu cơ khó phân hủy sinh học, với tỷ lệ B/C xấp xỉ 0,08, thuộc loại khó-để{4}}phân hủy sinh học. Quá trình xử lý của dự án này cần kết hợp các biện pháp oxy hóa tiên tiến để tăng tỷ lệ B/C và từ đó cải thiện khả năng phân hủy sinh học. Đây là một thách thức chính trong việc xử lý nước thải cho dự án này.

(2) Nước thải chứa hàm lượng cao các hợp chất hữu cơ cao phân tử, rất khó loại bỏ chỉ bằng cách xử lý sinh học thông thường. Đây là một thách thức quan trọng khác trong việc xử lý nước thải cho dự án này.

(3) Để giảm chi phí vận hành và nâng cao hiệu quả dự án, thiết kế nên giảm thiểu số lượng máy bơm dùng để nâng nước thải và bùn, đồng thời tận dụng tối đa dòng trọng lực. Đây là trọng tâm chính của dự án này và có ý nghĩa rất lớn trong việc giảm chi phí vận hành.

2.3 Quy trình xử lý

(1) Quá trình tiền xử lý. Nước thải trong dự án này chứa nhiều loại chất ô nhiễm, có thành phần phức tạp và có độ pH thay đổi đáng kể, khiến việc xử lý toàn diện trở nên khó khăn và tốn kém. Một bể cân bằng được lắp đặt riêng trong quá trình tiền xử lý để đồng nhất và cân bằng dòng chảy, giảm tác động của biến động chất lượng nước đến hệ thống xử lý nước thải.

(2) Quy trình xử lý sinh học. Quá trình này cần phải tiên tiến, hoàn thiện, hiệu quả, dễ vận hành, có độ thông minh cao, yêu cầu không gian tối thiểu và chi phí vận hành thấp. Quá trình "AO" đã được chọn cho dự án này. Quá trình này được sử dụng rộng rãi ở Trung Quốc, có công nghệ tiên tiến và hoàn thiện, hiệu quả lọc cao, sản xuất thuận tiện, lượng bùn dư thấp và chất lượng nước thải đáng tin cậy.

(3) Quy trình xử lý tiên tiến. Quy trình "oxy hóa Fenton + bể lắng ống nghiêng + BAC" được chọn là quy trình xử lý tiên tiến cho dự án này. Quá trình này sử dụng các gốc tự do oxy hóa mạnh được tạo ra bởi phản ứng Fenton để oxy hóa và phân hủy các hợp chất hữu cơ khó phân hủy còn sót lại, chuyển hóa chúng thành các hợp chất hữu cơ có thể bị phân hủy bởi các vi sinh vật tự nhiên. Đồng thời, nó tăng cường loại bỏ phốt pho thông qua các biện pháp hóa học, đóng vai trò như một biện pháp bảo vệ để đảm bảo tuân thủ tổng lượng phốt pho. Sau đó, quá trình loại bỏ chất hữu cơ được hoàn tất thông qua quá trình lắng tại bể lắng ống nghiêng và hấp phụ, phân hủy sinh học tại bể BAC, đạt tiêu chuẩn xả thải.

(4) Quá trình xử lý bùn. Bể làm đặc bùn có khả năng lưu trữ mạnh, tiêu thụ điện năng thấp, chi phí vận hành thấp và vận hành đơn giản. Máy ép trục vít có chi phí thiết bị và bảo trì thấp, chiếm không gian tối thiểu, tiêu thụ ít hóa chất hơn, tạo ra tiếng ồn thấp và đạt được độ khô bánh bùn từ 20% đến 25%, cho thấy hiệu suất khử nước tốt.

2.4 Sơ đồ quy trình

Nhà máy xử lý nước thải áp dụng quy trình "bể AO + bể lắng thứ cấp + bể phản ứng Fenton + bể lắng ống nghiêng + bể BAC + bể khử trùng", như thể hiện trongHình 1.

2.5 Đơn vị quy trình và chức năng

(1) Bể cân bằng. Giảm tác động của biến động tải lượng hữu cơ đến các quá trình xử lý tiếp theo, ngăn chặn sự thay đổi nhanh chóng về tốc độ dòng chảy hoặc chất lượng nước ảnh hưởng đến các quá trình xử lý tiếp theo (sinh học hoặc hóa học) và duy trì môi trường ổn định cho vi sinh vật trong quá trình xử lý sinh học và môi trường phản ứng ổn định trong quá trình xử lý hóa học. Máy bơm chìm được lắp đặt trong bể để nâng nước thải lên bể anoxic.

(2) Bể AO. Bể AO được trang bị máy trộn chìm và đóng gói kết hợp. Việc đóng gói kết hợp cung cấp không gian sống rộng rãi cho vi sinh vật khử nitrat và vi sinh vật hiếu khí, trong khi máy trộn chìm đảm bảo phân phối đồng đều chất hữu cơ trong nước. Trong bể anoxic, phần lớn nitơ amoniac được loại bỏ. Trong bể hiếu khí, hầu hết chất hữu cơ được loại bỏ, nitơ amoniac được chuyển đổi thành nitơ nitrat và môi trường hiếu khí được tạo ra để các sinh vật tích lũy phốt pho-hấp thụ phốt pho. Bùn giàu phốt pho-cuối cùng được loại bỏ trong bể lắng thứ cấp dưới dạng bùn.

(3) Bể lắng thứ cấp. Bể lắng thứ cấp được trang bị máy cạo cầu di động và máy bơm bùn. Sau khi lắng, bùn được nạo vào phễu chứa bùn bằng máy cạo cầu di động và sau đó được bơm vào bể chứa bùn bằng máy bơm bùn, làm giảm đáng kể SS trong nước thải.

(4) Bể phản ứng Fenton. Ở độ pH thấp, H₂O₂ bị phân hủy xúc tác bởi Fe²⁺ để tạo ra ·OH, chất này có thể oxy hóa hầu hết các hợp chất hữu cơ trong nước. Nó cũng có thể oxy hóa hoàn toàn các hợp chất hữu cơ khó xử lý bằng các phản ứng oxy hóa sinh học hoặc hóa học thông thường. ·OH phản ứng với các chất hữu cơ trong nước thải, phân hủy chúng thành CO₂ và nước, làm giảm đáng kể nồng độ các hợp chất hữu cơ khó xử lý trong nước thải và tăng tỷ lệ B/C, từ đó nâng cao hiệu quả xử lý của bể BAC tiếp theo.

(5) Bể lắng ống nghiêng. Việc đóng gói ống nghiêng trong bể lắng ống nghiêng tập hợp các chất rắn lơ lửng và bông cặn hình thành trong bể phản ứng Fenton trên bề mặt của các ống nghiêng. Nhờ trọng lực, bùn lắng xuống đáy và được bơm về bể cô đặc bùn bằng máy bơm bùn, làm giảm SS trong nước thải.

(6) Bể trung gian. Đảm bảo chất lượng và tốc độ dòng nước thải ổn định, đảm bảo quá trình lọc đồng đều và ổn định trong bộ lọc than hoạt tính sinh học và nâng cao hiệu quả lọc của bể BAC.

(7) Bể BAC và bể rửa ngược. Bể BAC chứa vật liệu lọc than hoạt tính, có khả năng hấp phụ mạnh, lọc hiệu quả các chất có hại, vi sinh vật có trong nước và loại bỏ chất rắn lơ lửng. Bể rửa ngược được trang bị bơm rửa ngược để rửa ngược vật liệu lọc trong bộ lọc, ngăn ngừa tắc nghẽn.

(8) Bể khử trùng. Natri hypochlorite được thêm vào bể để tiêu diệt vi khuẩn có hại trong nước, làm giảm hàm lượng vi khuẩn có hại trong nước thải.

(9) Bể chứa bùn và máy ép trục vít. Bùn từ bể AO, bể lắng thứ cấp, bể lắng ống nghiêng, bể BAC được bơm vào bể chứa bùn bằng máy bơm bùn. Sau khi cô đặc, bùn được bơm vào máy ép trục vít bằng máy bơm bùn (có thêm PAM cation trong quá trình khử nước). Thông qua bể cô đặc bùn và máy ép trục vít, độ ẩm của bùn giảm đáng kể, tạo điều kiện thuận lợi cho việc xử lý.

2.6 Đặc điểm của quy trình kết hợp

(1) Bể AO có hiệu suất loại bỏ chất hữu cơ, nitơ amoniac và các chất ô nhiễm khác trong nước thải cao. Trong bể anoxic, vi khuẩn tiêu thụ các hợp chất hữu cơ chứa C để bổ sung năng lượng và khử nitơ nitrat quay trở lại từ bể hiếu khí thành N₂, hoàn thành quá trình khử nitrat đồng thời loại bỏ một phần BOD₅. Phản ứng thủy phân cũng xảy ra trong bể anoxic, làm tăng tỷ lệ B/C của nước thải và cải thiện khả năng phân hủy sinh học của nó. Trong bể hiếu khí, phần lớn chất hữu cơ và phốt pho được loại bỏ và nitơ amoniac được chuyển thành nitơ nitrat.

(2) Bể phản ứng Fenton sử dụng thuốc thử Fenton oxy hóa mạnh (Fe²⁺ và H₂O₂ trộn theo tỷ lệ nhất định) để tạo ra ·OH có tính oxy hóa cao, mang lại hiệu quả xử lý oxy hóa tốt. Sản phẩm phản ứng CO₂ và nước không-độc hại và vô hại. Quá trình này có đặc tính vận hành tốt, tốc độ và chi phí xử lý tương đối thấp ở nhiệt độ phòng, hiệu suất oxy hóa cao, chi phí xử lý thấp và có thể giảm đáng kể khó khăn trong việc xử lý nước thải.

(3) Từ góc độ doanh nghiệp, việc bố trí bể phản ứng Fenton trước rồi đến bể phản ứng Fenton giúp giảm đáng kể chi phí vận hành so với việc bố trí bể phản ứng Fenton trước rồi đến bể phản ứng Fenton. Nếu bể phản ứng Fenton được đặt trước rồi đến bể AO, tải lượng hữu cơ lên ​​bể AO sẽ tăng lên, đòi hỏi nó phải xử lý các phân tử hữu cơ có hóa trị- cao hình thành từ quá trình oxy hóa các hợp chất hữu cơ khó phân hủy trong bể phản ứng Fenton. Điều này đòi hỏi phải bổ sung một lượng lớn nguồn carbon trong quá trình vận hành, làm tăng đáng kể chi phí mua sắm nguồn carbon và chi phí vận hành. Việc bố trí bể AO trước rồi đến bể phản ứng Fenton cho phép xử lý chất hữu cơ khó phân hủy ở phần trước và chất hữu cơ khó phân hủy ở phần sau, giúp giảm chi phí vận hành đồng thời giảm đáng kể nồng độ chất hữu cơ trong nước thải.

(4) Xét thấy COD cao trong nước thải, BAC được chọn là quy trình xử lý tiên tiến nhằm giảm hơn nữa chất hữu cơ trong nước thải. Than hoạt tính có diện tích bề mặt riêng lớn, cho phép chất hữu cơ và vi sinh vật bám vào, kéo dài thời gian tiếp xúc và từ đó nâng cao hiệu quả phân hủy của vi sinh vật. Ngoài than hoạt tính, bể còn được trang bị hệ thống sục khí, không chỉ giúp tăng tốc độ di chuyển của chất hữu cơ trong nước, cung cấp oxy cho vi sinh vật, nâng cao hiệu quả lọc mà còn thúc đẩy sự tiếp xúc giữa vi sinh vật lơ lửng và các chất hữu cơ trong dòng nước vào, nâng cao hiệu quả xử lý vi sinh vật lơ lửng.

2.7 Đơn vị quy trình và thông số

Các đơn vị quy trình và thông số cho dự án này được thể hiện trongBảng 2.

3 Trạng thái hoạt động

Dự án này đã được nghiệm thu vào tháng 6 năm 2022, với tất cả các chỉ số ô nhiễm trong nước thải đều đáp ứng các tiêu chuẩn xả thải quy định, được thể hiện trongBảng 3.

4 Chi phí vận hành

Tổng chi phí vận hành của dự án này được thể hiện trongBảng 4.

5 Lợi ích kinh tế, xã hội và môi trường

5.1 Lợi ích kinh tế 

Việc thực hiện dự án này mang lại lợi ích kinh tế đáng kể. Đầu tiên, nó làm giảm chi phí doanh nghiệp. Nếu không có dự án này, việc xử lý nước thải tuần hoàn bên ngoài nhà máy điện sẽ phải thuê các đơn vị có đủ năng lực thực hiện. Do mức độ tập trung cao và khối lượng lớn của hệ thống thoát nước tuần hoàn bên ngoài nên chi phí xử lý và vận chuyển thuê ngoài cao. Việc không giao việc xử lý cho các đơn vị có đủ năng lực sẽ bị cơ quan hữu quan phạt tiền. Vì vậy, việc triển khai dự án này giúp doanh nghiệp giảm đáng kể chi phí xử lý nước thải cũng như các khoản phạt có thể xảy ra. Thứ hai, nó làm giảm chi phí xã hội. Nếu hệ thống thoát nước tuần hoàn bên ngoài không được xử lý, ô nhiễm nguồn nước sẽ làm giảm sản lượng nông nghiệp và thủy sản, ảnh hưởng đến sự phát triển nông nghiệp và thủy sản xung quanh. Vì vậy, việc thực hiện dự án này làm giảm đáng kể chi phí xã hội. Thứ ba, nó gián tiếp làm giảm chi phí y tế của người dân. Nếu không có dự án này, môi trường nước ngầm chắc chắn sẽ bị ô nhiễm, gây nguy hiểm cho sức khỏe của người dân xung quanh và làm tăng đáng kể chi phí y tế của họ. Vì vậy, việc triển khai dự án này gián tiếp làm giảm chi phí y tế của người dân. Cuối cùng, nó làm tăng giá trị đất đai. Việc triển khai dự án này giúp giảm ô nhiễm từ hệ thống thoát nước tuần hoàn bên ngoài nhà máy điện, khiến vùng đất xung quanh trở nên hấp dẫn hơn cho việc đầu tư và xây dựng nhà máy.

5.2 Phúc lợi xã hội

Việc thực hiện dự án này mang lại lợi ích xã hội đáng kể. Đầu tiên, nó bảo vệ môi trường nước xung quanh. Việc xả thải trực tiếp vào hệ thống thoát nước tuần hoàn bên ngoài với nồng độ các chất độc hại cao sẽ gây tác hại lớn đến môi trường nước xung quanh và ảnh hưởng đến hệ sinh thái thủy sinh. Thứ hai, nó bảo vệ sức khỏe của cư dân gần đó và nâng cao chất lượng cuộc sống của họ. Nồng độ chất hữu cơ cao trong hệ thống thoát nước tuần hoàn bên ngoài sẽ khiến các dòng sông trở nên đen và có mùi hôi nếu thải ra. Ngoài ra, nó sẽ ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng nước, khiến các loài động vật thủy sinh như cá không thể tồn tại, dẫn đến cá có mùi hôi- và ảnh hưởng đến môi trường sống cũng như chất lượng cuộc sống của cư dân xung quanh. Vì vậy, việc triển khai dự án này sẽ bảo vệ rất nhiều sức khỏe của cư dân lân cận.

5.3 Lợi ích môi trường

Việc thực hiện dự án này làm giảm đáng kể tình trạng ô nhiễm các vùng nước xung quanh từ hệ thống thoát nước tuần hoàn bên ngoài của nhà máy điện và bảo vệ môi trường sống của cư dân gần đó. Nó làm giảm CODcr hàng năm khoảng 385 tấn, BOD₅ khoảng 23 tấn, TN khoảng 150 tấn, TP khoảng 3 tấn và SS khoảng 370 tấn.

6 Kết luận

Trường hợp dự án này chứng minh rằng quy trình kết hợp bể phản ứng AO + Fenton + BAC xử lý hiệu quả các chất ô nhiễm trong hệ thống thoát nước tuần hoàn bên ngoài của các nhà máy điện, đạt được chất lượng nước thải ổn định đáp ứng các tiêu chuẩn xả thải quy định. Mức giảm CODcr đạt 85%, mức giảm tổng nitơ đạt 87% và mức giảm tổng phốt pho đạt 90%. Mặc dù tốc độ loại bỏ BOD₅ và nitơ amoniac không cao do nồng độ ảnh hưởng thấp nhưng chúng vẫn luôn đáp ứng tiêu chuẩn. Điều này chứng tỏ quá trình kết hợp bể phản ứng AO + Fenton + BAC đạt được hiệu quả xử lý đáng kể và chất lượng nước thải tuyệt vời cho hệ thống thoát nước tuần hoàn bên ngoài nhà máy điện. Quá trình kết hợp này có thể đạt được mức độ tự động hóa cao, yêu cầu kỹ thuật thấp và cung cấp khả năng vận hành và quản lý đơn giản. Nó cung cấp tài liệu tham khảo có giá trị cho các dự án khác xử lý hệ thống thoát nước tuần hoàn bên ngoài từ các nhà máy điện đồng thời mang lại lợi ích kinh tế, xã hội và môi trường đáng kể, có ý nghĩa to lớn đối với sự phát triển và vận hành bền vững của các nhà máy điện.