Application du procédé combiné AO-Fenton-BAC dans le traitement du drainage externe en circulation d'une centrale électrique.

Application du processus combiné AO + Fenton Reaction Tank + BAC pour traiter le drainage externe en circulation dans les centrales électriques

Le système de circulation d’eau est un système de refroidissement essentiel requis pour le fonctionnement des centrales électriques. Son principe consiste à introduire de l'eau froide dans le condenseur pour une circulation continue afin de refroidir les unités. Le système atteint l'équilibre grâce à une purge continue et à un réapprovisionnement avec de nouvelles sources d'eau. Une partie de l'eau du système de circulation d'eau se réchauffe et génère de la vapeur, qui est évacuée dans l'atmosphère par le haut, tandis qu'une autre partie est évacuée dans l'environnement sous forme de drainage externe en circulation depuis la centrale électrique.

Actuellement, la plupart des centrales électriques domestiques utilisent un procédé « prétraitement + ultrafiltration + osmose inverse » pour traiter le drainage externe circulant. Cependant, le processus d'ultrafiltration et d'osmose inverse présente plusieurs problèmes : (1) Des processus de prétraitement inadéquats entraînent de mauvais effets de prétraitement, ce qui réduit l'efficacité du traitement des processus ultérieurs. (2) Pendant le fonctionnement, les membranes sont fréquemment et gravement obstruées par des polluants, ce qui oblige les opérateurs à effectuer un nettoyage chimique fréquent des membranes, raccourcissant la durée de vie des membranes, nécessitant un remplacement fréquent des membranes et entraînant des coûts de remplacement élevés. Les inhibiteurs de tartre et de corrosion précipitent pendant le fonctionnement, obstruant les filtres à cartouche et les membranes d'osmose inverse, entraînant un nettoyage chimique fréquent des membranes et le remplacement des cartouches filtrantes pendant le fonctionnement. De plus, les inhibiteurs de tartre et les inhibiteurs de corrosion réagissent facilement avec les ions hautement-valents, affectant la formation de flocs, ce qui entraîne une mauvaise efficacité de la coagulation. (3) Les systèmes à membrane nécessitent des investissements de construction élevés et exigent une expertise technique élevée de la part des opérateurs pendant l'exploitation et la maintenance.

Une usine complète de traitement des eaux usées dans une certaine centrale électrique a adopté le processus combiné AO + réservoir de réaction Fenton + BAC pour traiter le drainage externe en circulation. Ce procédé permet non seulement d'obtenir une bonne qualité d'effluent et un fonctionnement simple, mais réduit également considérablement les coûts d'exploitation de l'usine et protège l'environnement écologique environnant.
 

1 Analyse de la qualité des eaux usées

Le drainage externe circulant de la centrale électrique provient principalement de l'eau utilisée pour les unités de refroidissement par circulation continue dans le condenseur. Ce type d'eaux usées se caractérise par une faible concentration en matière organique et une faible biodégradabilité. De plus, pour empêcher l'entartrage des pipelines pendant la recirculation de l'eau de refroidissement, la centrale électrique ajoute régulièrement des inhibiteurs de tartre et des inhibiteurs de corrosion à l'eau en circulation, ce qui entraîne une teneur en azote total relativement élevée dans l'eau de refroidissement en circulation. D'autres caractéristiques incluent une salinité élevée, des concentrations élevées d'ions hautement -valents tels que Fe³⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Al³⁺ et une dureté relativement élevée.

Sur la base de ces caractéristiques des eaux usées, la station d'épuration complète des eaux usées a d'abord installé un réservoir AO pour éliminer l'azote ammoniacal et l'azote total des eaux usées. Par la suite, un réservoir de réaction Fenton a été installé après le processus de traitement biologique pour générer des oxydants puissants grâce à la réaction chimique entre le peroxyde d'hydrogène et le sulfate ferreux, décomposant les composés organiques récalcitrants en composés facilement dégradables et réduisant la demande chimique en oxygène et le phosphore total. Enfin, un bassin de décantation à tube incliné et un réservoir BAC ont été utilisés pour éliminer les SS et l'azote ammoniacal, garantissant ainsi la conformité.

2 Aperçu du projet

2.1 Débit et qualité de l’eau

Le débit est de 220 m³/h. La qualité de l'eau entrante a été déterminée sur la base des données de surveillance, et la qualité des effluents doit être conforme aux normes de rejet de classe A de la « Norme de rejet de polluants pour les usines de traitement des eaux usées municipales » (GB18918-2002). Comme le montreTableau 1, les eaux usées entrantes dans ce projet sont caractérisées par une CODcr, de l'azote total, du phosphore total et des MES élevés, avec de l'azote ammoniacal et du phosphore total relativement faibles.

 2.2 Principaux défis du projet

Les eaux usées de ce projet circulent dans le drainage externe de la centrale électrique. Les principaux défis du traitement sont les polluants récalcitrants tels que la DCOcr, le phosphore total et l'azote total présents dans les eaux usées de production.

(1) Les eaux usées ont un faible rapport B/C. Lors de l'exploitation réelle de ce projet, l'influent peut contenir une quantité importante de matière organique récalcitrante difficile à biodégrader, avec un rapport B/C d'environ 0,08, qui entre dans la catégorie difficile-à-biodégradable. Le processus de traitement de ce projet doit intégrer des mesures d'oxydation avancées pour augmenter le rapport B/C et ainsi améliorer la biodégradabilité. Cela représente un défi majeur dans le traitement des eaux usées de ce projet.

(2) Les eaux usées contiennent des niveaux élevés de composés organiques macromoléculaires, difficiles à éliminer par le seul traitement biologique conventionnel. Il s’agit d’un autre défi majeur dans le traitement des eaux usées de ce projet.

(3) Pour réduire les coûts d'exploitation et améliorer l'efficacité du projet, la conception doit minimiser le nombre de pompes utilisées pour le levage des eaux usées et des boues et utiliser au maximum l'écoulement gravitaire. Cela représente un objectif clé de ce projet et est très important pour réduire les coûts d’exploitation.

2.3 Processus de traitement

(1) Processus de prétraitement. Les eaux usées de ce projet contiennent de nombreux types de polluants, ont une composition complexe et présentent des variations de pH significatives, ce qui rend un traitement complet difficile et coûteux. Un réservoir d'égalisation a été installé séparément dans le processus de prétraitement pour homogénéiser et égaliser le débit, réduisant ainsi l'impact des fluctuations de la qualité de l'eau sur le système de traitement des eaux usées.

(2) Procédé de traitement biologique. Le processus doit être avancé, mature, efficace, facile à utiliser, hautement intelligent, nécessiter un minimum d'espace et avoir de faibles coûts d'exploitation. Le procédé « AO » a été retenu pour ce projet. Ce procédé est largement utilisé en Chine, caractérisé par une technologie avancée et mature, une efficacité de purification élevée, une fabrication pratique, une faible production de boues résiduelles et une qualité d'effluent fiable.

(3) Processus de traitement avancé. Le procédé « Oxydation Fenton + décanteur à tube incliné + BAC » a été sélectionné comme procédé de traitement avancé pour ce projet. Ce processus utilise les radicaux libres fortement oxydants générés par la réaction de Fenton pour oxyder et décomposer les composés organiques récalcitrants résiduels, les convertissant en composés organiques pouvant être dégradés par des micro-organismes naturels. Simultanément, il améliore l'élimination du phosphore grâce à des mesures chimiques, servant de garantie pour garantir une conformité totale en matière de phosphore. Par la suite, l’élimination des matières organiques est complétée par sédimentation dans le bassin de décantation à tube incliné et par adsorption et biodégradation dans le bassin BAC, répondant aux normes de rejet.

(4) Procédé de traitement des boues. Le réservoir d'épaississement des boues a une forte capacité de stockage, une faible consommation d'énergie, de faibles coûts d'exploitation et un fonctionnement simple. La presse à vis a de faibles coûts d'équipement et de maintenance, occupe un minimum d'espace, consomme moins de produits chimiques, produit peu de bruit et atteint une siccité du gâteau de boue comprise entre 20 % et 25 %, démontrant de bonnes performances de déshydratation.

2.4 Diagramme de flux de processus

La station d'épuration adopte le procédé « Réservoir AO + bassin de sédimentation secondaire + réservoir de réaction Fenton + bassin de sédimentation à tube incliné + BAC + réservoir de désinfection », comme indiqué dansFigure 1.

2.5 Unités de processus et fonctions

(1) Réservoir d'égalisation. Réduit l'impact des fluctuations de la charge organique sur les processus de traitement ultérieurs, empêche les changements rapides du débit ou de la qualité de l'eau d'affecter les processus de traitement en aval (biologiques ou chimiques) et maintient un environnement stable pour les micro-organismes dans les processus de traitement biologique et un environnement de réaction stable dans les processus de traitement chimique. Des pompes submersibles sont installées dans le réservoir pour remonter les eaux usées vers le réservoir anoxique.

(2) Réservoir AO. Le réservoir AO est équipé de mélangeurs combinés de garniture et submersibles. L'emballage combiné offre un espace de vie suffisant pour les micro-organismes dénitrifiants et les micro-organismes aérobies, tandis que les mélangeurs submersibles assurent une répartition uniforme de la matière organique dans l'eau. Dans le réservoir anoxique, la majorité de l’azote ammoniacal est éliminée. Dans le réservoir aérobie, la plupart des matières organiques sont éliminées, l'azote ammoniacal est converti en azote nitrate et un environnement aérobie est créé pour que les organismes accumulant du phosphore-absorbent le phosphore. Les boues riches en phosphore-sont finalement éliminées dans le bassin de décantation secondaire sous forme de boues.

(3) Bassin de décantation secondaire. Le bassin de décantation secondaire est équipé d'un racleur à pont mobile et de pompes à boues. Après sédimentation, les boues sont raclées dans la trémie à boues par le racleur du pont mobile, puis pompées vers le réservoir de boues par des pompes à boues, réduisant ainsi considérablement les MES dans les eaux usées.

(4) Réservoir de réaction Fenton. À faible pH, H₂O₂ est décomposé catalytiquement par Fe²⁺ pour produire du ·OH, qui peut oxyder la plupart des composés organiques présents dans l'eau. Il peut également oxyder complètement les composés organiques difficiles à traiter par des réactions d’oxydation biologiques ou chimiques conventionnelles. ·OH réagit avec les substances organiques présentes dans les eaux usées, les décomposant en CO₂ et en eau, réduisant considérablement la concentration de composés organiques difficiles-à-traiter dans les eaux usées et augmentant le rapport B/C, améliorant ainsi l'efficacité du traitement du réservoir BAC suivant.

(5) Décanteur à tube incliné. Le garnissage de tubes inclinés dans le bassin de sédimentation à tubes inclinés regroupe les matières en suspension et les flocs formés dans le réservoir de réaction Fenton à la surface des tubes inclinés. Par gravité, les boues se déposent au fond et sont pompées vers le réservoir d'épaississement des boues par des pompes à boues, réduisant ainsi les MES dans les eaux usées.

(6) Réservoir intermédiaire. Assure une qualité et un débit des eaux usées stables, garantissant une filtration uniforme et stable dans le filtre à charbon actif biologique et améliorant l'efficacité de filtration du réservoir BAC.

(7) Réservoir BAC et réservoir de lavage à contre-courant. Le réservoir BAC contient un média filtrant à charbon actif, qui a une forte capacité d'adsorption, filtrant efficacement les substances nocives et les micro-organismes présents dans l'eau et éliminant les matières en suspension. Le réservoir de lavage à contre-courant est équipé de pompes de lavage à contre-courant pour laver à contre-courant le média filtrant dans le filtre, évitant ainsi le colmatage.

(8) Réservoir de désinfection. De l'hypochlorite de sodium est ajouté au réservoir pour tuer les bactéries nocives présentes dans l'eau, réduisant ainsi la teneur bactérienne nocive des eaux usées.

(9) Réservoir à boues et presse à vis. Les boues du réservoir AO, du bassin de sédimentation secondaire, du bassin de sédimentation à tube incliné et du réservoir BAC sont pompées dans le réservoir à boues par des pompes à boues. Après épaississement, les boues sont pompées dans la presse à vis par des pompes à boues (avec ajout de PAM cationique lors de la déshydratation). Grâce au réservoir d'épaississement des boues et à la presse à vis, la teneur en humidité des boues est considérablement réduite, facilitant ainsi leur élimination.

2.6 Caractéristiques du procédé combiné

(1) Le réservoir AO a une efficacité d’élimination élevée des matières organiques, de l’azote ammoniacal et d’autres polluants présents dans les eaux usées. Dans le réservoir anoxique, les bactéries consomment des composés organiques contenant du C pour compléter leur énergie et réduire l'azote nitrique renvoyé du réservoir aérobie en N₂, complétant ainsi la dénitrification tout en éliminant également une partie de la DBO₅. Des réactions d'hydrolyse se produisent également dans le réservoir anoxique, augmentant le rapport B/C des eaux usées et améliorant leur biodégradabilité. Dans le réservoir aérobie, la majorité de la matière organique et du phosphore sont éliminés et l’azote ammoniacal est converti en azote nitrate.

(2) Le réservoir de réaction Fenton utilise des réactifs Fenton fortement oxydants (Fe²⁺ et H₂O₂ mélangés dans une certaine proportion) pour produire du ·OH hautement oxydant, ce qui fournit de bons effets de traitement d'oxydation. Les produits de réaction CO₂ et eau sont non-toxiques et inoffensifs. Le procédé présente de bonnes caractéristiques opérationnelles, une vitesse et un coût de traitement relativement faibles à température ambiante, une efficacité d'oxydation élevée, de faibles coûts de traitement et peut réduire considérablement la difficulté du traitement des eaux usées.

(3) Du point de vue de l'entreprise, le fait de disposer d'abord le réservoir de réaction de Fenton, puis le réservoir de réaction de Fenton, réduit considérablement les coûts d'exploitation par rapport au fait de disposer d'abord le réservoir de réaction de Fenton, puis le réservoir de réaction de Fenton. Si le réservoir de réaction de Fenton était placé en premier, puis le réservoir d'AO, la charge organique sur le réservoir d'AO augmenterait, ce qui l'obligerait à traiter des molécules organiques hautement-valentes formées par l'oxydation de composés organiques récalcitrants dans le réservoir de réaction de Fenton. Cela nécessiterait l’ajout de grandes quantités de sources de carbone pendant l’exploitation, ce qui augmenterait considérablement les coûts d’approvisionnement en sources de carbone et les coûts d’exploitation. L'agencement du réservoir AO en premier, puis du réservoir de réaction Fenton permet de traiter les matières organiques dégradables dans la section avant et les matières organiques récalcitrantes dans la section arrière, réduisant ainsi les coûts d'exploitation tout en abaissant considérablement la concentration de matières organiques dans les eaux usées.

(4) Compte tenu de la DCO élevée dans l'affluent, le BAC a été sélectionné comme procédé de traitement avancé pour réduire davantage la matière organique dans les eaux usées. Le charbon actif a une grande surface spécifique, permettant à la matière organique et aux micro-organismes d'y adhérer, prolongeant ainsi leur temps de contact et améliorant ainsi l'efficacité de la décomposition microbienne. En plus du charbon actif, le réservoir est également équipé d'un système d'aération, qui non seulement augmente la vitesse de déplacement de la matière organique dans l'eau, fournit de l'oxygène aux micro-organismes et améliore l'efficacité de la purification, mais favorise également le contact entre les micro-organismes en suspension et les substances organiques dans l'influent, améliorant ainsi l'efficacité du traitement des micro-organismes en suspension.

2.7 Unités et paramètres du processus

Les unités de processus et les paramètres de ce projet sont présentés dansTableau 2.

3 État de fonctionnement

Ce projet a été accepté en juin 2022, tous les indicateurs de polluants présents dans les effluents répondant aux normes de rejet spécifiées, indiquées dansTableau 3.

4 Coûts de fonctionnement

Les coûts d'exploitation totaux de ce projet sont indiqués dansTableau 4.

5 Avantages économiques, sociaux et environnementaux

5.1 Avantages économiques 

La mise en œuvre de ce projet présente des avantages économiques importants. Premièrement, cela réduit les coûts de l’entreprise. Sans ce projet, le traitement du drainage externe circulant de la centrale nécessiterait une sous-traitance à des entités qualifiées. En raison de la forte concentration et du grand volume du drainage externe en circulation, les coûts de sous-traitance du traitement et du transport sont élevés. Le fait de ne pas sous-traiter le traitement à des entités qualifiées entraînerait des amendes de la part des autorités compétentes. Par conséquent, la mise en œuvre de ce projet réduit considérablement les coûts de traitement des eaux usées et les amendes potentielles de l'entreprise. Deuxièmement, cela réduit les coûts sociaux. Si le drainage externe en circulation était rejeté sans traitement, la pollution de l'eau qui en résulterait réduirait les rendements agricoles et halieutiques, affectant le développement de l'agriculture et de la pêche environnantes. Ainsi, la mise en œuvre de ce projet réduit considérablement les coûts sociaux. Troisièmement, cela réduit indirectement les frais médicaux des résidents. Sans ce projet, le milieu des eaux souterraines serait inévitablement pollué, mettant en danger la santé des riverains et augmentant considérablement leurs frais médicaux. La mise en œuvre de ce projet réduit donc indirectement les frais médicaux des résidents. Enfin, cela augmente la valeur du terrain. La mise en œuvre de ce projet réduit la pollution provenant du drainage externe en circulation de la centrale électrique, rendant les terrains environnants plus attractifs pour les investissements et la construction d'usines.

5.2 Avantages sociaux

La mise en œuvre de ce projet présente des avantages sociaux importants. Premièrement, il protège le milieu aquatique environnant. Le rejet direct de drainage externe en circulation contenant de fortes concentrations de substances nocives causerait de graves dommages au milieu aquatique environnant et affecterait l'écosystème aquatique. Deuxièmement, cela protège la santé des résidents à proximité et améliore leur qualité de vie. La forte concentration de matière organique dans le drainage externe en circulation rendrait les rivières noires et odorantes si elles étaient déversées. En outre, cela affecterait considérablement la qualité de l'eau, rendant impossible la survie des animaux aquatiques tels que les poissons, conduisant à la production de poissons nauséabonds et affectant le cadre de vie et la qualité de vie des résidents environnants. Par conséquent, la mise en œuvre de ce projet protège grandement la santé des riverains.

5.3 Avantages environnementaux

La mise en œuvre de ce projet réduit considérablement la pollution des plans d'eau environnants provenant du drainage externe circulant de la centrale et protège le cadre de vie des riverains. Il réduit le CODcr annuel d'environ 385 tonnes, la DBO₅ d'environ 23 tonnes, le TN d'environ 150 tonnes, le TP d'environ 3 tonnes et les MES d'environ 370 tonnes.

6Conclusion

Ce cas de projet démontre que le procédé combiné AO + cuve de réaction Fenton + BAC traite efficacement les polluants présents dans le drainage externe en circulation des centrales électriques, obtenant ainsi une qualité d'effluent stable qui répond aux normes de rejet spécifiées. La réduction de la DCOcr atteint 85 %, la réduction de l'azote total atteint 87 % et la réduction du phosphore total atteint 90 %. Bien que les taux d’élimination de la DBO₅ et de l’azote ammoniacal ne soient pas élevés en raison de leurs faibles concentrations dans l’influent, ils répondent toujours aux normes. Cela démontre que le procédé combiné AO + cuve de réaction Fenton + BAC permet d'obtenir des effets de traitement significatifs et une excellente qualité d'effluent pour le drainage externe circulant dans la centrale électrique. Ce processus combiné peut atteindre un haut degré d’automatisation, présente de faibles exigences techniques et offre une opération et une gestion simples. Il fournit une référence précieuse pour d'autres projets traitant du drainage externe en circulation des centrales électriques tout en apportant des avantages économiques, sociaux et environnementaux significatifs, revêtant une grande importance pour le développement et l'exploitation durables des centrales électriques.