発電所の外部循環排水の処理における AO-フェントン-BAC 複合プロセスの適用の説明

発電所の循環外部排水を処理するための AO + フェントン反応タンク + BAC 複合プロセスの適用

循環水システムは発電所の運転に必要不可欠な冷却システムです。その原理には、冷水を凝縮器に導入して継続的に循環させてユニットを冷却することが含まれます。このシステムは、継続的なブローダウンと新しい水源の補充によってバランスを実現します。循環水システム内の水の一部は加熱されて蒸気を発生し、上部から大気中に放出されますが、残りの一部は発電所からの循環外部排水として環境に放出されます。

現在、国内のほとんどの発電所では外部循環排水の処理に「前処理+限外濾過+逆浸透」プロセスが採用されています。しかし、限外濾過・逆浸透法には次のような問題点があります。 (1) 前処理工程が不十分であると前処理効果が低く、後工程の処理効率が低下します。 (2) 稼働中、膜は汚染物質によって頻繁かつ重度に詰まり、オペレーターは頻繁に膜の化学洗浄を行う必要があり、膜の耐用年数が短くなり、頻繁に膜を交換する必要があり、その結果、膜の交換コストが高くなります。スケール防止剤や腐食防止剤は運転中に沈殿してカートリッジフィルターや逆浸透膜を詰まらせるため、運転中に頻繁に膜の化学洗浄やフィルターカートリッジの交換が必要になります。さらに、スケール防止剤や腐食防止剤は高価イオンと容易に反応し、フロックの形成に影響を及ぼし、凝集効率を低下させます。 (3) 膜システムは多額の建設投資が必要であり、運用と保守の際にはオペレーターに高度な技術的専門知識が要求されます。

ある発電所の総合排水処理施設では、外部循環排水の処理にAO+フェントン反応槽+BAC複合プロセスを採用しました。このプロセスは、良好な排水品質と簡単な操作を実現するだけでなく、プラントの運営コストを大幅に削減し、周囲の生態環境を保護します。
 

1 廃水の水質分析

発電所からの循環外部排水は、主に復水器内での連続循環による冷却装置に使用される水から来ます。このタイプの廃水は、有機物濃度が低く、生分解性が低いという特徴があります。さらに、冷却水の再循環中のパイプラインのスケール付着を防ぐために、発電所では循環水にスケール防止剤と腐食防止剤を定期的に添加しており、その結果、循環冷却水中の総窒素含有量が比較的高くなります。他の特徴としては、高い塩分濃度、Fe3⁺、Ca2⁺、Mg2⁺、Al3⁺などの高濃度の-価イオン、および比較的高い硬度が挙げられます。

このような排水特性を踏まえ、総合排水処理場ではまずAO槽を設置し、排水中のアンモニア性窒素と全窒素を除去しました。その後、生物処理工程の後にフェントン反応槽を設置し、過酸化水素と硫酸第一鉄の化学反応により強力な酸化剤を生成し、難分解性有機化合物を分解しやすい有機化合物に分解し、化学的酸素要求量と全リンを削減しました。最後に、傾斜管沈殿槽とBAC槽を用いてSSとアンモニア性窒素を除去し、コンプライアンスを達成しました。

2 プロジェクト概要

2.1 流量と水質

流量は 220 m3/h です。流入水の水質はモニタリングデータに基づいて決定され、排水水質は「都市下水処理場の汚染物質の排出基準」（GB18918-2002）のクラス A 排出基準に適合する必要があります。に示すように、表1本プロジェクトの流入廃水は、CODcr、全窒素、全リン、SSが高く、アンモニア態窒素と全リンが比較的低いことが特徴である。

 2.2 プロジェクトの主な課題

このプロジェクトの排水は発電所からの外部排水を循環させています。処理における主な課題は、生産廃水中の CODcr、全リン、全窒素などの難治性汚染物質です。

(1) 排水の B/C 比が低い。このプロジェクトの実際の運用中、流入水には生分解が困難な難分解性有機物が大量に含まれる可能性があり、B/C 比は約 0.08 で、生分解が難しいカテゴリに分類されます。--このプロジェクトの処理プロセスには、B/C 比を高めて生分解性を向上させるための高度な酸化対策を組み込む必要があります。これは、このプロジェクトの廃水処理における重要な課題を表しています。

(2) 廃水には高濃度の有機高分子化合物が含まれており、従来の生物処理だけでは除去することが困難です。これは、このプロジェクトの廃水処理におけるもう 1 つの重要な課題です。

(3) 運転コストを削減し、プロジェクトの効率を向上させるために、廃水と汚泥の揚水に使用するポンプの数を最小限に抑え、重力流を最大限に利用する設計を行う必要があります。これはこのプロジェクトの重要な焦点であり、運営コストの削減にとって非常に重要です。

2.3 治療プロセス

（１）前処理工程。このプロジェクトの廃水には多くの種類の汚染物質が含まれており、組成が複雑で、pH の変動が大きいため、包括的な処理が困難で費用がかかります。前処理工程に均質化槽を別途設置し、流量を均一化・均一化し、水質変動による排水処理システムへの影響を低減しました。

(2) 生物学的処理プロセス。このプロセスは、高度で、成熟し、効率的で、操作が簡単で、高度にインテリジェントであり、必要なスペースが最小限で、運用コストが低い必要があります。このプロジェクトでは「AO」プロセスが選択されました。このプロセスは中国で広く使用されており、高度で成熟した技術、高い浄化効率、製造の容易さ、残留汚泥の生成の少なさ、信頼性の高い排水品質を特徴としています。

(3) 高度な治療プロセス。本プロジェクトの高度処理プロセスとして「フェントン酸化＋傾斜管沈殿槽＋BAC」プロセスが選定されました。このプロセスでは、フェントン反応によって生成される強力な酸化フリーラジカルを利用して、残りの難分解性有機化合物を酸化および分解し、天然の微生物によって分解できる有機化合物に変換します。同時に、化学的対策によってリンの除去を強化し、完全なリン順守を確保するための安全策として機能します。その後、傾斜管沈殿槽での沈降、BAC槽での吸着・生分解により有機物除去が完了し、排出基準を満たします。

（４）汚泥処理工程。汚泥濃縮タンクは、強力な貯蔵容量、低消費電力、低運転コスト、そして簡単な操作を備えています。スクリュープレスは、設備とメンテナンスのコストが低く、占有スペースが最小限で、化学薬品の消費量が少なく、騒音が低く、スラッジケーキの乾燥度が 20% ～ 25% に達し、優れた脱水性能を示します。

2.4 プロセスフロー図

下水処理場は、図に示すように「AO槽+二次沈殿槽+フェントン反応槽+斜管沈殿槽+BAC+消毒槽」プロセスを採用しています。図1.

2.5 処理単位と機能

(1) 均圧タンク。有機負荷変動による後段の処理工程への影響を低減し、流量や水質の急激な変化による下流の処理工程（生物・化学）への影響を防ぎ、生物処理工程における安定した微生物環境、化学処理工程における安定した反応環境を維持します。タンクには水中ポンプが設置されており、廃水を無酸素タンクに持ち上げます。

(2)AOタンク。 AOタンクには複合パッキンと水中ミキサーが装備されています。結合されたパッキンは脱窒微生物と好気性微生物に十分な生存スペースを提供し、水中ミキサーは水中の有機物の均一な分布を保証します。無酸素タンクでは、アンモニア性窒素の大部分が除去されます。好気性タンクでは、ほとんどの有機物が除去され、アンモニア性窒素が硝酸性窒素に変換され、リンを蓄積する微生物がリンを摂取できるように好気性環境が作られます。-リンを豊富に含む汚泥は最終的に二次沈殿槽で汚泥として除去されます。

(3) 二次沈殿槽。二次沈殿池には走行式ブリッジスクレーパーと汚泥ポンプが装備されています。沈殿した汚泥は走行ブリッジスクレーパーにより汚泥ホッパに掻き取られ、汚泥ポンプにより汚泥タンクへ送液されるため、排水中のSSが大幅に低減されます。

(4) フェントン反応タンク。低い pH では、H2O2 は Fe2+ によって触媒的に分解されて・OH が生成され、水中のほとんどの有機化合物を酸化することができます。また、生物学的酸化反応や従来の化学酸化反応では処理が難しい有機化合物を完全に酸化することもできます。 ·OH は廃水中の有機物質と反応して CO₂ と水に分解し、廃水中の処理が難しい有機化合物の濃度を大幅に低減し、B/C 比を高め、後続の BAC タンクの処理効率を向上させます。

(5) 傾斜管沈殿槽。傾斜管沈降槽内の傾斜管パッキンは、フェントン反応槽で生成した懸濁物質やフロックを傾斜管の表面に凝集させます。汚泥は重力により底に沈殿し、汚泥ポンプにより汚泥濃縮槽に送られ、排水中のSSを低減します。

(6) 中間タンク。安定した廃水の水質と流量を確保し、生物活性炭フィルターでの均一で安定した濾過を保証し、BACタンクの濾過効率を向上させます。

(7) BAC タンクと逆洗タンク。 BACタンクには強力な吸着能力を持つ活性炭濾材が内蔵されており、水中の有害物質や微生物を効果的に濾過し、浮遊物質を除去します。逆洗槽には逆洗ポンプが装備されており、フィルター内の濾材を逆洗し、目詰まりを防ぎます。

(8) 消毒タンク。次亜塩素酸ナトリウムをタンクに添加して水中の有害な細菌を殺し、廃水中の有害な細菌の含有量を減らします。

(9) スラッジタンクとスクリュープレス。 AO槽、二次沈殿槽、斜管沈殿槽、BAC槽からの汚泥は汚泥ポンプにより汚泥槽に圧送されます。濃縮後、スラッジはスラッジポンプによってスクリュープレスに送られます（脱水中にカチオン性PAMが添加されます）。汚泥濃縮槽とスクリュープレスにより汚泥の水分を大幅に低減し、処理を容易にします。

2.6 複合プロセスの特徴

(1) AOタンクは排水中の有機物やアンモニア性窒素などの汚染物質の除去効率が高いです。無酸素槽では、バクテリアがCを含む有機化合物を消費してエネルギーを補い、好気槽から戻された硝酸態窒素をN₂に還元して脱窒を完了すると同時にBOD₅の一部も除去します。無酸素タンク内でも加水分解反応が起こり、廃水のB/C比が増加し、生分解性が向上します。好気槽では大部分の有機物とリンが除去され、アンモニア性窒素が硝酸性窒素に変換されます。

(2)フェントン反応槽では、強酸化性のフェントン試薬（Fe2⁺とH2O₂を一定割合で混合）を使用し、酸化力の高い・OHを生成し、良好な酸化処理効果が得られます。反応生成物の CO₂ と水は無毒で無害です。-このプロセスは良好な操作特性、室温での処理速度とコストが比較的低く、酸化効率が高く、処理コストが低く、廃水処理の困難さを大幅に軽減できます。

(3) 企業の観点から見ると、最初に AO タンクを配置し、次にフェントン反応タンクを配置すると、最初にフェントン反応タンクを配置し、次に AO タンクを配置する場合に比べて、運用コストが大幅に削減されます。フェントン反応タンクを最初に配置し、次に AO タンクを配置した場合、AO タンクへの有機負荷が増加し、フェントン反応タンク内で難分解性有機化合物の酸化によって形成される高価数有機分子を処理する必要があります。-これにより、運転中に大量の炭素源を追加する必要があり、炭素源調達コストと運転コストが大幅に増加します。 AO槽、フェントン反応槽の順に配置することで、前段で分解性有機物、後段で難分解性有機物を処理することができ、排水中の有機物濃度を大幅に低減しながら運転コストを削減できます。

(4) 流入水中の COD が高いことを考慮し、廃水中の有機物をさらに削減する高度な処理プロセスとして BAC が選択されました。活性炭は比表面積が大きいため、有機物や微生物が付着し、接触時間が長くなり、微生物の分解効率が向上します。タンク内には活性炭に加えて曝気装置も装備されており、水中の有機物の移動速度を高め、微生物に酸素を供給し、浄化効率を向上させるだけでなく、浮遊微生物と流入水中の有機物の接触を促進し、浮遊微生物の処理効率を高めます。

2.7 プロセスユニットとパラメータ

このプロジェクトのプロセス単位とパラメータを以下に示します。表2.

3 稼働状況

このプロジェクトは、排水中のすべての汚染指標が指定された排出基準を満たしており、2022 年 6 月に承認されました。これを以下に示します。表3.

4 運営コスト

このプロジェクトの総運営費は次のとおりです。表4.

5 経済的、社会的、環境的利点

5.1 経済的利益 

このプロジェクトの実施は大きな経済的利益をもたらします。まず、企業コストが削減されます。このプロジェクトがなければ、発電所からの外部循環排水の処理は資格のある団体に委託する必要がありました。外部循環排水は高濃度・多量のため、外注処理費や輸送費が高額となります。資格のある団体に治療を委託しない場合は、関連当局から罰金が科せられます。したがって、このプロジェクトの実施により、企業の廃水処理コストと潜在的な罰金が大幅に削減されます。第二に、社会的コストが削減されます。外部循環排水をそのまま放流すると、水質汚染により農業や漁業の収量が減少し、周辺の農業や漁業の発展に影響を及ぼします。したがって、このプロジェクトの実施により、社会的コストが大幅に削減されます。第三に、間接的に住民の医療費を削減します。この事業がなければ、地下水環境の汚染は避けられず、周辺住民の健康が脅かされ、医療費が大幅に増加することになる。したがって、本事業の実施は間接的に住民の医療費の削減につながります。最終的には土地の価値も上がります。このプロジェクトの実施により、発電所の循環外部排水による汚染が軽減され、周辺の土地が投資や工場建設にとってより魅力的なものになります。

5.2 社会的利益

このプロジェクトの実施は大きな社会的利益をもたらします。まず、周囲の水環境を保護します。高濃度の有害物質を含む外部循環排水が直接排出されると、周辺の水環境に多大な被害を及ぼし、水生生態系に影響を与える可能性があります。第二に、近隣住民の健康を守り、生活の質を向上させます。外部循環排水中の有機物濃度が高いため、放流すると川が黒くなり、悪臭が発生します。さらに、水質に重大な影響を及ぼし、魚などの水生動物が生息できなくなり、魚の悪臭が発生したり、周辺住民の生活環境や生活の質に影響を及ぼしたりする可能性があります。したがって、このプロジェクトの実施は近隣住民の健康を大きく保護します。

5.3 環境上の利点

本事業の実施により、発電所の外部循環排水による周辺水域の汚染が大幅に軽減され、近隣住民の生活環境が保護されます。年間CODcrを約385トン、BOD₅を約23トン、TNを約150トン、TPを約3トン、SSを約370トン削減します。

6 結論

本プロジェクト事例では、AO+フェントン反応槽+BAC複合プロセスにより、発電所の外部循環排水において汚染物質を効果的に処理し、所定の排出基準を満たす安定した排水水質を達成できることを実証しました。 CODcr削減率は85%、総窒素削減率は87%、総リン削減率は90%に達します。 BOD₅ とアンモニア性窒素の除去率は、流入濃度が低いため高くありませんが、それでも一貫して基準を満たしています。これは、AO + フェントン反応タンク + BAC 複合プロセスが、発電所循環外部排水に対して顕著な処理効果と優れた排水品質を達成することを示しています。この複合プロセスは高度な自動化を実現でき、技術要件が低く、操作と管理が簡単です。これは、発電所からの循環外部排水を処理する他のプロジェクトに貴重な参考資料を提供するとともに、経済的、社会的、環境的に大きな利益をもたらし、発電所の持続可能な開発と運営にとって大きな意味を持ちます。