¿Investigación sobre el método de cálculo para el límite de emisión de aguas residuales de desulfuración de centrales eléctricas alimentadas con carbón?
Este artículo estudia las regulaciones nacionales y de EE. UU., realiza una investigación en profundidad sobre los modelos numéricos y algorítmicos específicos para determinar el rango de indicadores de emisiones y brinda sugerencias de modificación específicas basadas en el desarrollo de la industria de mi país y las condiciones nacionales. Se obtiene a través del modelo de cálculo Límites de emisión directa de parámetros de control de contaminantes en aguas residuales de desulfuración, límite máximo de emisión diaria de cloruro ≤500 mg/L, límite máximo de emisión diaria de sólidos disueltos totales (TDS) ≤215 mg/L, límite máximo de emisión diaria. de sólidos disueltos totales (TDS) ≤215 mg/L El límite máximo de emisión es ≤215 mg/L. El límite máximo de emisión es ≤215 mg/L, selenio ≤1,5 mg/L, mercurio ≤0,005 mg/L, etc.
En 2015, el Consejo de Estado emitió el "Plan de Acción para la Prevención y el Control de la Contaminación del Agua" (en adelante, las "Diez Medidas sobre el Agua"), que aclaró el enfoque de la gestión del medio ambiente hídrico de mi país y señaló la dirección para la prevención y el control de la contaminación del agua en mi país.
La desulfuración de gases de combustión (FGD) de las centrales eléctricas de carbón utiliza el método de yeso de piedra caliza húmeda para producir aguas residuales de desulfuración. Se caracteriza por una composición compleja de contaminantes y muchos contenidos de metales pesados que exceden los estándares. efectos diversos y nocivos para el medio ambiente y el cuerpo humano. Por lo tanto, en 2006, la industria energética propuso por primera vez el "Índice de control de calidad de aguas residuales de centrales eléctricas de carbón con desulfuración húmeda de yeso calizo" DL/T997, que controlaba el correspondiente. indicadores de emisión de contaminantes por concentración, y propuestas de tecnologías de tratamiento inofensivas.
Los métodos convencionales de tratamiento de aguas residuales de desulfuración son la precipitación química, floculación, neutralización, sedimentación y otras vías técnicas, sin embargo, con el paulatino auge y madurez de la tecnología de vertido cero en los últimos años, sumado a los controles existentes. en los estándares de implementación existentes Hay problemas como una pequeña cantidad de indicadores y valores límite estándar que no diferencian entre tecnologías. Los estándares originales se están volviendo cada vez menos adaptables al progreso tecnológico y los requisitos de protección ambiental.
Con el fin de mejorar aún más el sistema nacional de estándares de emisiones de contaminantes ambientales, estandarizar y fortalecer el control de emisiones de aguas residuales en la industria de energía térmica y guiar el desarrollo sostenible y saludable de las industrias de contaminantes energéticos y de protección ambiental, la revisión de Los estándares de desulfuración de aguas residuales se han convertido en una tendencia general.
Al comparar la revisión de las normas de emisión de contaminantes y el modelo de cálculo de los límites de concentración del indicador de emisión de contaminantes en China y Estados Unidos, este artículo formula cálculos adecuados para los parámetros de control de los límites de emisión directa de contaminantes de aguas residuales de desulfuración en mi país.
1 Comparación de los estándares revisados de emisiones contaminantes entre China y Estados Unidos
1.1 El proceso y la base tecnológica para determinar los indicadores de emisiones contaminantes en Estados Unidos
El base de proceso y tecnología para determinar los límites de emisión de contaminantes del agua en los Estados Unidos. Los métodos se dividen básicamente en los siguientes tres tipos: ① método de sustancia química específica; ② método integral de toxicidad de las aguas residuales; ③ método de referencia biológica o método de evaluación biológica;
Después de la investigación, el método para determinar los límites de emisión de contaminantes de agua de fuentes puntuales industriales en los Estados Unidos es el método integral de toxicidad de la calidad del agua, que utiliza el método de prueba de exposición de organismos acuáticos para determinar la toxicidad integral de los contaminantes. , apuntando al complejo problema de la dificultad para determinar la calidad de las aguas residuales y la dificultad para identificar contaminantes específicos.
Esto es diferente de un enfoque químico específico que cumple con los puntos de referencia de calidad del agua específicos de cada químico. Según el Programa Nacional de Eliminación de Descargas Contaminantes (NPDES) de EE. UU., su contenido principal es la emisión e implementación de permisos de descarga de contaminantes y la implementación de políticas de límite de permisos de descarga de contaminantes de fuentes puntuales de agua.
El primer método para determinar los límites de emisión de contaminantes de fuente puntual en Estados Unidos está basado en la tecnología, es decir, considerando la capacidad de tratamiento que la tecnología actual puede alcanzar; el segundo está basado en la calidad del agua. es decir, considerar plenamente el impacto de los organismos en el medio ambiente y la salud humana como base para los estándares de calidad del agua.
La Figura 1 muestra el proceso de investigación objetivo de la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. para determinar indicadores de límites de descarga de contaminantes de aguas residuales basados en la tecnología de tratamiento.
Figura 1 Proceso de determinación del límite estándar de descarga de contaminantes al agua de la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. (EPA)
1.2 El proceso de revisión de los estándares nacionales de descarga de contaminantes convencionales
Contaminación industrial En mi país, las normas de control de emisiones contaminantes generalmente se revisan en función de los procesos y rutas técnicas de eliminación de contaminantes correspondientes, siendo la salud humana (es decir, los beneficios ambientales) el requisito básico. Además de la viabilidad técnica, las rutas técnicas de control estándar también deben considerar plenamente los indicadores económicos. , es decir, inversión, costos operativos, etc.
Con base en la base de revisión objetiva existente mencionada anteriormente, el autor de este artículo descompone el proceso de determinación de estándares como se muestra en la Figura 2 mediante un análisis exhaustivo de los antecedentes de revisión, la necesidad, el cálculo y los métodos de investigación de varios estándares.
Figura 2: Proceso de revisión de los estándares de control de contaminantes de aguas residuales de desulfuración
1.3 Problemas con los indicadores de emisiones contaminantes de mi país
1.1 Insuficientes indicadores relevantes en los estándares Mejorar
Los estándares de control de aguas residuales de desulfuración de mi país incluyen el estándar industrial "Indicadores de control de calidad del agua para aguas residuales de desulfuración húmeda de piedra caliza y yeso de plantas de energía térmica" (DL/T997-2006), que incluye el control de metales pesados como el total. mercurio, cromo total, cadmio total, plomo total, níquel total, sólidos suspendidos, demanda química de oxígeno, sulfuro, fluoruro, sulfato y pH están restringidos.
Teniendo en cuenta la aplicación nacional actual recomendada de rutas de tecnología de tratamiento de aguas residuales de desulfuración, como precipitación, coagulación, neutralización y otros tratamientos químicos que cumplan con los estándares de descarga, es decir, tecnología de caja triple. Esta ruta tiene una alta tasa de eliminación de la mayoría de los metales y metales pesados, mercurio y arsénico, en sólidos suspendidos, pero tiene una baja tasa de eliminación de cloruro, bromuro, boro, sulfato, amonio y otros sólidos disueltos (TDS) [13]. La tasa de eliminación de ciertos elementos nocivos como el selenio es pobre.
Para esta tecnología de tratamiento, existen pocos tipos de estándares de control, y los estándares no reflejan adecuadamente las emisiones de sustancias nocivas como las sales solubles y el selenio.
En segundo lugar, las rutas técnicas recomendadas por mi país para el tratamiento de aguas residuales de desulfuración incluyen precipitación química, coagulación, pretratamiento de neutralización, concentración de membrana, evaporación de calor residual de combustión, secado/cristalización por evaporación, es decir, tecnología de descarga cero para aguas residuales de desulfuración. .
La tecnología requiere límites a las concentraciones de mercurio, arsénico, selenio y nitratos/nitritos en los efluentes, y límites a los sólidos suspendidos totales (SST).
Los estándares de control de aguas residuales de desulfuración de mi país ya no pueden satisfacer las necesidades del desarrollo social. Es necesario aumentar los indicadores de control de los estándares de implementación existentes. Se debe prestar más atención a los sólidos disueltos totales, TDS, nitrato/. nitrito, mercurio, hexavalente Indicadores de control de sustancias nocivas como cromo, cobre y selenio.
1.3.2 No considerar plenamente la viabilidad técnica y económica
Estudio en profundidad de la revisión de 2015 de la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. de los estándares de emisión de contaminantes para centrales eléctricas de carbón de fuente puntual , 40 CFR Parte 423 "Puntos de generación de energía a vapor" "Directrices y estándares para los límites de emisión de contaminantes fuente" en la regla final, hay dos conjuntos de límites BAT (mejor tecnología disponible económicamente alcanzable) para los estándares de control de aguas residuales de desulfuración. El primer conjunto de estándares de control BAT fueron límites numéricos para SST (sólidos suspendidos totales) que eran idénticos a los TSS BPT (mejor tecnología de control disponible actualmente disponible) previamente establecidos por la EPA. El segundo conjunto de estándares de control de MTD son estándares de límite numérico para mercurio, arsénico, selenio, nitrógeno nitrato/nitrito y la adopción voluntaria de tecnología avanzada para las centrales eléctricas de carbón existentes (ES, fuentes de contaminación existentes) y las nuevas centrales eléctricas (NS, Los objetivos de control para las aguas residuales de desulfuración provenientes de fuentes contaminantes de nueva construcción son mercurio, arsénico, selenio y TDS (sólidos disueltos totales).
Sin embargo, mi país aún no ha establecido un sistema sistemático de evaluación de tecnologías de reducción de emisiones contaminantes. Actualmente, solo se han formulado 11 de las mejores tecnologías disponibles, lo que no es suficiente para respaldar la formulación y revisión de estándares de emisiones contaminantes del agua. para todas las industrias.
1.3.3 Es necesario mejorar la adaptabilidad de la norma al progreso tecnológico y los requisitos de protección ambiental.
La formulación de la norma debe estar perfectamente conectada con la tecnología actual de tratamiento de aguas residuales por desulfuración y las condiciones ambientales. requisitos de protección. La formulación de límites de emisiones de contaminantes del agua industrial debe considerar de manera integral factores como los niveles de emisiones industriales, las tecnologías de tratamiento de contaminantes, los requisitos de calidad ambiental y las normas nacionales y extranjeras pertinentes.
Ahora que la tecnología de cero emisiones se ha aplicado parcialmente en nuestro país, el "Índice de control de calidad del agua para aguas residuales de desulfuración húmeda de piedra caliza y yeso de centrales térmicas" está lejos de ser adecuado para la tecnología actual de control de la contaminación.
Para los estándares de control de emisiones de aguas residuales de desulfuración húmeda en los Estados Unidos, la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. ha formulado diferentes límites de control basados en diferentes tecnologías de tratamiento.
Por ejemplo, las plantas de energía que solo usan precipitación química para tratar las aguas residuales de desulfuración deben controlar el mercurio y el arsénico dentro de los estándares; las plantas de energía que usan precipitación química seguida de métodos biológicos en serie para tratar las aguas residuales de desulfuración deben proponer mercurio; , arsénico, selenio, estándares de control para el nitrógeno en estado de nitrato/nitrito, mientras que las plantas de energía que utilizan la evaporación para tratar las aguas residuales de desulfuración tienen requisitos para controlar el mercurio, el arsénico, el selenio y los sólidos disueltos totales;
2 Modelos de cálculo relacionados
2.1 Modelos de cálculo para países desarrollados para determinar límites de concentración de indicadores de emisiones contaminantes
Consultar el Plan Nacional de Reducción de Descargas Contaminantes de EE. UU. (NPDES) ) Método de cálculo de límites de concentración de contaminantes en el agua basado en tecnología BAT y establecimiento del proceso del modelo de cálculo.
(1) Con base en el impacto ambiental causado, es decir, la principal contradicción, determinar los indicadores de contaminantes que es necesario controlar, incluyendo la toxicidad a largo plazo/crónica y la toxicidad a corto plazo/aguda.
(2) Los límites de concentración de aguas residuales industriales se dividen en límites de concentración máxima diaria (corto plazo) y límites de concentración promedio de 30 días (largo plazo). Se dividen en límites de concentración para vertido directo al natural. cuerpos de agua y descarga en cuerpos de agua naturales Los límites de concentración de los equipos de tratamiento de aguas residuales de la empresa downstream, las fórmulas de algoritmo para diferentes concentraciones son diferentes.
Tome el contaminante que descargué de la planta de aguas residuales como ejemplo para analizar el promedio a largo plazo (LTA), como la ecuación (1).
(3) Determinar el coeficiente de variación diaria y el coeficiente de variación mensual VF.
(4) De acuerdo con el límite de concentración estándar del modelo de cálculo = LTA × VF, finalmente se determinan los estándares de límite de concentración para diferentes concentraciones de contaminantes en la industria de aguas residuales.
(5) Demostración de viabilidad.
2.2 Modelo de cálculo aplicable a los límites estándar de descarga de aguas residuales industriales de mi país
(1) La determinación del límite de concentración de un determinado contaminante adopta el modelo de cálculo de la raíz media aritmética del largo tiempo de la industria. -promedio a plazo, tomando como ejemplo la DQO emitida por esta empresa, la fórmula de cálculo es la siguiente: Ecuación (2).
3 Cálculo de la concentración límite de la norma de descarga de aguas residuales de desulfuración de mi país
Con base en la base técnica en la que se basa la norma límite de descarga de aguas residuales de desulfuración recientemente revisada, se recomienda adoptar tecnología de descarga cero para "pretratamiento químico RO membrana concentración reducción evaporación cristalización" basada en la técnica. Se complementa la tecnología de evaporación de derivación de gases de combustión de calor residual de reducción de concentración de membrana de RO de pretratamiento químico.
Se sabe que los indicadores de efluentes de las dos tecnologías en condiciones normales de operación son equivalentes, formando el principal contaminante en la descarga cero. sistema de desulfuración de aguas residuales. Los parámetros de control de importación y exportación se muestran en la Tabla 1, tomando como ejemplo de un proyecto de desulfuración de aguas residuales a gran escala sin descarga en una planta de energía alimentada con carbón.
Tabla. 1 Parámetros de control de importación y exportación de los principales contaminantes en el sistema de aguas residuales de desulfuración de descarga cero
Con base en las características de calidad del agua de las aguas residuales de desulfuración húmeda de yeso calizo de las centrales eléctricas alimentadas con carbón, los principales tipos de contaminantes que pueden causan daño ambiental, y del análisis de los principales objetos de control de las normas vigentes de calidad del agua, así como de la conclusión del mejor proceso de tratamiento recomendado por el Ministerio de Protección Ambiental, se determinó que las aguas residuales de desulfuración son los tipos de contaminantes que deben ser controlados. se muestran en la Tabla 2.
Tabla 2 Determinación de los parámetros de control de contaminantes de aguas residuales de desulfuración basados en la tecnología de cristalización por evaporación/evaporación de derivación (BAT)
Tomando los datos de calidad del agua efluente de. Como ejemplo, en 10 centrales eléctricas alimentadas con carbón que adoptan tecnología de desulfuración de descarga cero de aguas residuales, el contaminante representativo SO42- se sustituye en el modelo matemático para calcular.
(1) Calcule el promedio a largo plazo. LTA, como se muestra en la fórmula (8).
El método nacional para medir la demanda química de oxígeno es el método del dicromato de potasio, conocido por GB11914-1989. El límite de detección es de 0,2 mg/L y no tiene. La relación de salida es p=0.
El método de cálculo de los mejores límites de concentración disponibles para otros tipos de contaminantes en la Tabla 1 es el mismo que para el sulfato, por lo que se muestran los resultados finales del cálculo. en la Tabla 2.
4 Conclusión y perspectivas
(1) Tomar la mejor tecnología disponible (MTD) para la desulfuración de aguas residuales: la ruta del proceso de cristalización por evaporación de la tecnología de descarga cero como método técnico base para determinar el límite de concentración estándar, aprenda completamente de mi país y del algoritmo del modelo matemático utilizado por la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. para formular los límites estándar de descarga de aguas residuales.
Se determinaron las soluciones técnicas para los tipos de contaminantes y los rangos de concentración de control sustentados en las normas de control de emisiones de aguas residuales de desulfuración.
(2) Sobre la base de un estudio en profundidad de los métodos estándar de determinación de límites de China y Estados Unidos, e integrando los puntos más comunes de los modelos de cálculo de los dos países, la calidad de las aguas residuales de desulfuración y se determinaron las características cuantitativas de las aguas residuales de desulfuración, los tipos requeridos de contaminantes, incluido el límite máximo de emisión diaria de TDS recientemente agregado, el límite máximo de emisión diaria de nitrato, los niveles de control de cloruro y otros iones de sal inorgánica, los niveles de control de contaminantes de segunda categoría, cobre y selenio, y los niveles de control de primera. -Contaminante de categoría mercurio, niveles hexavalentes e indicadores de control de metales pesados como contaminantes de primera categoría mercurio y cromo hexavalente.
(3) Los nuevos indicadores de control de aguas residuales de desulfuración deberían ser más adecuados para las necesidades de desarrollo ambiental actuales y futuras.
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