Produkcja wody czy oczyszczanie ścieków?
Za koniecznością optymalnego wykorzystywania zasobów wodnych przemawiają zarówno przesłanki ekonomiczne, podyktowane systemem opłat za korzystanie ze środowiska naturalnego oraz kar za przekroczenia w zakresie ilości i jakości odprowadzanych ścieków przemysłowych, jak i pobudki moralne, wynikające ze świadomości czynienia szkód otaczającej nas przyrodzie na wypadek odprowadzania ścieków o niewłaściwych parametrach fizykochemicznych [1].
Nowoczesne instalacje służące do produkcji wód technologicznych opierają się na technikach umożliwiających korzystanie z wód zanieczyszczonych. Bywa, że do produkcji wód czystych wykorzystuje się strumień ścieków oczyszczonych w instalacjach własnych lub instalacjach innych podmiotów gospodarczych, oszczędzając na opłatach za wodę pobieraną ze środowiska naturalnego. Ma to duże znaczenie, zwłaszcza na obszarach uprzemysłowionych, gdzie poborem wody z jednego źródła zainteresowanych jest wiele podmiotów gospodarczych.
W obiegu Przykładem stacji produkujących wody technologiczne z wód uprzednio już wykorzystanych do innych celów są: instalacja do produkcji wody uzupełniającej obieg chłodzący w TAURON Ciepło sp. z o.o. Zakład Wytwarzania Katowice [2] oraz instalacja produkująca wodę zdemineralizowaną do uzupełniania obiegów wodnoparowych kotłów wysokoprężnych w TAURON Wytwarzanie S.A. Oddział Elektrownia Łagisza w Będzinie [1, 3]. Pierwsza z nich wykorzystuje ścieki bytowe, oczyszczone w siemianowickiej oczyszczalni ścieków. Woda odzyskiwana jest dzięki zastosowaniu systemu mikrofiltracji podciśnieniowej, umożliwiającej „odessanie” wody pozbawionej zawiesin i częściowo koloidów. Poprzez zastosowanie systemu napowietrzania i utleniania chemicznego za pomocą dozowanego chloranu (I) sodu (podchlorynu) – następuje dalsze utlenianie związków organicznych, związków azotowych oraz dezynfekcja pozyskanej wody. Instalacja ta nie zatrzymuje soli mineralnych występujących w ściekach oczyszczonych. W przypadku instalacji do produkcji wody zdemineralizowanej w Elektrowni Łagisza, wykorzystanie ścieków jest nieco bardziej skomplikowane. Wodę surową do produkcji wody zdemineralizowanej można pozyskiwać z dwóch źródeł ścieków pochodzących z elektrowni. Są to odsoliny z obiegu chłodzącego bloków 120 MW oraz – w razie potrzeby – ścieki przemysłowe z terenu elektrowni, oczyszczone techniką ultrafiltracji podciśnieniowej. Z kolei do produkcji wody uzupełniającej obieg chłodzący, z którego te odsoliny pochodzą, użyto obok wody rzecznej także i ścieki bytowe, oczyszczone metodą osadu czynnego
Cel pracy
Wielokrotne wykorzystywanie wody polega na „zamianie” ścieków powstałych w procesie produkcyjnym lub w wyniku bytowania człowieka w wodę użytkową, możliwą do wykorzystania do celów przemysłowych. Jako że każda ingerencja w jakość wody wiąże się z wykorzystaniem odpowiednich metod fizycznych i chemicznych, jest to możliwe pod warunkiem zastosowania takich technik, które nie przyczynią się do powstania nadmiernie zanieczyszczonego strumienia ścieków na stacji uzdatniania wody. Wiadomo, że stacja uzdatniania wody generuje własne ścieki i odpady w postaci zawiesin czy osadów.w mechaniczno-biologicznej oczyszczalni należącej do elektrowni. Pełny opis pracy instalacji można znaleźć we wcześniejszych pracach z tej serii [1, 3, 4], a jej ogólny schemat przedstawia rys. 1.
Dozując chemikalia w procesie uzdatniania wody, czy to do korekty pH, czy do strącania określonych substancji, czy też do czyszczenia lub regeneracji urządzeń stosowanych w uzdatnianiu, doprowadzamy do wzrostu stężenia pewnych substancji w ściekach odprowadzanych z instalacji. Celem niniejszej pracy jest pokazanie, w jaki sposób zanieczyszczenia rozpuszczone w wodzie surowej przemieszczają się od wody surowej w kierunku ścieków odprowadzanych z instalacji i w jaki sposób można zarządzać wzrostem stężenia określonych substancji, aby nie przekroczyć wartości określonych w przepisach prawa obowiązujących w tym zakresie. Tym razem spojrzymy na stację uzdatniania wody nie pod kątem produktu, jakim jest uzyskana czysta woda, ale pod kątem ścieków odprowadzonych z instalacji. Jako przykładem posłużę się stacją demineralizacji wody w Elektrowni Łagisza. Obserwacjom poddam zmianę stężenia chlorków.
Bilans masowy instalacji
Pozwolenia wodnoprawne na zrzut ścieków lub pozwolenia zintegrowane, które obowiązują dla instalacji mogących powodować znaczne zanieczyszczenie poszczególnych elementów przyrodniczych albo środowiska jako całości (rozp. min. środ. z dn. 02.09.2014, Dz.U. 2014 poz.1169), określają górne wartości stężeń substancji, jakie mogą być odprowadzane wraz ze ściekami przez dany zakład przemysłowy. Wartości te najczęściej odpowiadają wielkościom określonym w rozporządzeniu ministra środowiska z dnia 16.12.2014 r. w sprawie warunków, jakie należy spełnić przy wprowadzaniu ścieków do wód lub do ziemi, oraz w sprawie substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego (Dz.U. 2014. poz. 1800). Graniczne górne wartości stężeń wybranych parametrów, obowiązujące większość zakładów przemysłowych, przedstawia tabela 1. Mówiąc o przemieszczaniu się określonych zanieczyszczeń, najlepiej posłużyć się bilansem masowym instalacji. Masa składnika s odprowadzanego do środowiska naturalnego wraz ze ściekami będzie równa sumie masy tego składnika wprowadzonej wraz z wodą surową i mas tego składnika wprowadzonego na kolejnych etapach uzdatniania, pomniejszoną o pozostałość masy tego składnika wyprowadzonego z instalacji wraz z wodą uzdatnioną. W przypadku substancji, które na jednym lub kilku etapach uzdatniania przechodzić będą do osadów, sumaryczna masa pomniejszona będzie także o masę składnika s w substancji wytrąconej. Jeśli za podstawę bilansu przyjmiemy określony czas, np. jednej godziny, ogólnie bilans masowy składnika s możemy zapisać jako:
gdzie: mS,O– masa substancji s odprowadzonej ze ściekami [kg/h], mS,S – masa substancji s wprowadzonej z wodą surową [kg/h], mS,i – masa substancji s wprowadzonej na i-tym stopniu uzdatniania [kg/h], mS,j – masa substancji s wytrąconej na j-tym stopniu uzdatniania [kg/h], mS,u – masa pozostałości substancji s w wodzie uzdatnionej [kg/h]
W przypadku substancji rozpuszczonych, które nie ulegają wytrąceniu w procesie uzdatniania wody, jakimi są np. jony chlorkowe, ich ilość w ściekach odprowadzonych z procesu uzdatniania jest równa sumie ilości w wodzie surowej oraz ilości w roztworach użytych do procesu uzdatniania, jak np. korekta pH, czyszczenie chemiczne membran, regeneracja wymienników itp., pomniejszonej o ilość chlorków wyprowadzonych wraz z wyprodukowaną wodą zdemineralizowaną. Chlorki zatrzymane na etapie wymiany jonowej przejdą z powrotem do ścieków w procesie regeneracji złoża anionitowego, ale będą to te same chlorki, które wcześniej znajdowały się w wodzie surowej. Jako, że masa substancji wyprowadzonej w postaci osadu jest w tym przypadku równa 0, bilans masowy chlorków przedstawia się następująco:
gdzie: mCl,O – masa chlorków odprowadzonych ze ściekami [kg/h], [kg/d], cCl,s – stężenie chlorków w wodzie surowej [kg/m3], Vs – natężenie przepływu wody surowej [m3/h], [m3/d], cCl,i – stężenie chlorków wprowadzonych na i-tym stopniu uzdatniania [kg/m3], Vi – natężenie przepływu roztworu wprowadzonego na i-tym stopniu uzdatniania [m3/h], [m3/d], cCl,u – stężenie chlorków w wodzie uzdatnionej [kg/ m3], Vu – natężenie przepływu wody uzdatnionej [m3/h], [m3/d].
Oczywiście masa rozpatrywanego składnika będzie taka sama, zmieni się jednak jego stężenie poprzez fakt, że ilość ścieków odprowadzonych różni się od ilości wyprodukowanej wody.
Literatura
[1] Sąkol-Sikora D., Gospodarka wodna w nowoczesnym zakładzie energetycznym, Energetyka Cieplna i Zawodowa, 2011, 9 (488), s. 16-19.
[2] Kańtoch W., Jamrocha T., Doświadczenia z dwuletniej eksploatacji instalacji mikrofiltracji ZeeWeed®, Materiały IX Konferencji Naukowo-Technicznej pn.: Udział Chemii Energetycznej we Wzroście Efektywności Urządzeń, Szczyrk 22-24 maja 2002 r., s. 91-104.
[3] Sąkol-Sikora D., Modernizacja gospodarki wodnej w Elektrowni Łagisza. Oszczędzać wodę, Energetyka Cieplna i Zawodowa, 2010, 6, s. 50-55.
[4] Sąkol-Sikora D., Doświadczenia w prowadzeniu instalacji membranowych, służących do produkcji wody do celów energetycznych i cieplnych, INSTAL 2011, 10, s. 8-10.
[5] Sąkol D., Zastosowanie technik membranowych i konwencjonalnych w procesie usuwania substancji osadotwórczych z wody, Materiały X Konferencji Naukowo-Technicznej pn.: Udział Chemii Energetycznej we Wzroście Efektywności Urządzeń, Szczyrk 26-28 maja 2004 r., s. 98-104.
Autor: dr inż. Dorota Sąkol-Sikora TAURON Wytwarzanie S.A., Oddział Elektrownia Łagisza w Będzinie
Fot. 123rf
