19/06/2020

ZLD czyli jak łączenie technologii eliminuje ciekły zrzut

Niedobór wody i rosnące ukierunkowanie na ograniczenie oddziaływania na środowisko z zastosowań przemysłowych kładą duży nacisk na odzysk i ponowne wykorzystania tego cennego zasobu.

Inicjatywy i regulacje w zakresie zrównoważonego rozwoju, w połączeniu z działaniami na rzecz ochrony zasobów wodnych na całym świecie, wprowadzają ścisłe limity dotyczące norm odprowadzania i ponownego wykorzystania oczyszczonych ścieków.
Zarządzanie całym obiegiem wody w zakładach produkcyjnych jest napędzane także przez konieczność zwiększania wydajności zakładów i innowacyjność w kierunku wprowadzenia rozwiązań zerowego zrzutu cieczy (ZLD – Zero Liquid Discharge) w prawie każdej większej aplikacji przemysłowej.
Szczególnego znaczenia ekonomicznego nabrało zagadnienie gospodarki o obiegu zamkniętym oraz wykorzystanie odnawialnych zasobów stając się dodatkowym bodźcem finansowym inwestycji w sektorze oczyszczania ścieków, umożliwiającym czerpanie korzyści z wytworzonej energii. Praktycznie w przypadku oczyszczania ścieków oznacza to zastosowanie technologii przetwarzających zanieczyszczenia organiczne do biogazu, który z kolei przetwarzany jest w instalacji kogeneracyjnej na energię elektryczną i cieplną. Takie rozwiązania można zastosować wszędzie tam, gdzie jest to możliwe ze względu na charakterystykę ścieków.

Przykładem jest inwestycja zrealizowana w Polsce dla producenta czekolady.

Oczyszczalnia ścieków dla fabryki czekolady – założenia i cele inwestycji

Zwiększenie mocy produkcyjnych oraz strategia Klienta mająca na celu redukcję śladów węglowego, wodnego i zwiększenia efektywności energetycznej zadecydowały o budowie nowej instalacji oczyszczania ścieków i utylizacji powstających w trakcie produkcji odpadów w oparciu o najnowsze dostępne technologie z produkcją biogazu i odzyskiem wody.

Cele i wymagania projektu:

  • Jednoczesna utylizacja ścieków i odpadów
  • Produkcja biogazu
  • Zrzut ścieków oczyszczonych do rzeki
  • Zamknięcie obiegu wodnego dla 50% oczyszczonych ścieków tj. odzysk wody ze ścieków.
  • Ograniczenia terenu dostępnego pod budowę
  • Spełnienie wymagań prawnych, ekologicznych oraz korporacyjnych.

W oparciu o przeprowadzone 4 miesięczne badania pilotowe opracowany został unikatowy w skali światowej schemat technologiczny obejmujący cztery technologie:

  • technologia beztlenowa oparta o reaktor membranowy Memthane®
  • proces deamonifikacji na złożu zawieszonym Anita™MOX (redukcja NNH4)
  • tlenowy reaktor membranowego (UF) Biosep® (MBR)
  • Modułu RO (odwróconej osmozy).
Projekt instalacji oczyszczania ścieków i utylizacji odpadów z produkcją biogazu i odzyskiem wody
Projekt instalacji oczyszczania ścieków i utylizacji odpadów z produkcją biogazu i odzyskiem wody

Membranowa technologia beztlenowa MEMTHANE®

Od ponad 40 lat Veolia Water Technologies rozwija technologie fermentacji metanowej dla różnorodnych zastosowań. W naszych laboratoriach prowadzone są badania nad optymalizacją procesu, możliwościami poddania fermentacji różnych substratów jak i konstrukcją nowych reaktorów.

W latach 80./90. ub. wieku wprowadziliśmy na rynek reaktory UASB i tzw. reaktory wysoko obciążone Biobed® EGSB oparte na technologii tzw. „osadu granulowanego”, co stanowiło przełom w zastosowaniu technologii beztlenowej w przemyśle na szeroką skalę. Reaktory te stanowią najbardziej zaawansowaną i szeroko stosowaną dla rozkładu ładunku organicznego w fazie ciekłej technologię aplikacji beztlenowych dla ścieków średnio stężonych od 1,2-15g ChZT/l (ChZT – Chemiczne Zapotrzebowanie Tlenu), o stosunkowo niskich zawiesinach <500mg/l i braku ekstraktu eterowego (tłuszczów) <50mg/l. Jej atutami są wysokie obciążenia reaktora, krótki czas zatrzymania i relatywnie niewielkie kubatury.

Jednak, ze względu na coraz częściej spotykane parametry ścieków/odpadów wykraczające poza zakresy parametrów ChZT (>20g ChZT/l), zawiesin i ekstraktu eterowego dotychczasowych pracujących reaktorów wysoko obciążonych (UASB, EGSB) Veolia Water Technologies opracowała i wprowadziła na rynek innowacyjną technologię MEMTHANE® - beztlenowy reaktor membranowy pozwalający na osiągnięcie najlepszej możliwej jakości strumienia podczyszczanego oraz najwyższej możliwej ilości produkowanego biogazu. Redukcja ChZT wynosi 95-99,5% w zależności od zastosowanego substratu.Ilość produkowanego metanu jest ściśle związana z usuniętym ładunkiem ChZT tzn. im wyższa redukcja ChZT, tym większa ilość produkowanego metanu.

Proces MEMTHANE®
Schemat procesu MEMTHANE®

MEMTHANE® jest kompaktowym systemem łączącym biologiczną degradację i separację membranową. Strumień ścieków/odpadów dopływających kierowany jest do reaktora beztlenowego, gdzie fermentacji ulegają związki organiczne. Procesowi temu towarzyszy produkcja biogazu. Następnie ścieki przefermentowane przepływają przez pakiet membran filtracyjnych, gdzie następuje oddzielenie "czystego" filtratu (permeat) od biomasy. Biomasa jest zawracana do reaktora, podczas gdy „permeat” pozbawiony części stałych i z niską zawartością BZT/ChZT jest odprowadzany. Zawiesiny (w tym bakterie) oraz roztwory koloidalne są zatrzymywane na membranach, a tym samym pozostają one w reaktorze biologicznym. Korzyści są dwojakie: znaczna poprawa jakości ścieków na odpływie (brak zawiesin, minimalne stężenia BZT5 i koloidalnego ChZT) oraz znaczny wzrost stężenie aktywnej biomasy w reaktorze, co powoduje wzrost efektywności biologicznego oczyszczania. Unikalna konfiguracja membran na zewnątrz reaktora i hermetyzacja procesu dają łatwą w utrzymaniu i bezpieczną dla środowiska instalację.

Dzięki zastosowaniu technologii Memthane® niemal cały ładunek organiczny rozkładalny w procesie beztlenowym zostaje przetworzony na cenny biogaz z wydajnością 99%, co jednocześnie pozwala na osiągnięcie bardzo wysokiej jakości odpływu w jednym procesie.

Technologia ANITA™ Mox - skrócona droga eliminacji azotu amonowego

W trakcie rozkładu beztlenowego ścieków wskutek rozkładu białek azot organiczny ulega prawie w całości transformacji w azot amonowy. W rozpatrywanym przypadku stężenia azotu amonowego sięgają kilkuset mg/l przy jednoczesnym deficycie węgla rozkładalnego, co wynika z wysokiej efektywności reaktora Memthane® i wysokiej produkcji biogazu. Dlatego konieczne było zastosowanie innego procesu niż klasyczna eliminacja azotu poprzez nitryfikację i denitryfikację.

W tym przypadku zastosowanie technologii ANITA™ Mox jest nieocenione. Proces realizowany jest w warunkach „beztlenowych” w warstwie biofilmu wytwarzanego na nośnikach – kształtkach.

Efektem zastosowania procesu ANITA™ Mox jest:

  • Zużycie energii (-60%)
  • Emisja CO2 (-80%)
  • Brak konieczności dostarczania łatwo rozkładalnego C (ChZT)
  • Wysokie obciążenia mała kubatura reaktora.
Moduł filtracyjny reaktora Biosep® 

Proces tlenowy membranowy Biosep® oraz RO

Odzysk wody wymaga odpowiedniego przygotowania ścieków przed odwróconą osmozę, a zwłaszcza osiągnięcia stężeń BZT poniżej 5 mg/l, co pozwoli na uniknięcie biofoulingu membran RO. Rozwiązaniem jest zastosowanie reaktora tlenowego z ultrafiltracją.

Cechami charakterystycznymi technologii Biosep® są:

  • Elastyczność w stosowaniu membran - możliwe zastosowanie membran zanurzonych jak i w układzie suchym
  • Całkowita eliminacja zawiesin
  • Najwyższy możliwy stopień usunięcia biodegradowalnego ChZT, BZT, N i P.
  • Doskonała mikrobiologiczna jakość odpływu
  • Jakość odpływu odpowiednia dla aplikacji zawracania wody. Pełna ochrona modułu RO.

Korzyści osiągnięte z zastosowanego rozwiązania:

  • Ekonomiczne, pozwoliły na osiągnięcie efektu ekologicznego, przy zmienionym charakterze oczyszczalni z producenta kosztów na producenta zysków poprzez odzysk zawartej w ściekach energii i odzysk wody
  • Wizerunek tzw. „zielonego producenta” 
  • Zwiększenie konkurencyjności przedsiębiorstwa poprzez m.in. obniżenie kosztów produkcji.

Instalacja pracuje od 2015 r. i jest unikatowa w skali światowej ze względu na zastosowany układ procesów technologicznych. 

Autor: Dr inż. Bogusław Buczak 

Share