Progresívny spôsob čistenia veľmi znečistených odpadových vôd z priemyslu.

Transcript

1 Progresívny spôsob čistenia veľmi znečistených odpadových vôd z priemyslu. Dr.Ing. Karol Kratochvíl, Ing. Rastislav Kuffa, PhD ASIO-SK s.r.o., ul. 1. mája 1201, Bytča Úvod Príspevok popisuje progresívny spôsob čistenia veľmi znečistených odpadových vôd z priemyslu. Spôsob čistenia je založený na využití anaeróbnej biomasy a novej konštrukcie vysokovýkonného anaeróbneho reaktora. Tento typ reaktora je ponúkaný na trh pod označením HydroThane STP ECSB. Hlavnou výhodou novej konštrukcie je udržanie vysokej koncentrácie granulovanej biomasy v reaktore a zároveň dosiahnutie nízkych odtokových koncentrácií nerozpustných látok na odtoku z reaktora. Z tohto dôvodu je zabezpečená vysoká účinnosť čistenia za súčasných nízkych prevádzkových nákladoch. Popis technologickej linky ČOV Technologická linka ČOV pred samotným vysokovýkonným reaktorom HydroThane STP ECSB musí obsahovať nasledovné stupne. Predúprava/acidifikácia - Vyrovnávacia nádrž Prúd odpadových vôd z výroby bude prechádzať cez 1 mm sito pred tým, než vstúpi do predacidifikácie/vyrovnávacej nádrže. Vyrovnávacia nádrž bude vybavená miešadlom, ph sondou, dávkovaním NaOH a/alebo HCl, teplotnou sondou a meraním výšky hladiny. Prietok OV a organické zaťaženie budú zrovnomernené vo vyrovnávacej nádrži.

2 Neutralizačná nádrž (NN) Z vyrovnávacej nádrže, po mechanickom predčistení a čiastočnej neutralizácii, bude odpadová voda čerpaná do neutralizačnej nádrže. V neutralizačnej nádrži sa odpadová voda zmieša s recyklovaným anaeróbnym odtokom. NN je vybavená miešacím a meracím okruhom (potrubím) v ktorom je recirkulovaná zmes čerpaná kalovým čerpadlom. Na tomto potrubí sú meracie zariadenia na kontrolu ph, T a prietoku. Na základe týchto údajov sa robí finálna úprava ph ako aj regulácia teploty pre ECSB. Do NN sa dávkujú, podľa potreby, aj makronutrienty N, P a mikronutrienty. Bioplyn produkovaný v reaktore HydroThane STP ECSB ktorý je zhromažďovaný v dolnom aj hornom dvojfázovom separátore prechádza cez NN a tým sa CO2 stripuje z bioplynu do kalovej zmesi. Z tohto dôvodu sa minimalizuje potreba neutralizácie. HydroThane STP ECSB reaktor ECSB znamená External Circulation Sludge Bed externá cirkulácia kalového lôžka. Odpadová voda z neutralizačnej nádrže je čerpaná do ESCB reaktora. V tomto reaktore prebieha mikrobiologický konverzný proces. Biomasa v reaktore je prítomná v granulovanej forme. Obrázok 1: Typické granulovaná biomasa (1-3 mm) a prierez granule Odpadová voda vstupuje zdola prostredníctvom distribučného systému (DS) a opúšťa ESCB reaktor v hornej časti, po prechode dvoch dvojfázových separátorov (Bioplyn/biomasa). Špeciálne navrhnutý DS zaisťuje rovnomerné rozloženie prítoku a zabraňuje vytváraniu kanálikového prúdenia alebo mŕtvych zón v HydroThane STP ECSB

3 reaktore. Pritekajúca odpadová voda prechádza hustým lôžkom anaeróbnej granulovanej biomasy, kde prebiehajú biologické procesy. Oba dvojfázové separátory pokrývajú celú plochu reaktora (pozri orázok 2). Prvý separátor je inštalovaný cca. v 1/2 výšky reaktora. V tejto časti pod prvým separátorom je vytvorené vysoké hydraulické zaťaženie vďaka vznikajúcemu bioplynu a tým je zabezpečené aj dokonalé miešanie kalovej zmesi s odpadovou vodou. Druhý separátor je inštalovaný približne 3 metre pod úrovňou odtoku z reaktora. Medzi separátormi je objem z nižším hydraulickým zaťažením (vďaka tomu že bioplyn s miesta pod prvým separátorom je odvedený do neutralizačnej nádrže a už hydraulicky nepôsobí na priestor nad prvým dvojfázovým separátorom) a tým sa vytvára priestor na lepšie oddelenie biomasy od bioplynu a vyčistenej vody. Dvojfázové separátory sú navrhnuté a inštalované tak aby bola vytvorené optimálne podmienky na udržanie biomasy v ECSB reaktore a tým sa dosiahla maximálna kapacita prevádzkového procese ako aj jeho stabilita. Obrázok 2: HydroThane STP ECSB ( Externá Cirkulácia Kalového Lôžka)

4 Spodná časť (1) reaktora obsahuje vysoko koncentrované expandované kalové lôžko. Expanzia tohto kalového lôžka je tvorená nahor smerujúcim prítokom, anaeróbne vyčisteným recyklom a produkovaným bioplynom. Expandované lôžko vytvára vysoko efektívny kontakt medzi odpadovou vodou a biomasou a tým vytvára priestor pre vysokú aktivitu kalu, ktorá rezultuje s vysokým organickým zaťažením a vysokú mieru konverzie organických látok. Prvý dvojfázový separátor oddeľuje väčšinu biomasy zo vzostupného prúdu smerujúceho k odtoku ako aj celý objem bioplynu vznikajúci v tomto stupni. Horná časť reaktora (2) (nad prvým separátorom) je miesto, kde sa uskutočňuje účinné dočistenie a ďalšie zachytenie biomasy. Vzhľadom k tomu, že väčšina CHSK sa odstraňuje v spodnej časti reaktora, turbulencie tvorené produkovaným bioplynom, sú v hornej časti relatívne nízke (odstránenie CHSK v tejto vrchnej časti < 10%). Anaeróbne vyčistená voda odteká z reaktor prostredníctvom odtokových potrubí umiestnených vo vrchnej časti reaktora HydroThane. Anaeróbne vyčistený recirkulovnaný prúd, ktorý prechádza späť do neutralizačnej nádrže je privádzaný z miesta tesne nad druhým separátorom. Týmto spôsobom je odtok z anaeróbneho reaktora odvádzaný s najnižšou možnou hydraulickou rýchlosťou. Týmto spôsobom sa vytvárajú optimálne podmienky pre uchovanie biomasy, stabilitu procesu a dosiahnutia najlepšej možnej kvality odtokovej vody. Koncentrácia kalu v hornej časti (2) reaktora je nízka, to znamená, že je k dispozícii priestor pre expanziu kalového lôžka. Týmto sa zabráni stratám biomasy počas nárazového zvýšeného zaťaženia. V porovnaní s predchádzajúcimi modelmi EGSB systémov na trhu, nový HydroThane STP separátor pokrýva celú plochu reaktora, čo znamená, že v dôsledku väčšieho usadzovacieho povrchu môže byť navrhnutý štíhlejší EGSB reaktor než ostatné.

5 Obrázok 3: HydroThane STP separátor a odpadové potrubie Celý nahromadený bioplyn v separačnej fáze je vedený potrubím z oboch separátorov reaktora do neutralizačnej nádrži, kde sa využije na stripovanie CO2. Zozbieraný bioplyn prejde cez obsah neutralizačnej nádrže a do vrchného priestoru neutralizačnej nádrže. Vrchný priestor NN a HydroThane STP ECSB reaktora sú prepojené, celkový proces funguje pod miernym tlakom bioplynu. Takto navrhnuté uzavreté riešenie plynových priestorov nad ECSB reaktorom zamedzí úniku nežiaducich plynov do okolia. Anaeróbne vyčistená odpadová voda a cirkulačný prúd sa vracia do neutralizačnej nádrže. Anaeróbny odtok ide gravitačne cez vnútornú odplyňovaciu časť NN do potrubia smerom do postaeračnej nádrže. Zvyšok z vyčistenej vody z reaktora je automaticky recirkulovnaný do neutralizačnej nádrže a ďalej sa mieša so surovou odpadovou vodou. Zariadenie na manuálny odber vzoriek je inštalovane vo vnútri reaktora tak, aby umožnil zónový odber vzoriek biomasy za účelom jej monitoringu. V závislosti na prevádzkovanom zaťažení a zisteného množstva biomasy v reaktore sa realizuje odťah prebytočného kalu. Prebytočný kal sa odťahuje pomocou ventilu umiestneného v dolnej časti reaktora. Prebytočný kal sa odvádza do kalovej nádrže prebytočného kalu. Charakteristiky procesu HYDROTHANE STP ECSB Dizajn ESCB HydroThane STP ponúka maximálnu kontrolu procesu z dôvodu jeho plne riadeného hydraulického miešania pomocou vonkajšieho

6 recirkulačného čerpania. Výhoda tohto riešenia v porovnaní s niektorými inými systémami, ktoré majú vnútornú cirkuláciu je v jej flexibilnom riadení, ktorá nezávisí od človekom kontrolovaných parametrov alebo tiež neistotami ako organické zaťaženie CHSK, produkcia bioplynu, zloženie odpadovej vody, biologická odbúrateľnosť a v neposlednom rade mikrobiologická aktivita dostupnej biomasy. Proces HydroThane STP ESCB vám garantuje najlepšie odtokové parametre, vyčistené odpadové vody sú vypúšťané s podstatne nižším hydraulickým zaťažením v porovnaní s akýmkoľvek iným vysokovýkonným anaeróbny spôsobom čistenia aké sú momentálne k dispozícii na trhu. Konštrukcia dvoch separátorov nad sebou vytvára maximálnu stabilitu a kapacitu procesu. Vo vysoko zaťaženej spodnej časti prebieha hlavná degradácia organických látok a produkcia bioplynu, potom nasleduje mierne zaťažená časť kde prebieha dočisťovanie. Usadzovacia plocha v hornej časti reaktora je špeciálne navrhnutá pre optimálne oddelenie granulovanej biomasy od vyčistenej vody kde sa dosahujú najlepšie možné odtokové parametre vyčistenej vody. Vzhľadom ku kompletnému pretlakovému riešeniu a stabilnému objemu bioplynu nad úrovňou hladiny HydroThane STP ECSB reaktora nie je nutný plynojem. Pretlakovanie a úplne uzavretá konštrukcia bráni vstupu vzduchu (kyslíka). Preto nie je možné aby došlo ku korózií kyslíkom. Navyše dizajn HydroThane STP ESCB vám garantuje maximálnu prevádzkovú a osobnú bezpečnosť zamestnancov! Tento dizajn vyžaduje minimum bioplynových zariadení a neumožňuje ŽIADNE emisie potenciálne nebezpečného bioplynu! Konštrukcia HydroThane STP ESCB pod tlakom vylučuje akýkoľvek zápach alebo emisie, ktoré by mohli ovplyvňovať okolie. Všetky potenciálne "citlivé" emisné body štandardne jestvujúce pri atmosférických anaeróbnych procesoch sú v tomto prípade plne integrované v uzavretom okruhu bioplynu. Nie je potrebné inštalovať ďalšie externé zariadenia na odstránenie zápachov (ako je Biokompost, filtre alebo iné), ktoré sú zvyčajne nutné u iných anaeróbnych systémov.

7 HydroThane STP ESCB nemá žiadne zložité vnútorné konštrukcie (pozri obrázky 2 a 3) alebo rotujúce zariadenia vo vnútri reaktora (teda nie je potrebná žiadna údržba vo vnútri reaktora). Stručne povedané: HydroThane STP ESCB ( Easy as Be ) je ľahko (Easy) a bezpečne (Safety) prevádzkovateľný reaktor za najlepšiu (Best) cenu. Príklady použitia výber z realizácií Papierenský priemysel Biocel Paškov Vstupná odpadová voda z výroby papiera a viskózovej celulózy Qd = m 3 /d. Denné množstvo organických látok v odpadových vodách ΔCHSK = kg/d. Na uvedené odpadové vody boli postavené 2 ECSB reaktory v objeme Vecsb = 2 x 1150 m 3. Účinnosť čistenia na CHSK, ako je vidieť z obrázku 4, bola viac ako 80 % z ECSB reaktorov a 90 % po následnej postaerácii, ktorá je zameraná na oxidáciu sulfidov, ktoré sú v anaeróbnom odtoku. Vznikajúci bioplyn je využívaný vo výrobe. Obrázok 4: účinnosti čistenia OV z Biocel Paškov na reaktoroch ECSB

8 Papierenský priemysel Estonian Cell BCTMP Mill. Vzhľadom na komplikované odpadové vody ktoré produkuje celulózka a papiereň Estonian Cell boli urobené poloprevádzkové testy na pilotnom zariadení HydroThane počas 4 mesiacoch. Na základe týchto testov ako aj množstva produkovaných vôd bol urobený návrh a následne aj realizácia ECSB reaktorov a kompletnej ČOV. Množstvo OV je Qd = m 3 /d, množstvo denného znečistenia obsiahnuté v OV vyjadrené v CHSK je ΔCHSK = kg/d. Navrhnutý ECSB reaktor Vecsb = 4000 m 3. Svojou veľkosť je tento reaktor najväčší ECSB reaktor v Európe. Produkovaný bioplyn je využívaný vo výrobe a svojim objemom zaradil spoločnosť Estonia Cell na prvé miesto v produkcii a využívaní bioplynu v Estónsku. Priemerná účinnosť odstraňovania organického znečistenia (vyjadrená v CHSK) v ECSB reaktore bola 80 %. Obrázok 5: ČOV a ECSB reaktor pre Estonian Cell Potravinársky priemysel North British Distillery výroba whisky Jeden z najväčších výrobcov zrnovej whisky v Škótsku, ktorý má vo svojom portfóliu okrem iného aj značky ako Johnnie Walker, J&B, The Famouse

9 Grouse, sa rozhodol čistiť svoje OV moderným spôsobom. V roku 2010 padla voľba na riešenie pomocou ECSB reaktora. Prvou dodávkou bolo prerobenie jednej nádrže na lieh s objemom 485 m 3 na ECSB reaktor. Po vyhodnotení prevádzky a zistení prevádzkových benefitov (produkcia bioplynu ktorý sa využil vo výrobe) sa spoločnosť rozhodla dokúpiť ďalšie dva ECSB reaktory, ktoré už vyriešili spracovanie celého objemu produkovaných OV. Celková produkcia odpadových vôd v závode je Qd = m 3 /d, celková produkcia organického znečistenia je ΔCHSK = kg/d. Konečným riešením je realizácia 3 ECSB reaktorov (1 reaktor prerobený z jestvujúcej nádrže a 2 nové reaktory) s pracovnými objemami, Vecsb = 1 x 485 m x 400 m 3. Účinnosť čistenia vo všetkých reaktoroch dosahovala podobné hodnoty % (viď. obrázok 6). Obrázok 6: ČOV a ECSB reaktor pre Estonian Cell

10 Spoločné projekty HydroThane ASIO-SK Jedným zo spoločných projektov spoločností HydroThane a ASIO-SK je ČOV pre spoločnosť BIOM Ploče Chorvátsko, ktorá plánuje zriadiť výrobu bionafty z použitých olejov a tukov z kafilérky. Ako vstupné hodnoty sme dostali : Qd = 100 m 3 /d CHSK = mg/l BSK5 je približne ½ z CHSK = mg/l Požadované odtokové parametre: BSK5 = 25 mg/l CHSK = 125 mg/l Pre predmetné odpadové vody bol navrhnutý ECSB reaktor s pracovným objemom 200 m 3 a s následným aeróbnym dočistením na aeróbnej aktivácii s membránovou filtráciou. Membránová filtrácia bola použitá z dôvodu prísnych odtokových limitov. Využitie vznikajúceho bioplynu v množstve 50 m 3 /h je navrhnuté na ohrev procesných médií vo výrobe. Ďalšie spoločné projekty: Liehovary: Jelínek prevádzka Chille, Estónsko, Srbsko, Rumunsko Výroba kyseliny octovej v Bosne a Hercegovine Výroba cukrovej melasy pre Irán Záver Hoci je technológia ECSB reaktoru pomerne mladá, vďaka svojim benefitom má už na konte viac ako 50 realizácií na celom svete. ECSB reaktory nájdeme nie len v Európe ale aj v Číne, Indii, Brazílii, Japonsku, Kanade či Thajsku. Pomerne široký je aj záber kde je možné s výhodou použiť tento reaktor na čistenie OV. Okrem spomenutého papierenského priemyslu a liehovarov sú oblasti použitia najmä pivovary, chemický a farmaceutický priemysel, výroba nealko nápojov a cukrovary.