Oczyszczanie trudnych ścieków przemysłowych za pomocą technologii MBR razem z MACarrier

/ARTYKUŁ REKLAMOWY/

W Europie obowiązują surowe przepisy dotyczące odprowadzania ścieków mające na celu ochronę dostaw wody i zachęcanie do jej ponownego wykorzystywania. Jeśli wartości te zostaną przekroczone, zakłady będą musieli uiścić znaczne opłaty lub mogą zostać poproszeni o wstrzymanie produkcji ze względu na niespełnienie wymagań dotyczących odprowadzania ścieków. Oznacza to, że zakłady, aby unikać kar i minimalizować wpływ na środowisko, muszą oczyszczać wytwarzane przez siebie ścieki i przestrzegać limitów zrzutów.
Sprostanie tym wymaganiom jest szczególnie trudne w sektorze petrochemicznym, ponieważ procesy stosowane w rafineriach lub zakładach petrochemicznych zanieczyszczają wodę w trudno usuwalny ChZT, fenole oraz inne toksyczne związki. Tego typu woda nie może zostać odprowadzona do środowiska bez jej wcześniejszego oczyszczenia. Ze względu na zanieczyszczenia, woda ta nie nadaje się również do ponownego użycia w zakładzie jako woda procesowa.
Istnieją konwencjonalne technologie oczyszczania, które pomagają rafineriom i przemysłowi petrochemicznemu w usuwaniu zanieczyszczeń. W miarę jak przepisy stają się coraz bardziej rygorystyczne, konwencjonalne technologie nie spełniają w pełni nowych przepisów i powodują, że rafinerie muszą płacić wysokie opłaty środowiskowe. Aby pomóc w rozwiązaniu tego problemu, firma SUEZ Water Technologies & Solutions opracowała bioreaktor membranowy (MBR) razem z MACarrier, który został specjalnie zaprojektowany do oczyszczania trudnych ścieków rafineryjnych, która spełnia najsurowsze normy i może być ponownie wykorzystana w zakładzie.

Opis technologii

Technologia MBR i MACarrier łączy w sobie trzy główne komponenty technologiczne:

• MACarrier (nośnik): zmniejsza ChZT i toksyczność, usprawnia usuwanie fenoli i innych zanieczyszczeń występujących w ściekach.
• Bioreaktor: zapewnia stabilne biologiczne oczyszczanie ścieków w celu usunięcia zawiesin koloidalnych ciał stałych, zmniejszenia zawartości substancji organicznych i zmniejszenia stężenia azotu i fosforu.
• Filtracja membranowa: fizyczna bariera membranowa stanowiąca ostatni krok w usuwaniu mikroorganizmów występujących w ściekach i zapewnieniu wysokiej jakości ścieki oczyszczone

Rysunek 1 przedstawia proces oczyszczania ścieków MBR połączonego z MACarrier, w którym nośnik MACarrier jest dozowany do bioreaktora.

MACarrier działa poprzez adsorpcję i biodegradację. Dodając nośnik MACarrier do strumienia roztworu zasilającego, redukuje się trudno usuwalny ChZT i zmniejsza toksyczność. MACarrier zapewnia miejsca do adsorpcji trudno usuwalnego ChZT i związków toksycznych, a także stanowi nośnik dla biomasy. Biomasa rozkłada adsorbowane trudno usuwalne związki i następnie regeneruje nośnik MACarrier.

Sercem MBR i MACarrier jest technologia bioreaktorów membranowych. Głównym celem biologicznego oczyszczania jest usunięcie lub zmniejszenie stężenia zanieczyszczeń w ściekach. Mikroorganizmy mogą być wykorzystane do osiągnięcia tych celów w stosunkowo tani sposób. Mikroorganizmy przekształcają koloidalne i rozpuszczone zanieczyszczenia w biomasę, która jest usuwana przez filtrację membranową.

Głównym celem membran jest zatrzymanie substancji stałych wytwarzanych przez mikroorganizmy z zanieczyszczeń. W technologii MBR i MACarrier wykorzystuje się membrany ZeeWeed, które oczyszczają ścieki do wysokiej jakości. Technologia ultrafiltracji zapewnia wysoką tolerancję na zawiesiny i może pracować w zakresie TSS <1,0 mg/L do MLSS 50 000+ mg/L (zagęszczanie osadu). W rzeczywistości pojedyncze włókno ZeeWeed może wytrzymać ponad 50 kg bez zerwania. Filtracja z „zewnątrz do środka” ułatwia czyszczenie i konserwację membran, tworząc ciągły przepływ dużych pęcherzyków wznoszących się pionowo na całej długości membrany i usuwających cząstki stałe z jej powierzchni. Okresowo przepływ permeatu automatycznie zmienia kierunek przepływu i następuje wypłukanie cząsteczek nagromadzonych w porach membrany.

Referencja: Rosyjska rafineria

Jeden z rosyjskich koncernów naftowych prowadzi rafinerię w południowo-zachodniej Rosji. Oczyszczalnia ścieków rafineryjnych nie mogła spełnić surowych przepisów dotyczących odprowadzania ścieków i nie pozwalała na ponowne wykorzystanie wody. Opracowanie nowej oczyszczalni ścieków wymagałoby kompleksowego rozwiązania, które spełniałoby wszystkie potrzeby oczyszczalni. System ten musiałby obsługiwać ścieki rafineryjne powstające w ilościach 84 000 m³/d (84 mln l/d) i osiągnąć bardzo niski poziom ChZT (poniżej 30 mg/l) i poziom fenoli poniżej 0,001 mg/l. Ponadto istnieją ograniczenia w zakresie odprowadzania koncentratu do studni iniekcyjnych; nie można było przekroczyć uzgodnionej ilości całkowitej ilości rozpuszczonych substancji stałych (TDS) w zrzucie do odwiertu. Tabela 2 przedstawia cechy jakościowe ścieków rafineryjnych i cele oczyszczania.

Rafineria potrzebowała również ponownego wykorzystania jak największej ilości ścieków oczyszczonych, ponieważ przyniosłoby to oszczędności dzięki niższym opłatom za odprowadzanie ścieków do rzek i niższym opłatom za zużycie wody surowej. Przewiduje się, że w zależności od wewnętrznego zużycia wody i pory roku, mogą wystąpić okresy zerowego zrzutu ścieków do rzeki. Gdyby rafineria nie poszukiwała pełnego rozwiązania, groziłyby jej znaczne kary finansowe za nieprzestrzeganie wymogów dotyczących zużycia wody i odprowadzania ścieków.

Badania pilotażowe

Rafineria podjęła współpracę z SUEZ Water Technologies & Solutions, aby ukończyć dwuletnie pilotażowe badanie technologii MBR z MACarrier w celu sprostania wyzwaniom. MBR z MACarrier został przetestowany na ściekach w 100% o wysokim ChZT, które pochodziły głównie z procesu odsalania w rafinerii. Średnia wartość ChZT wynosiła około 700 mg/l, a system był testowany do wartości 2100 mg/l poprzez wstrząsowe obciążenie systemu.

Rysunek 2 przedstawia wyniki badań pilotażowych technologii MBR z nośnikiem MACarrier, który osiągnął wymagania dla ChZT (30 mg/l), pomimo że ChZT w wodzie zasilającej wahał się od około 300 mg/l do znacznie ponad 2000 mg/l.W badaniu pilotażowym testowano również reaktor MBR z nośnikiem MACarrier w różnych warunkach stresowych (wysoki poziom ChZT/NH₃-N/O&G) i wykazano znacznie szybsze regeneracje systemu niż bez użycia nośnika MACarrier. Stwierdzono również wysoką kompatybilność membran ZeeWeed z nośnikiem MACarrier, nie stwierdzono żadnych śladów ścierania ani uszkodzeń. Dodatkowo w całym okresie badań nie stwierdzono zatkania lub zanieczyszczenia membrany w wyniku zastosowania sorbentu MACarrier

Oczyszczanie ścieków rafineryjnych

Na podstawie wyników badań pilotażowych rafineria zainstalowała pełnowymiarowy system MBR i MACarrier, i kontynuowała współpracę z SUEZ Water Technologies & Solutions w celu rozszerzenia systemu uzdatniania wody o dodatkowe technologie, które pomogą zakładowi osiągnąć cele w zakresie ponownego wykorzystania wody.

Nowa oczyszczalnia biologiczna MBR z nośnikiem MACarrier zawiera 144 kasety ZeeWeed 500D w 12 ciągach membranowych. Zaprojektowane do obsługi trudnych do uzdatniania źródeł wody, membrany ZeeWeed 500D oferują jedną z najbardziej wytrzymałych membran kapilarnych na rynku. Membrany ZeeWeed 500D, stosowane do uzdatniania wody i oczyszczania ścieków na całym świecie, pomagają sprostać rygorystycznym wymaganiom dotyczącym jakości wody i umożliwiają jej ponowne wykorzystanie w większym stopniu.

Oprócz reaktora MBR z nośnikiem MACarrier, rafineria zainstalowała systemy elektrodializy odwracalnej (EDR). Stanowi on ważną część nowej instalacji, aby mogła ona osiągnąć cele w zakresie ponownego wykorzystania wody. Ze względu na konstrukcję z odwróconą polaryzacją, EDR jest samooczyszczającym się, trwałym systemem membranowym idealnym dla ścieków o wysokiej zawartości zawiesin. Technologia EDR osiąga wysoki stopień odzysku wody nawet do 94%. Zapewnia ona również redukcję TDS do 95% w oczyszczonym strumieniu po MBR z MACarrier. W tym zastosowaniu, permeat z systemu odwróconej osmozy (RO) jest zawracany do EDR w celu dalszego zwiększenia odzysku wody.

W ślad za systemem EDR, SUEZ Water Technologies & Solutions dostarczyła swój własny system odwróconej osmozy (RO) z serii PRO, wyposażony w zintegrowany system odzyskiwania koncentratu (ICR) i filtry jonowymienne (IX). ICR zaoszczędzi 30–50% wody z koncentratu RO. Sprawia to, że system RO działa na poziomie około 85–90% całkowitego odzysku i znacznie poprawia efektywność wykorzystania wody. Połączenie RO i ICR pomaga rafinerii w ponownym wykorzystaniu jak największej ilości wody.

Filtry jonowymienne uzdatniają permeat z EDR poprzez usunięcie metali ciężkich za pomocą selektywnych żywic jonowymiennych. Dzięki temu rafineria spełnia wszystkie przepisy dotyczące odprowadzania ścieków do studni.

Od reaktora MBR z nośnikiem MACarrier do systemu filtrów jonowymiennych, technologie te współdziałają ze sobą w celu zapewnienia najwyżej możliwego odzysku wody, spełnienia wymagań przepisów dotyczących ilości i jakości ścieków odprowadzanych do studni, i ponownego wykorzystania oczyszczonych ścieków przez rafinerię. Maksymalna ilość ścieków odprowadzanych do studni wynosi około 2200 m³/d, a do rzeki 36 000 m³/d.

Przebieg procesu oczyszczania ścieków

Rysunek 3 przedstawia przebieg procesu oczyszczania ścieków w rafinerii. Wszystkie strumienie ścieków, po dokładnym wymieszaniu i przesiewaniu, trafiają do reaktora MBR z nośnikiem MACarrier. Przy wydajności 84 000 m³/d (84 mln l/d), permeat po opuszczeniu reaktora MBR z nośnikiem MACarrier jest częściowo oczyszczany w dziewięciu systemach EDR (osiem plus jeden rezerwa); jego koncentrat jest następnie oczyszczany w jednostkach RO (dwa plus dwie rezerwy) z wbudowanym systemem odzyskiwania koncentratu w celu zapewnienia najwyższego możliwego odzysku. Permeat z EDR spełnia wszystkie wymagania dotyczące odprowadzenia ścieków do rzeki, jednak zawiera on kilka metali ciężkich, które są usuwane za pomocą filtrów IX wypełnionych żywicami jonoselektywnymi. Strumień regeneracyjny IX łączy się z koncentratem RO przed odprowadzeniem do studni, a woda płucząca filtrów IX jest zawracana z powrotem do wlotu reaktora MBR. System został zaprojektowany tak, aby był elastyczny, łatwo dostosowujący się do wymagań eksploatacyjnych rafinerii. System jest skonfigurowany tak, aby ponownie wykorzystać maksymalną ilość ścieków oczyszczonych i stanowi mieszaninę strumieni permeatu MBR i permeatu EDR w różnych proporcjach, aby nie przekroczyć limitów TDS i ilości zrzutu do studni. W przypadku zrzutu do rzeki, przed odprowadzeniem ścieków, system wykonuje końcowe uzdatnianie strumienia przez filtry jonowymienne, tak aby zapewnić 100% zgodność z przepisami.

Podsumowanie

Na początku projektu pilotażowego reaktora MBR z nośnikiem MACarrier od SUEZ Water Technologies & Solutions, rafineria miała określone cele, aby spełnić rygorystyczne wymagania dotyczące oczyszczania ścieków w Rosji. Ponowne wykorzystanie wody było również ważnym celem dla rafinerii w zakresie obniżenia potencjalnych kosztów. Pod koniec pilotażu i po zakończonej instalacji pełnego systemu oczyszczania ścieków, rafineria była w stanie:

• Uniknąć kar związanych z odprowadzaniem ścieków.
• Zmniejszyć płatności związane z użyciem wody.
• Zminimalizować płatności za odprowadzanie koncentratu do studni.
• Ponownie wykorzystać do 97,3% ścieków oczyszczonych w określonych warunkach.

Korzystanie z usług dostawcy technologii takiego jak SUEZ Water Technologies & Solutions przyniosło rafinerii dodatkowe korzyści. Projekt został uproszczony przez to, że został zaoferowany z jednej ręki wykorzystując szeroką gamę technologii, które były potrzebne do osiągnięcia celów obiektu w zakresie oczyszczania ścieków i ponownego wykorzystania wody.

Robert Zsirai

Suez Water Technologies & Solutions

tel. 515 224 141 robert.zsirai@suez.com