W ściekach z zakładów przemysłowych, komunalnych i produkcyjnych mogą się znajdować toksyczne metale ciężkie, które mają wpływ na przebieg dalszych procesów technologicznych, ponowne wykorzystanie wody, środowisko i dobrobyt lokalnej społeczności. W ostatnich latach nastąpił wzrost skażenia środowiska metalami ciężkimi, co ze względu na ich bioakumulację i trwały charakter tego zanieczyszczenia stanowi duże zagrożenie dla zdrowia człowieka. Metale ciężkie w środowisku obrazują stan kontaminacji wody i powietrza przez ścieki, pyły, gazy oraz odpady pochodzące z działań człowieka. Wyzwaniem w przypadku eliminacji tego typu zanieczyszczeń jest spełnienie i utrzymanie zgodności z wymogami określonymi przez agencje regulacyjne, przy zapewnieniu ekonomicznego charakteru tych działań.
| Parametr | IED 2010 | 2016 BREF | Krotność redukcji |
| TSS | 30-45 ppm | 10-20 ppm | ~2x |
| Hg | 30 ppb | 0.2-3 ppb | >10x |
| Cd | 50 ppb | 2-5 ppb | >10x |
| As | 150 ppb | 10-50 ppb | >3x |
| Pb | 200 ppb | 10-20 ppb | >10x |
| Cr | 500 ppb | 10-50 ppb | >10x |
| Cu | 500 ppb | 10-50 ppb | >10x |
| Ni | 500 ppb | 10-50 ppb | >10x |
| Zn | 1500 ppb | 50-200 ppb | >10x |
| Tl | 50 ppb | N/A | |
| dioxins & furans | 0.3 ppt | N/A | |
| TOC / COD | N/A | 20-50 / 60-150 ppm | |
| F | N/A | 10-25 ppm |
MerCURxE – eliminacja związków rtęci
Usuwanie rtęci zarówno z emisji do powietrza, jak i ze ścieków przemysłowych, zwłaszcza z elektrowni węglowych w USA, było przedmiotem szeroko zakrojonych badań w ostatniej dekadzie. Początkowo koncentrowano się głównie na kontrolowaniu emisji zanieczyszczeń rtęcią do powietrza z elektrowni opalanych węglem, które zostały zidentyfikowane jako największe pojedyncze źródła emisji rtęci do powietrza w USA i które stały się specjalnym celem amerykańskiej Agencji Ochrony Środowiska (EPA) oraz jej działań w zakresie reguły powietrza bez rtęci (ang. Clean Air Mercury Rule). Problem ten rozwiązano instalując systemy mokrego odsiarczania spalin (IOS) w wielu spalarniach węgla. Proces odsiarczania spalin doprowadził do znacznej redukcji emisji rtęci do powietrza, ale odbywa się to poprzez przeniesienie rtęci do strumienia ściekowego. Rafinacja ropy naftowej, odzysk gazu ziemnego oraz inne lekkie i ciężkie branże przemysłu również generują ścieki zanieczyszczone rtęcią. Wiele ostatnich badań koncentrowało się na problematyce usuwania rtęci z tych ścieków.
Rtęć zazwyczaj występuje w ściekach przemysłowych w ilościach na poziomie niskich wartości liczby części na miliard. Wysoki poziom toksyczności niektórych związków rtęci i tendencja tych związków do bioakumulacji w ekosystemach wodnych doprowadziły do wprowadzenia rygorystycznych przepisów dotyczących odprowadzania ścieków, aby nie dopuścić do ich przedostawania się do środowiska. Limit zrzutu rtęci do rzeki Ohio i Wielkich Jezior ustalony przez komisję Ohio River Valley Sanitation Commission wynoszący 12 części na bilion (ppt) oraz norma inicjatywy Water Quality Initiative wynosząca 1,3 ppt dla zrzutów rtęci do zbiorników wodnych w dorzeczu Wielkich Jezior to przykłady amerykańskich wytycznych dotyczących limitów zrzutu rtęci.
Sprostanie tym ograniczeniom stanowi poważne wyzwanie dla wielu branż.
Znaczna część zanieczyszczeń rtęciowych unoszących się w powietrzu usuwanych z gazów spalinowych jest przenoszona do wodnych strumieni ścieków, które muszą zostać oczyszczone przed zrzutem. Rodzaje substancji zawierających rtęć, które stanowią w przypadku ścieków największy problem, to rozpuszczalne związki rtęci i cząstki stałe substancji zawierających rtęć. Procesy oczyszczania w celu usunięcia tych zanieczyszczeń mogą być tak proste, jak osadzanie w osadnikach.
Bardziej złożone systemy oczyszczania ścieków, specjalnie zaprojektowane w celu uwzględnienia chemicznych reakcji strącania wymaganych do odpowiedniego oczyszczania silnie zanieczyszczonych strumieni ścieków pochodzących z procesów odsiarczania spalin zazwyczaj obejmują kilka oddzielnych operacji jednostkowych, w tym desaturację (dodawanie wapna w celu wytrącenia siarczanu w postaci gipsu), wyrównywanie (w celu ustabilizowania pH ścieku i chemii wody), strącanie metali, koagulację, klarowanie i filtrację. Można również uwzględnić biologiczne procesy oczyszczania ścieków w celu usunięcia związków organicznych, związków azotu i selenu. Właściwy dobór i zastosowanie dodatków chemicznych mają kluczowe znaczenie dla powodzenia programu oczyszczania ścieków mającego na celu usunięcie rtęci. Dodatki stosowane w celu usprawnienia usuwania zanieczyszczeń w połączeniu z operacjami jednostkowymi opisanymi powyżej mogą obejmować wapno, koagulanty, flokulanty i środki strącające metale ciężkie. Użytkowanie odpowiedniego środka strącającego ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia, że rozpuszczalne zanieczyszczenia rtęcią zostaną zredukowane do niskich stężeń liczonych w częściach na bilion. Kilka lat badań laboratoryjnych, pilotażowych i w pełnej skali wykazało, że najbardziej efektywnymi środkami strącającymi rtęć są substancje takie jak MetClear MR2405, która ma silne powinowactwo do rtęci, a także wytrąca inne metale ciężkie, takie jak srebro, kadm, miedź, ołów, cynk, kobalt i nikiel.
Przykłady zastosowań technologii MerCURxE
System IOS nr 1. Ten system odsiarczania spalin w elektrowni węglowej ma tradycyjną konstrukcję z wyrównywaniem, zbiornikami reakcyjnymi i okrągłym odstojnikiem. Program oczyszczania obejmuje użycie koagulantu MetClear MR2405 i flokulantu firmy SUEZ w celu usunięcia zawiesiny całkowitej (TSS) i rtęci. Dla tego obiektu nie ustalono jeszcze szczegółowych regulacyjnych limitów emisji rtęci.
Usunięto średnio ponad 99% rtęci, od około 30 ppb do poziomu poniżej niż 0,2 ppb. Poziom ładunku na wlocie większości innych metali ciężkich nie jest znaczący (poniżej 1 ppb), w porównaniu z żelazem i rtęcią. Wyniki wskazują, że bor, selen i arsen są również usuwane w ramach oczyszczania skojarzonego.
System IOS nr 3. Ten system oczyszczania ścieków IOS obejmuje wyrównanie, zbiorniki reakcyjne i osadnik przed wylotem. System ten wykorzystuje również koagulant MetClear MR2405 i flokulant firmy SUEZ do usuwania rtęci, innych metali ciężkich i TSS. Dzięki obróbce uzyskano poziom usuwania rtęci powyżej 99,91%. Średni poziom rtęci wpływającej z 84 800 ppt został zredukowany do 78 ppt na osadniku, a następnie do 18 ppt na filtrze piaskowym. Ten obiekt również nie jest obecnie objęty przepisami dotyczącymi usuwania rtęci.
Wykazano, że zastosowanie technologii chemicznej MerCURxE do usuwania zarówno rtęci rozpuszczalnej, jak i rtęci w postaci cząstek jest skuteczne w przypadku wielu różnych ścieków przemysłowych. Włączenie tego rodzaju oczyszczania do ogólnego programu oczyszczania ścieków może znacznie poprawić usuwanie rtęci. Przemysł wytwarzający ścieki, projekt oczyszczalni ścieków, warunki pracy oczyszczalni oraz stężenie rtęci i specjacja w ściekach dopływających to czynniki, które mają wpływ na skuteczność programu oczyszczania. Zrozumienie unikalnych cech każdego systemu i zmienności ładunku zanieczyszczeń ma kluczowe znaczenie dla skutecznego usuwania rtęci ze ścieków przemysłowych.
Technologia MetClear
Firma SUEZ Water Technologies & Solutions zapewnia kompleksowe rozwiązanie do usuwania metali z wykorzystaniem produktów MetClear oraz w razie potrzeby, unikalną ofertę produktów z linii produktów SUEZ KlarAid*, Novus* lub PolyFloc*/BetzDearborn*. To kompleksowe podejście do utylizacji pomaga zakładom przemysłowym i komunalnym spełniać coraz ostrzejsze wymagania dotyczące norm środowiskowych. Produkty MetClear obejmują rodzinę różnych produktów chemicznych, które usprawniają usuwanie metali ciężkich w celu obniżenia poziomów pozostałości, których tradycyjne wytrącanie wodorotlenków może nie zapewnić.
| Metal | Wodorotlenki (mg/l) | MetClear (mg/l) |
| Cd Cr Cu Hg Ni Pb Zn | 0.2 0.5 0.5 0.003 0.3 0.3 0.3 | < 0.01 < 0.03 < 0.02 < 0.0002 (0,2 ppb) < 0.03 < 0.02 < 0.02 |
Przykłady zastosowania MetClear
Wyzwaniem, przed jakim stanęła rafineria w Tajlandii, było przetworzenie ropy zawierającej metale ciężkie o bardzo wysokiej zawartości rtęci. Rtęć w ściekach pochodziła z surowych łupków znajdujących się w solance odsalającej. Istniejący system nie zapewniał możliwości usuwania metali ciężkich, stąd zakład podlegał ograniczeniom dotyczącym korzystania z tego surowego łupka. W laboratorium SUEZ przetestowano serię koagulantów i środka strącającego metal, i wykryto łączenie się koagulantu organicznego i opatentowanego przez firmę SUEZ środka strącającego metal MetClear MR2405, co przyniosło optymalne wyniki. Na podstawie ustaleń laboratoryjnych zakład przeszedł do próby terenowej.
Koagulant organiczny skutecznie radził sobie z zawieszonymi ciałami stałymi, olejem i tłuszczem we flotatorze; a jego skuteczność usuwania rtęci była bliska 90%. Połączenie koagulantu organicznego i MetClear spowodowało usunięcie rtęci na poziomie ponad 98%.
Próby terenowe wykazały, że minimalny poziom usuwania rtęci ze strumienia ścieków wynosi 95% i więcej. Poziom rtęci w zrzutach do ścieków został ograniczony do określonej granicy kontrolnej <5 ppb i utrzymywał się na poziomie poniżej 0,045 ppb.
Benefity technologii MetClear & MerCURxE
Produkty firmy SUEZ do usuwania metali MetClear w ramach pomyślnie wdrożonego programu oczyszczania, w połączeniu z dogłębnym audytem systemu, monitorowaniem i zaleceniami dotyczącymi zastosowań inżynieryjnych powinny zapewnić jedną lub kilka następujących korzyści:
• Lepsza skuteczność usuwania metali
• Zdolność do konsekwentnego spełniania lub przekraczania wymogów zgodności z przepisami dotyczącymi zrzutów
• Ekonomiczne oczyszczanie dzięki sprawdzonemu rozwiązaniu problemów związanych z oczyszczaniem ścieków
• Poprawa stanu środowiska i wizerunku u otaczającej społeczności
• Dostępność wsparcia technicznego i inżynieryjnego zapewniającego zalecenia dotyczące obsługi i monitorowania, uzupełniające rozwiązania w dziedzinie środków chemicznych w celu uzyskania ogólnie opłacalnego i solidnego rozwiązania
Suez Water Technologies & Solutions
Michał Strzałkowski
tel. 504 819 800 michal.strzalkowski@suez.com
