Ciśnieniowe techniki membranowe w oczyszczaniu ścieków przemysłowych i odcieków z wysypisk komunalnych

Zarówno działania naukowe, jak i przemysłowe koncentrują się obecnie na opracowywaniu tzw. „zielonych technologii”, tj. procesów przyjaznych środowisku naturalnemu. Wymaga to zastosowania różnego typu procesów rozdziału, wśród których techniki membranowe mają coraz większy udział.

Membranowe oczyszczanie ścieków w PKN Orlen

Przykładem zastosowania klasycznego ciśnieniowego membranowego procesu rozdziału w przemyśle chemicznym jest technologia odzysku ze ścieków glikolu etylenowego, oparta na nanofiltracji (NF) i odwróconej osmozie (RO) [1, 2]. Została ona opracowana i opatentowana przez Instytut Chemii Przemysłowej w Warszawie, a wdrożona w PKN Orlen S.A. w Płocku. W procesie syntezy tlenku etylenu i glikolu etylenowego powstają ścieki zanieczyszczone przede wszystkim glikolem etylenowym w ilości do 1% mas. oraz węglanami sodu w ilości do 1,5% mas.

Przed wdrożeniem technologii membranowej strumień ścieków kierowano do oczyszczalni zakładowej. Odzysk glikolu ze ścieków na drodze destylacji uniemożliwiały obecne w nich sole nieorganiczne, które w trakcie zatężania wypadały z roztworu, osadzając się na warnikach kolumn destylacyjnych.

Wprowadzona membranowa technologia oczyszczania ścieków glikolowych oparta jest na trójstopniowym procesie nanofiltracji z wykorzystaniem membran spiralnych typu DK. Zastosowana w procesie membrana charakteryzuje się małą przepuszczalnością soli węglanowych i dużą odzyskiwanego glikolu etylenowego. Schemat blokowy wdrożonej technologii nanofiltracyjnej przedstawia rys. 1 [2].

Przerabiane ścieki glikolowe, po wstępnym oczyszczeniu w procesie mikrofiltracji, kierowane są do nanofiltracji pierwszego stopień, gdzie następuje ich rozdział na permeat I i retentat I.

Oba uzyskane strumienie są poddawane dalszemu przerobowi: permeat na II stopniu doczyszczającym, retentat zaś w węźle końcowego zatężania III. Wszystkie trzy stopnie nanofiltracji są identyczne i zawierają po cztery szeregowo połączone moduły NF. Proces nanofiltracji jest prowadzony pod ciśnieniem transmembranowym różnym na poszczególnych stopniach filtracji i wynoszącym na pierwszym stopniu 2,0–2,5 MPa, drugim 1,0–1,5 MPa i trzecim 2,5–3,0 MPa.

Produktami procesu NF są permeat stanowiący ponad 90% wejściowego strumienia i retentat. Permeat jest w całości zawracany do procesu odzysku glikolu metodą osmozy odwróconej. Uzyskany koncentrat glikolowy jest zawracany i wykorzystywany w przerobie, pozostały po procesie RO permeat uzupełnia natomiast obieg wody procesowej. Wzbogacony w sole retentat z II stopnia nanofiltracji jest odprowadzany do zakładowego systemu ściekowego.

W tabeli 1 przedstawiono charakterystykę strumieni technologicznych w procesie oczyszczania ścieków glikolowych [2]. Zastosowanie procesu nanofiltracji przyczyniło się do obniżenia o ponad 90%: strat glikolu etylenowego, ilości produkowanych ścieków i wartości ChZT (chemicznego zapotrzebowania tlenu) w ściekach odprowadzanych do oczyszczalni biologicznej.

Wdrożenie technologii zatężania glikolu metodą RO przyniosło dodatkowe korzyści w postaci zmniejszenia kosztów destylacji, zużycia pary wodnej oraz zużycia wody demineralizowanej.

Oczyszczanie odcieków z wysypisk komunalnych

Odciek (zgodnie z definicją podaną w dyrektywie 99/31/WE w sprawie składowania odpadów [3]) jest to każdy płyn sączący się przez składowane odpady i wydzielany ze składowiska lub zawarty w nim.

Odcieki z wysypisk charakteryzują się wysokim obciążeniem i dużą zmiennością zanieczyszczeń zależną od rodzaju składowanych odpadów, wielkości, wieku i usytuowania wysypiska, rodzaju izolacji od podłoża, stopnia oddzielenia od wody deszczowej, klimatu, odczynu opadu atmosferycznego czy pory roku. Charakteryzują się wysokim zasoleniem, wartościami parametrów tlenowych: BZT₅ i ChZT, stężeniem azotu amonowego i organicznego, wartościami zasadowości i twardości ogólnej oraz zawartością metali ciężkich.

Do oczyszczania odcieków proponuje się systemy procesowe z udziałem technik membranowych, do których zalicza się dwustopniową odwróconą osmozę oraz metody hybrydowe: oczyszczanie biologiczne – (ultrafiltracja) – odwrócona osmoza lub nanofiltracja. Retentat z RO powinien zostać unieszkodliwiony przez odparowanie i suszenie oraz składowanie jako odpad niebezpieczny.

W 2009 r. w Zakładzie Unieszkodliwiania Odpadów Eko Dolina w Łężycach wykonano instalację do oczyszczania odcieku składowiskowego za pomocą odwróconej osmozy o wydajności RO 120 m³/dobę [4]. Zainstalowano 12 modułów o łącznej powierzchni filtracyjnej membran 307 m². Jest to największa obecnie pracująca w Polsce instalacja oczyszczania odcieku metodą odwróconej osmozy.

Systemy oczyszczania odcieków pracują pod maksymalnym ciśnieniem 6 MPa, wykorzystując moduły ST. Ponieważ w przypadku oczyszczania odcieków ze składowisk odpadów mamy do czynienia ze zmiennymi wartościami przepływu i zmiennym obciążeniem chemicznym, instalacja dostosowuje swoją pracę do parametrów na dopływie do układu.

Na rys. 2 przedstawiono schemat blokowy instalacji do oczyszczania odcieków [5]. Zawiera ona dwustopniowy system RO oczyszczania odcieków, a permeat z obu stopni jest dodatkowo doczyszczany w osobnych modułach RO.

Parametry oczyszczonego odcieku podano w tabeli 2 [4]. Zwraca uwagę uzyskanie lepszych efektów oczyszczania, niż założono.

Literatura

1. Porębski T., Ratajczak W., Tomzik S., Postupolski A., Trznadel K., Talma-Piwowar M., Capała W., Opracowanie procesu odzysku glikolu z odpadów, Monografie Komitetu Inżynierii Środowiska Polskiej Akademii Nauk nr 66 (2010).
2. Porębski T., Tomzik S., Ratajczak W., Talma-Piwowar M., Capała W., Zastosowanie procesów membranowych w przemyśle chemicznym – recykling surowców, oszczędność energii, „Polimery” nr 57 (2012).
3. Dyrektywa 99/31/WE Rady z dnia 26 kwietnia 1999 r. w sprawie składowania odpadów (DzU UE L182 z 16 lipca 1999 r.).
4. Materiały firmowe PHU Ortocal, 2010.
5. www.ortocal.pl.
6. Konieczny K., Bodzek M., Ciśnieniowe techniki membranowe w gospodarce wodno-ściekowej, „Rynek Instalacyjny” nr 1–2/2014.
7. Konieczny K., Bodzek M., Praktyczne zastosowanie ciśnieniowych technik membranowych w gospodarce wodno-ściekowej, „Rynek Instalacyjny” nr 3/2014.
8. Konieczny K., Bodzek M., Praktyczne zastosowanie ciśnieniowych technik membranowych w gospodarce wodno-ściekowej cz. 2, „Rynek Instalacyjny” nr 4/2014.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!