prof. dr hab. inż. maria włodarczyk-makuła
wydział infrastruktury i Środowiska, politechnika częstochowska
Dane statystyczne z 2018 r. wskazują, że roczne zużycie wody do celów przemysłowych w Polsce jest na poziomie 6812,3 hm
3(GUS 2019). A jak to wygląda w koksownictwie? jak oczyszczane są ścieki koksownicze wraz z odzyskiem składników użytecznych oraz jak wykorzystywane są później ścieki oczyszczone?
Fot.: 123rf
CHEMIA PRZEMYSŁOWA 3/2020 45 t e m a t n U m e r U : G o S P o D a r k a W o D n o - Ś C i e k o W a
W
ostatnim okresie sprawozdawczym w rocz-niku statystycznym brakuje informacji na temat zużycia wody w zamkniętych obiegach wody w zakładach. ostatnie dostępne dane dotyczą 2016 r. [GUS 2018]. W tamtym okresie zuży-cie wody w zakładach było na poziomie 7413,4 hm3, w tym w obiegach zamkniętych – 3,4%. Podano także informację o tym, że udział zakładów wyposażonych w obiegi zamknięte w ogólnej ilości zakładów był rzędu 36,5%. Zamykanie obiegów wody jest sprawą aktualną i ważną z punktu widzenia projektu Polityki Wodnej Państwa do roku 2030 [http://gwppl.org/data]oraz zasady zrównoważonego rozwoju i założeń go-spodarki obiegu zamkniętym [Kulczycka i inn. 2019].
Jest to związane z nową polityką wodną prowadzoną w Unii Europejskiej, polegającą na zlewniowym za-rządzaniu zasobami wód śródlądowych.
obecnie w Polsce w oczyszczalniach ścieków komunalnych głównie podejmuje się działania w zakresie odzysku energii i związków biogennych z osadów ściekowych. W Komisji Środowiska Senatu RP w 2016 r. [Gromiec, 2020, Włodarczyk-Makuła 2019] wskazano na potrzebę odzysku wody ze ście-ków z przeznaczeniem do różnych celów. Dotyczy to także zakładowych oczyszczalni. Działania te są prowadzone od wielu lat, ale nie były identyfi-kowane jako gospodarka cyrkulacyjna, lecz często używa się określenia obiegowego modelu gospodarki wodno-ściekowej. te działania zbieżne są z wpro-wadzaniem systemów zarządzania środowiskiem w przedsiębiorstwach, takich jak: ISo 14001, System Ekozarządzania i Audytu EMAS, ISo 50001 System Zarządzania Energią [Poskrobko 2007]. Celem pracy była charakterystyka ogólna gospodarki wodno- -ściekowej, stosowanych rozwiązań dotyczących oczyszczania ścieków koksowniczych wraz z odzy-skiem składników użytecznych oraz wykorzystania ścieków oczyszczonych.
charakterystyka gospodarki wodno-ściekowej Dostępne dane wskazują, że w Polsce prowadzi się produkcję w 8 zakładach koksowniczych. Są to koksownie, takie jak: Częstochowa Nova, Dębieńsko, Jadwiga, Przyjaźń, Radlin, Kombinat Koksoche-miczny Zabrze, Wałbrzyskie Zakłady Koksownicze Victoria raz Accelor Mittal Poland oddział w Zdzie-szowicach [https://Koksownie_w_Polsce]. Podstawą działalności jest produkcja koksu odlewniczego i metalurgicznego, który (w uproszczeniu) powstaje w procesie odgazowania węgla w wysokich tempera-turach (900-1200°C) bez dostępu powietrza. oprócz koksu produktem procesu koksowania węgla jest gaz koksowniczy, który może być wykorzystany w gospodarce, lecz konieczne jest jego schłodzenie i oczyszczanie. Podczas tych procesów prowadzo-nych wielostopniowo wydzielane są z wody poga-zowej zanieczyszczenia, które mogą być surowcem w produkcji chemicznej. Są to produkty uboczne,
takie jak: fenolany sodowe, benzol, siarczan amonu czy kwas siarkowy [taniewski 2000, BN-90/0517-03, Karta charakterystyki, 2010].
Ilość ścieków koksowniczych zależy od ilości surowca oraz wielkości produkcji. Ponadto na ilość ścieków ma wpływ rodzaj procesów oczyszczania gazu i produktów ubocznych oraz od rozwiązania gospodarki wodno-ściekowej w zakładzie. Średnia ilość ścieków technologicznych z koksowni waha się w granicach od 0,15 do 0,35 m3/t węgla. [Janosz -Rajczyk 2004, Bartkiewicz 2008]. Główny strumień ścieków w koksowni to odpływy z procesu techno-logicznego, oczyszczania gazu koksowniczego oraz przerobu ubocznych produktów koksowania. Stru-mień ścieków stanowi:
• woda pogazowa (amoniakalna), która jest mie-szaniną wody amoniakalnej stosowanej we wstępnym ochładzaniu gazu koksowniczego, skondensowanej pary wodnej wydzielanej z mie-szanki wsadowej oraz z wody pirogenetycznej,
• odpływy z rektyfikacji i skraplania benzolu,
• odpływy z przeróbki smoły,
• ścieki z odsiarczania gazu, przeróbki siarkowo-doru na kwas siarkowy,
• kondensaty pary wodnej stosowanej do ogrze-wania mediów w procesach technologicznych,
• odpływy z odpędzania amoniaku z wody poga-zowej,
• odpływy z zamknięć hydraulicznych przewodów gazowych,
• kondensaty pary wodnej z czyszczenia urządzeń i przewodów,
• ścieki odpływające z okresowego mycia posadzek, aparatury, urządzeń, odwadniania tac instalacji [BAt 2005; Bartkiewicz 2008].
Ścieki powstające na terenie zakładu koksowni-czego charakteryzują się zróżnicowanym składem, który zależy nie tylko od rodzaju surowca do produk-cji koksu, lecz także od procesu technologicznego.
Wśród zanieczyszczeń w wysokich stężeniach wy-stępują zanieczyszczania organiczne i nieorganicz-ne. Do podstawowych zanieczyszczeń organicznych w ściekach przemysłowych koksowni należą: smoła, oleje, fenole lotne z parą wodną i nielotne oraz wę-glowodory aromatyczne, w tym wielopierścieniowe.
Nieorganiczne natomiast to: cyjanki, siarczki, azot amonowy i sole amonowe oraz aniony, takie jak:
chlorki, siarczany, siarczki, tiosiarczany, rodanki.
Należy podkreślić, że ścieki z przeróbki węgla na koks zaliczane są do najbardziej uciążliwych ścieków przemysłowych. W odniesieniu do jednostkowej produkcji koksu zawartość związków organicznych wyrażona wskaźnikiem ogólnym ChZt wynosi 1877, zawartość fenoli sięga 482, a azotu amonowego 1266 g/t koksu. Charakterystyczna jest wysoka zawartość cyjanków (5,9 g), rodanków (116,1 g) oraz siarczków (19,1 g) w przeliczeniu na 1 tonę produkowanego koksu [BAt 2005].
najlepsze dostępne techniki
Zgodnie z obowiązującym prawodawstwem przedsiębiorstwa koksownicze zobowiązane są do prowadzenia produkcji przy zastosowaniu Najlep-szych Dostępnych technik BAt (Best Available tech-niques). Charakterystyka najlepszych dostępnych technik w europejskim przemyśle koksowniczym zawarta została w dokumencie referencyjnym BREF [Best Available... 2000]. Zgodnie ze standardami BAt należy wykorzystywać dostępne rozwiązania techno-logiczne i techniczne przyczyniające się do redukcji do minimum emisji zanieczyszczeń do powietrza oraz do środowiska gruntowo-wodnego. Poziom i rodzaj zanieczyszczeń w ściekach koksowniczych wykluczają możliwość odprowadzania ich do wód lub do ziemi z pominięciem oczyszczania. Dlatego też, na terenie koksowni eksploatowane są zakładowe oczyszczanie ścieków. Na rys. 1 przedstawiono ogólny schemat oczyszczania ścieków koksowniczych opracowany w dokumencie BAt [BAt 2005].
Zalecane metody oczyszczania ścieków kok-sowniczych obejmują oczyszczanie chemiczne oraz oczyszczanie biologiczne poprzedzone usuwaniem amoniaku i smoły. Biologiczne oczyszczanie ścieków może odbywać się za pomocą osadu czynnego lub osadu czynnego połączonego z procesem nitryfi-kacji lub osadu czynnego połączonego ze wstępną denitryfikacją i nitryfikacją [BAt 2005, Machowska 2011, osmólski 2013]. Układ technologiczny dwustop-niowego oczyszczania biologicznego
z wykorzysta-niem osadu czynnego pozwala na wysokoefektywne utlenianie związków organicznych oraz nitryfikację azotu amonowego i denitryfikację azotanów. Stopień oczyszczania ścieków koksowniczych w zakresie związków organicznych wyrażonych wskaźnikiem ChZt może sięgać 96%, natomiast w odniesieniu do fenoli lotnych – 99,9%. Ze względu na jakość ścieków ścieki są wykorzystywane na terenie koksowni do mokrego gaszenia (chłodzenia) rozżarzonego, usu-wanego z baterii koksowniczych koksu.
***
Na podstawie przedstawionej powyżej analizy można przedstawić następujące wnioski:
• Zamykanie obiegów w zakładach przemysło-wych, w tym w koksowniach, wymuszone jest przez przepisy prawne i zalecenia europejskie zgodne z BAt.
• W koksowniach prowadzi się zintegrowane pro-cesy ochładzania i oczyszczania gazu koksow-niczego z uwzględnieniem odzysku składników użytecznych w gospodarce.
• Zakładowe oczyszczalnie ścieków są elementem gospodarki o obiegu zamkniętym, gdyż wysoko-efektywne procesy oczyszczania pozwalają na ponowne użycie oczyszczonych ścieków do celów technologicznych.
Pracę wykonano w ramach subwencji statutowej Politechniki Częstochowskiej
zalecane metody oczyszczania ścieków koksowniczych obejmują oczyszczanie chemiczne oraz oczyszczanie biologiczne poprzedzone usuwaniem amoniaku i smoły
Fot.: 123rf
Reklama
literatura
1. Bartkiewicz W., oczyszczanie ścieków przemysłowych, PWN, Warszawa 2008.
2. BAt – Najlepsze Dostępne techniki – wytyczne dla branży koksowniczej, Ministerstwo Środowiska. Warszawa, 2005.
3. BREF- Best Available techniques Reference Document on the Production of Iron and Steel, Seville 2000.
4. Gospodarka o obiegu zamkniętym w polityce i badaniach naukowych, Monografia pod red. Kulczyckiej J., Wydawnictwo IGSMiE PAN Kraków, 2019.
5. Gromiec M., Nowe koncepcje gospodarko wodno-ściekowo-osadowej, Wydawnictwo Polskiej Akademii Nauk, Monografie Komitetu Inżynierii Środowiska PAN pod red. Bień J., Gromiec M., Pawłowski L., Lublin, vol. 166, 2020, 7-32.
6. GUS Rocznik statystyczny, ochrona Środowiska 2017.
7. GUS, Rocznik statystyczny, ochrona Środowiska 2019.
8. http://gwppl.org/data
9. http://www.ichpw.pl/wp-content/uploads/2018/10/Sobolewski-Koksownictwo-na-zie-miach-polskich.pdf
10. https://pl.wikipedia.org/wiki/Kategoria: Koksownie_w_Polsce
11. Janosz-Rajczyk M., Biologiczne metody usuwania azotu z wybranych wód odpadowych, Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa, 2004.
12. Karta charakterystyki, Benzol koksowniczy, Koksownia Nowa, Częstochowa, 2010.
13. Machowska H., Przemysł koksowniczy w aspekcie ochrony środowiska, Proceedings of ECopole, 5, 1, 2011, 269-274.
14. Norma branżowa, Produkty węglopochodne. BN-90/0517-03.
15. osmólski J., oczyszczanie ścieków w Koksowni Przyjaźń S.A. w Dąbrowie Górniczej, Forum Eksploatatora, 3, 2013, 44-49.
16. Poskrobko B., Zarządzanie Środowiskiem, PWE, Warszawa 2007.
17. Rozporządzenie (WE) nr 1907/2006 Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 18 grudnia 2006r. w sprawie rejestracji, oceny, udzielania zezwoleń i stosowanych ograniczeń w zakresie chemikaliów (REACH), z późniejszymi zmianami.
18. taniewski M., technologia chemiczna – surowce. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2000.
19. Włodarczyk-Makuła M., Wiśniowska E., oczyszczalnie ścieków jako element gospodarki o obiegu zamkniętym w aglomeracji, Monografia pod red. Natalii Iwaszczuk. „Innowa-cyjność w działalności gospodarczej”, Wydawnictwo IGSMiE PAN, Kraków 2019, 87-99.
Ścieki oczyszczone do wykorzystania na cele technologiczne w koksowni Surowe ścieki
desorpcja amoniaku i lotnych związków kwaśnych para wodna
naoh
opary zawierające nh3, h2S, hcn, c6h5oh
procesy mechaniczno-chemiczne oczyszczania ścieków (koagulacja, flotacja)
osady ściekowe z mechanicznego chemicznego oczyszczania, poflotacyjne powietrze,
chemikalia
Biologiczne procesy (biodegradacja związków organicznych z nitryfikacją
i denitryfikacją) – jedno lub dwustopniowe
osady nadmierne z biologicznego oczyszczania scieków powietrze
odsmołowanie lub odfenolowanie (separacja wielkocząsteczkowych
związków organicznych)
woda płucząca Smoły i oleje
benzol woda zanieczyszczona
benzol zanieczyszczony
rys. 1
ogólny schemat oczyszczania ścieków koksowniczych [Bat 2005]