OTPADNE VODE TERMOENERGETSKIH POSTROJENJA PRIMER: TE KOSTOLAC

OTPADNE VODE TERMOENERGETSKIH POSTROJENJA PRIMER: TE KOSTOLAC Dr Branislava Jovanović*, Dr Vladana Rajaković-Ognjanović*, Dr Ljubinka Rajaković** Univerzitet u Beogradu, Građevinski fakultet * Univerzitet u Beogradu, Tehnološko-metalurški fakultet ** Apstract: U ovom radu su prikazani izdvojeni, karakteristični rezultati bilansiranja količina i praćenja kvaliteta otpadnih voda u TE Kostolac A i B, rezultati koji su deo Generalnog projekta tretmana otpadnih voda u PD Termoelektrane Kostolac koju je radio tim sa Tehnološkometalurškog fakulteta, Građevinskog fakulteta i Saobraćajnog instituta CIP. Obzirom na velike količine voda koje se zahvataju za potrebe proizvodnje električne energije (primarno za hlađenje i pripremu ultračistih voda), u okviru procesa proizvodnje električne energije nastaju i velike količine otpadnih voda. Ukupna produkcija otpadnih voda u TE Kostolac A je oko 160 m 3 /MWh i 140 m 3 /MWh u TE Kostolac B. Međutim, rezultati ispitivanja kvaliteta otpadnih voda su pokazali da ne treba sve otpadne vode koje se generišu u TE Kostolac prečišćavati. Prema kriterijumima domaće i EU zakonske regulative u obe TE treba prečišćavati zauljene i atmosferske zauljene otpadne vode. U TEKO A to je max. 1,0 L/MWh. Ključne reči: prečišćavanje otpadnih voda, termoenergetska postrojenja WASTEWATERS IN THERMAL POWER PLANTS, CASE STUDY: TPP KOSTOLAC Dr Branislava Jovanović*, Dr Vladana Rajaković-Ognjanović*, Dr Ljubinka Rajaković** University of Belgrade, Faculty of Civil Engineering* University of Belgrade, Faculty of Technology and Metallurgy ** Abstract: This paper presents results on wastewater quantity and quality generated in thermo power plants Kostolac A&B. The results are obtained from Preliminary design on wastewater

treatment in TPP Kostolac. Huge water consumption neccessary for electrical energy production (for cooling purposes, preparation of demi and deka water, etc.) inevitably leads to large wastewater production. Total wastewater production in TPP Kostolac A is estimated to 160 m 3 /MWh and 140 m 3 /MWh in TPP Kostolac B. However, results on wastewater quality indicated that only small portion shoud be treated prior to discharge into the recipients. In regard to Serbian and EU wastewater discharge and treatment regulations, only oiled and oiled storm waters should be treated prior to discharge, which is only 0,4 L/MWh in TPP Kostolac A and 0,9 L/MWh in TPP Kostolac B. Key words: wastewater treatment, thermal power plants 1 UVOD U ovom radu objavljeni su neki od rezultata iz Prethodne studije opravdanosti sa Generalnim projektom tretmana otpadnih voda za Termoelektrane Kostolac A i B (u daljem tekstu Studija), koju je radio tim sa Tehnološko-metalurškog fakulteta, Građevinskog fakulteta i Saobraćajnog instituta CIP. Kvalitet i količine otpadnih voda predstavljaju značajan segment u proizvodnji električne energije. Pouzdan rad termoenergetskih postrojenja zavisi od ugrađenih materijala, uslova eksploatacije, kvaliteta goriva, kvaliteta vode, ali i kvalitetnog pristupa zaštiti životne sredine. Prirodni je interes svakog privrednog društva, pa tako i termoelektrana Kostolac (TEKO), koje su deo EPS-a, da koncept zaštite životne sredine ugradi u svaku svoju delatnost te da, na taj način, funkcionalno osmisli i usavrši sitem zaštite životne sredine. Tri su grupe razloga zbog čega je neophodno razvijati sistem zaštite životne sredine. Prva grupa razloga spada u unutrašnju potrebu tehnološki razvijenih firmi da brinu o sveukupnoj zaštiti životne sredine i uticajima tehnoloških procesa na životnu sredinu. Druga grupa razloga su zakonske obaveze, a treća je vezana za poslovnost, poslovnoj potrebi da se sistem zaštite životne sredine dovede na takav nivo da potencijalni kreditni partneri mogu nesmetano da ulaze u finansijske aranžmane (među uslovima kreditiranja danas je pitanje zaštite životne sredine uslov bez koga se ne može) 2 VODE U TERMOELEKTRANAMA Jedan od preduslova za proizvodnju električne energije u TE je obezbeđenje dovoljne količine vode. zbog toga su termoenergetska postrojenja smeštena pored velikih reka: Dunav, Sava, Morava. U termoelektranama EPS-a godišnje se zahvata oko 3 milijarde m 3 vode koja se uglavnom koristi kao rashladna voda (oko 99%) i voda za pripremu radnog fluida. Posle korišćenja ova voda se ispušta, kao otpadna voda u prirodne recipijente. U tablici 1.1 prikazani su podaci o instalisanoj snazi,

proizvedenoj energiji (na generatoru) u TE EPS-a, kao i podaci o zapremini vode iz vodozahvata i ispuštenim otpadnim vodama. Podaci su dati za 2008.god. Tabela 2.1. Podaci o snazi, energiji i zapremini vode u TE EPS-a, za 2008.god. [1] TE i TE-TO EPS-a Instalisana snaga MW Električna energija GWh Ispuštene otpadne Vodozahvat (m 3 /god)x10 3 vode (m 3 /god)x10 3 Površinkske Podzemne Povratna rashladna voda Otpadne vode * TE Nikola Tesla A 1 650 10 525 1 005 034 879 979 558 24 647 TE Nikola Tesla B 1 240 8 846 1 055 858 479 1 035 083 20 020 T Kolubara A 271 503 5 840 923 TE Morava 125 681 88 145 52 85 748 2 405 TE Kostolac A 310 2 052 355 560 336 310 18 288 TE Kostolac B 700 3 330 560 479 1.104 533 219 26 147 TE-TO Zrenjanin 110 109 905 372 150 TE-TO Novi Sad 245 293 18 701 18 368 45 TE-TO Sremska Mitrovica 51 4 675 600 - Ukupno 4 702 26 343 3 091 197 2 514 2 989 258 90 702 3 093 711 3 079 960 Potrošnja vode, L/kWh 110 Godišnja potrošnja vode, L Godišnja proizvodnja energije, kwh Dnevna potrošnja vode, L Dnevna proizvodnja energije, kwh * otpadne vode: prelivne i drenažne sa deponije pepela, sanitarne otpadne vode 3 100 milijardi 26 milijardi 11 milijardi 80 miliona Prema kvalitetu i količini vode u termoelektranama se najšire mogu sagledati ako se posebno analiziraju ulazne, industrijske (prečišćene) i otpadne vode. Voda u termoelektranama se troši za tehnološke procese od kojih su najznačajniji proizvodnja i hlađenje vodene pare i sakupljanje i transport pepela i šljake do konačnog odlagališta. Kod svih TE i TE-TO u postrojenju za hemijsku pripremu vode nastaju otpadne vode koje se posle neutralizacije koriste za hidraulički transport pepela ili ispuštaju u vodotokove. U TE, koje kao pomoćno gorivo koriste mazut, nastaju ograničene količine voda zagađenih mazutom. Sve TE na lignit za transport pepela koriste tehnologiju hidrauličkog transporta, koja je nepovoljna sa stanovišta zagađenja voda. Kod TE sa povratnim hlađenjem pojavljuju se otpadne vode iz procesa dekarbonizacije. Ove vode su pogodne za transport pepela pa se tako i koriste u TE EPS-a. U skladu s integralnim pristupom i pristupom o održivom razvoju, svaki tip vode TE od vodozahvata do otpadnih voda, mora po kvalitetu i potrošnji da odgovara domaćim i evropskim standardima, propisima i zakonima. U Srbiji je intenziviran proces usaglašavanja domaće regulative sa regulativom Evropske Unije (EU). Jedan od segmenata ovog procesa odnosi se na mere zaštite

voda smanjenjem emisije štetnih materija u vodna tela, što je regulisano Zakonima [2-4]. Jedan od uslova za dobijanje integrisane dozvole za dalji rad termoenergetskih postrojenja i obavljanje aktivnosti posle 2015. godine, prema Zakonu o integrisanom sprečavanju i kontroli zagađenja životne sredine [2] je usaglašavanje emisija i uvođenje najboljih raspoloživih tehnika (Best Available Techniques) za smanjenje emisija u vodna tela. 3 OTPADNE VODE U TE KOSTOLAC B Velike količine voda koje se koriste za proizvodnju električne energije podrazumevaju i veliku količinu otpadnih voda. Na primer, voda u sistemu voda/para se onečišćava mogućim probojem rashladne vode, tragovima turbinskog ulja i/ili produktima korozije. U termenergetskim postrojenjima razlikuju se sledeći tipovi otpadnih voda: - Rashladna otpadna voda (topla voda), - Atmosferska, - Komunalna (fekalna), - Tehnološke otpadne vode iz hemijske pripreme vode (otpadna voda od regeneracije jonoizmenjivačkih smola i mehaničkog pranja peščanih filtara), - Drenažne vode iz objekata, - Zauljene otpadne vode, i - Otpadne vode sa deponije pepela (prelivne i drenažne vode). U tabeli 1 prikazani su neki od karakterističnih rezultata analize kvaliteta otpadnih voda u TE Kostolac B kao i granične vrednosti emisije zagađujućih materija. U cilju procene kvaliteta otpadnih voda, a u skladu sa harmonizovanim kriterijumima domaće i evropske regulative, u skladu sa iskustvom analitičara, hemičara i tehnologa koji rade u akreditovanim i ovlašćenim laboratorija, neophodno je analizirati sledeće parametre: ph vrednost, provodljivost, sadržaj suspendovanih materija, sadržaj azota, sadržaj fosfora, HPK i BPK 5 [5,6]. Pored ovih parametara, u cilju što detaljnijeg uvida u kvalitet voda mogu se analizirati sledeći parametri: masti i ulja, polihlorovani aromatični ugljovodonici (PAH), sadržaj arsena i teških metala (kadmijuma, olova, žive, hroma, bakra, i cinka), amonijak, nitrati, nitriti, sadržaj gvožđa i mangana, potrošnja KMnO 4, rastvoreni kiseonik, mutnoća, temperatura. Odabir parametara vršen je pojedinačno za svaki tip otpadne vode.

Tabela 3.1. Rezultati analize odabranih uzoraka otpadnih voda termoelektrane Kostolac B [7] OTPADNE VODE OTPADNA VODA SA STARE DEPONIJE PEPELA PARAMETAR RASHLADNA ATMOSFERSKA KOMUNALNA ZAULJENA Granična vrednost emisije* PARAMETAR PRELIVNE VODE DRENAŽNE VODE Granična vrednost emisije* Procena protoka, m 3 /s 26,2 0,65 0,003 0,06 - Arsen, µg/l 3 2 10 Mutnoća, NTU 35,3 6,6 / 400 - Kadmijum, µg/l <2 <2 50 ph 7,8 7,50 7,40 7,31 6-9 Živa, µg/l <1 <1 1 Susp. materije, mg/l / 9 529 5 35 Olovo, µg/l 8,6 <5 50 HPK, mg/l O 2 10,1 21 55,8 85 120 Bakar, µg/l <10 <10 50 BPK 5, mg/l O 2 0,5 6 51 17,5 30 Cink, µg/l <10 <10 100 Mineralna ulja, mg/l <0,05 248 10 120 10 Hrom, µg/l <5 <5 50 Mineralna ulja, mg/l 42 9 10 * Uredba o graničnim vrednostima emisije zagađujućih materija u vode i rokovima za njihovo dostizanje-granične vrednosti emisije otpadnih voda iz termoenergetskih postrojenja, Službeni glasnik Republike Srbije 67/2011 *** CEN 801 standard za kvalitet efluenta iz postrojenja za mehanički tretman zauljenih otpadnih voda 4 PREČIŠĆAVANjE OTPADNIH VODA U TE KOSTOLAC B Rezultati ispitivanja kvaliteta otpadnih voda su pokazali da nije potrebno sve otpadne vode koje se generišu u TE Kostolac prečišćavati. 4.1 Komunalne otpadne vode Trenutno se u TEKO B prečišćavaju samo komunalne otpadne vode, na biodisku kapaciteta 2x650 ES. Prečišćene komunalne otpadne vode se ispuštaju u Mlavu. Rezultati analiza kvaliteta efluenta iz ovog postrojenja su pokazali da on zadovoljava zakonom propisane kriterijume za ispuštanje u prirodni recipijent [7]. 4.2 Atmosferske, rashladne i zauljene otpadne vode Analize kvaliteta zauljenih otpadnih voda koje se posebnim sistemom za prikupljanje i odvođenje sakupljaju u sabirnom šahtu kod mazutne stanice očekivano su pokazale povećan sadržaj mineralnih ulja što direktno ukazuje da je ove vode neophodno prečistiti. Na osnovu rezultata prikazanih istraživanja 2008. godine je urađen Generalni projekat tratmana zauljenih voda u TE Kostolac. Idejni projekat je trenutno (2012.) u fazi izrade. U vreme izrade Studije zauljene otpadne vode su korišćene za izradu hidromešavine za transport pepela i šljake na staru deponiju (Slika 4.1).

Slika 4.1 Shematski prikaz mesta ispuštanja zauljenih otpadnih voda u bazene za pravljenje hidromešavine u TEKO B [7]. Analize kvaliteta prelivnih otpadnih voda sa deponije pepela i šljake su ukazale na prisustvo ulja što je dodatno opravdalo zahtev za prečišćavanjem zauljenih otpadnih voda. Kako postojećim sistemom prikupljanja zauljenih voda nisu obuhvaćena sva mesta nastajanja ovih voda zbog razuđenosti objekata unutar TEKO B jedan deo zauljenih otpadnih voda (zauljene vode iz glavnog pogonskog objekta i unutrašnjeg mazutnog postrojenja) je ispuštan u druge sisteme kanalisanja: u atmosfersku kanalizaciju i u sistem za odvođenje rashladnih voda iz TE (Slika 4.2 i 4.3) Odatle potiče prisustvo mineralnih ulja u atmosferskim otpadnim vodama koje su pokazale hemijske analize. Slika 4.2. Shematski prikaz mesta ispuštanja zauljenih otpadnih voda u sistem atmosferske kanalizacije u TEKO B [7].

Slika 4.3. Shematski prikaz mesta ispuštanja zauljenih otpadnih voda u sistem otpadne rashladne vode u TEKO B [7]. Zbog značajno većih količina rashladnih voda u odnosu na količine zauljenih otpadnih voda koje se ispuštaju u sistem tople vode prisustvo ulja u otpadnim rashladnim vodama nije detektovano zbog efekta razblađenja. Bez obzira, uticaj unosa ulja iz ovih sistema u prirodne recipijente Mlavu i Dunav nije umanjen. Zbog toga je u okviru Studije sugerisano razvezivanje svih postojećih izliva zauljenih otpadnih voda u druge sisteme TEKO B. Uz uvažavanje potrebe za prečišćavanje svih zauljenih otpadnih koje nastaju u TE Kostolac i razuđenosti mesta nastajanja ovih voda, jedna od analiziranih varijantnih rešenja u okviru Generalnog projekta je mobilno postrojenje za prečišćavanje koje bi na efikasan način rešilo problem prečišćavanja u obe termoelektrane (TEKO A i B) bez značajnijih proširenja i građevinskih intervencija na postojećem sistemu za sakupljanje zauljenih voda. Zbog potrebe prečišćavanja zauljenih otpadnih voda u okviru Studije je urađen projekat mobilnog postrojenja 4.3 Otpadne vode od regeneracije jonoizmenjivačkih smola Automatizacija jama za neutralizaciju u TEKO B nije u funkciji (vrši se jednovremena regeneracija i ispuštanje baznih i kiselih otpadnih voda), otpadne vode od regeneracije jonoizmenjivačkih smola se ispuštaju direktno u bazen hidromešavine u bager stanici gde se razređuju i transportuju zajedno sa hidromešavinom na deponiju pepela i šljake. Originalno projektovano rešenje jame za neutralizaciju uključuje ispuštanje neutralisanih otpadnih voda u atmosfersku kanalizaciju. Predlog stručne službe HPV-a je da se nakon puštanja u funkciju jame za neurtalizaciju ostavi ispust ka bager stanici da bi se smanjio uticaj eventualnog akcidentnog izlivanja netretiranih otpadnih voda od regeneracije jonoizmenjivačkih smola u atmosfersku kanalizaciju. Ovako predloženo rešenje

isuštanja otpadnih voda od regeneracije jonoizmenjivačkih smola u TEKO B je u fazi razrade u okviru Idejnog projekta prečišćavanja otpadnih voda u TEKO B. 5 NOVA MESTA NASTAJANJA OTPADNIH VODA U REKONSTRUISANIM I NOVIM SISTEMIMA U OKVIRU TEKO B U kostolačkim termoelektranama kao i u svim termoenergetskim postrojenjima u okviru EPS-a stalno se radi na razvoju i unapređenju proizvodnje sa aspekta zaštite životne sredine. Poslednjih godina u svim termoelektranama EPS-a aktuelni su unapređenje tehnologije hidrauličkog transporta pepela i šljake (u okviru projekata rekonstrukcije sistema za transport i deponovanje pepela i šljake) kao i smanjenje emisije štetnih gasova u vazduh (u okviru projekata odsumporavanja dimnih gasova). 5.1 Rekonstrukcija sistema za transport i deponovanje pepela i šljake U TE Kostolac B je završena rekonstrukcija sistema za transport i deponovanje pepela i šljake i sistem je pušten u pogon. Cilj rekonstrukcije sistema za transport i deponovanje pepela i šljake iz TEKO B je da se pređe sa deponovanjem pepela i šljake sa stare na novu deponiju koja će biti locirana u otkopanom prostoru površinskog kopa Ćirikovac. Pri tome će se, iz ekoloških razloga, izvršiti i promena tehnologije hidrauličkog transporta i deponovanja tako da će postojeći način hidrauličkog transporta u vidu retke hidromešavine biti zamenjen tehnologijom guste pulpe. Odabran je koncept hidrauličkog transporta u vodu guste mešavine masene koncentracije približno 50% [8]. Ovakav sistem treba da obezbedi ekonomičan transport do deponije i ekološki bezbedno deponovanje. Za proces pripreme hidromešavine koristi se tehnološka voda koju čine: povratna (recirkulaciona) voda sa kopa, prelivna voda kracera šljake, i deo industrijske čiste vode iz bazena spirne vode (prema potrebi). I nakon rekonstrukcije sistema otpepeljivanja i odšljakivanja u bazene hidromešavine ispuštaće se i druge otpadne vode koje ispuštane i pre rekonstrukcije. Sa izuzetkom zauljenih otpadnih voda koje će biti tretirane na postrojenju za tretman zauljenih otpadnih voda. 5.1 Otpadne vode iz postrojenja za odsumporavanje dimnih gasova U cilju zaštite vazduha od zagađenja, a u skladu sa Zakonom o zaštiti životne sredine, EPS je u obavezi da rad svojih postrojenja usaglasi sa zakonskom regulativom iz oblasti smanjenja emisija štetnih materija u vazduh. Tehnička rešenja za smanjenje emisije sumpornih oksida su obrađena u okviru projekata sistema za odsumporavanje dimnih gasova (ODG) [9,10]. Izrada projektne dokumentacije sistema za ODG u TEKO B je završena na nivou Idejnog projekta dok je Idejni projekat postrojenja za tretman otpadnih voda u TEKO B u fazi izrade. U okviru Idejnog projekta

postrojenja za ODG data je procena bilansa i kvaliteta otpadnih voda iz ovog postrojenja a podaci su prikazani u Tabeli 5.1. Tabela 5.1. Količine i kvalitet otpadnih voda iz sistema za ODG u TEKO B (za ugalj srednjeg kvaliteta) [7, 10] Parametar Jed. Vrednost Parametar Jed. Vrednost Ukupni maseni protok kg/h 10 121,00 CaF 2 kg/h 0,00 Ukupni zapreminski protok m 3 /h 9,86 MgF 2 kg/h 0,00 Voda sa rastvorenim solima kg/h 10,00 Pepeo kg/h 5,00 Ukupno čvrste materije kg/h 121,00 Čađ kg/h 0,00 Gips kg/h 42,00 Inertne materije kg/h 55,00 Kalcijum sulfit kg/h 0,00 Rastvorljive materije kg/h 386,00 CaCO 3 kg/h 16,00 Sadržaj hlorida ppm 7 020,00 MgCO 3 kg/h 3,00 Ukupni sadržaj čvrstih materija % 1,20 Temperatura o C 64,00 Kvalitet otpadnih voda iz sistema ODG zahteva posebnu pažnju obzirom na povišenu temperaturu i veoma povišen sadržaj hlorida. Namera je Projektanta postrojenja za tretman otpadnih voda u TEKO B da se ove vode iskoriste za hidraulički transport pepela i šljake. Bez obzira da li će se ove vode recirkulisati unutar sistema TEKO B ili će biti ispuštene u recipijent one se pre ispuštanja moraju prečistiti. U slučaju recirkulacije Prema važećim zakonskim propisima maksimalno dozvoljena koncentracija hlorida u otpadnim vodama iz termoenergetskih postrojenja je 800 mg/l (Uredba o graničnim vrednostima emisije zagađujućih materija u vode i rokovima za njihovo dostizanje Tabela 1.3. Granične vrednosti emisije hlorida za otpadne vode termoenergetskih postrojenja koja koriste ugalj kao energetsko gorivo, pre mešanja sa ostalim otpadnim vodama, Službeni glasnik Republike Srbije 67/2011) odakle sledi da se adekvatnim tretmanom koncetracija hlorida u efluentu mora smanjiti 10 puta. 6 ZAKLJUČAK Na osnovu analize kvaliteta otpadnih voda u TEKO B zaključeno je da se od ukupne količine postojećih otpadnih voda samo zauljene otpadne vode moraju prečistiti. Isključivanje postojećih ispusta zauljenih otpadnih voda sa sistema atmosferske kanalizacije i sistema tople vode i uključivanje u novoprojektovani sistem za tretman zauljenih voda obezbeđuje punu zaštitu prirodnih recipijenata Mlave i Dunava. Dodatno, isključuje se potreba za složenim prečišćavanjem velikih količina atmosferskih otpadnih voda zbog prisustva mineralnih ulja. Procenjuje se da je proizvodnja 1 MWh električne energije praćena generisanjem 0,4 L (TEKO A) i 0,9 L (TEKO B)

zauljenih otpadnih voda. Problem prečišćavanja otpadnih voda u termoelektranama EPS-a je dugoročan proecs na kome se radi neprekidno čime se postepeno rešavaju složena pitanja zaštite voda, zemljišta i vazduha. REFERENCE [1] LJ.V.Rajaković, Snabdevanje termoenergetskih objekata vodom i ispuštanje otpadnih voda, Naučni skup Energetika i životna sredina, SANU, oktobar 2012. [2] IPPC Directive 2008/1/EC, Službeni glasnik Republike Srbije, 135/2004 [3] Uredba o graničnim vrednostima emisije zagađujućih materija u vode i rokovima za njihovo dostizanje, Sluzbeni glasnik R.Srbije br.67/2011, [4] Zakon o vodama, Službeni glasnik Republike Srbije, 30/2010 [5] V.N.Rajaković-Ognjanović, D.Z.Živojinović, B.N.Grgur, Lj.V.Rajaković, Improvement of chemical control in the water-steam cycle of thermal power plants, Appl. Therm. Eng. 31 (2011) 119-128 [6] D.Z.Živojinović, Lj.V.Rajaković, Application and validation of ion chromatography for the analysis of power plants water: analysis of corrosive anions in conditioned water-steam cycles, Desalination, 275 (2011) 17-25 [7] Prethodna studija opravdanosti sa Generalnim projektom tretmana otpadnih voda u TE Kostolac, Saobraćajni institut CIP-Tehnološko-metalurški fakultet u Beogradu-Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu, 2009. [8] Idejni projekat rekonstrukcije sistema za transport i deponovanje pepela i šljake iz TE Kostolac B sa Studijom opravdanosti, Energoprojekt Entel i Rudarski institut, 2007. [9] Generalni projekat: Odsumporavanje dimnih gasova TEKO B, Mašinski fakultet u Beogradu, Rudarsko-geološki fakultet u Beogradu, Worley Parsons, Energoprojekt-Entel [10] Idejni projekat: Odsumporavanje dimnih gasova TEKO B, Mašinski fakultet u Beogradu, Rudarsko-geološki fakultet u Beogradu, Worley Parsons, Energoprojekt-Entel