1 GENERAL INFORMATION
Typ 4 verwendet ein Doppelschleifenkonzept (double loop concept), das seinen Ausgang in den USA nahm
3.10 Techniken zur Verminderung von Wasserverunreinigungen
Kapitel 1.3.3 bietet einen Überblick der verschiedenen Quellen von Abwasser, die in einer Großfeuerungsanlage zu finden sind. Das in Kraftwerksanlagen anzutreffende Abwasser setzt sich aus verschmutztem Wasser aus den verschiedenen Vorgängen in GFA und aus Regenwasser dieses Standorts zusammen. Dieses Wasser muss in Abwasseraufbereitungsanlagen behandelt werden, wo eine Verminderung der Schadstoffkonzentrationen vorgenommen wird. Im folgenden Kapitel werden die Techniken beschrieben, die i.d.R. zur Aufbereitung von verschmutzten Wasserströmen verwendet werden, ehe das Wasser in die Gewässer der Umwelt eingeleitet werden kann.
Die Menge und die Qualität des Abwassers und entsprechend die Konfiguration der Abwasseraufbereitungsanlage, die sich nach den Anforderungen der Abwässer einer bestimmten GFA richtet, ist standortspezifisch und hängt von vielen Parametern ab, einschließlich:
• Art und Zusammensetzung des Brennstoffs
• Art und Lagermöglichkeiten des Brennstoffs und der Chemikalien
• Art der Brennstoffaufbereitung
• Art der Feuerungsprozesse
• Art der Kühlsysteme
• Art der chemischen Konditionierung von Kesselwasser und Kühlwasser
• Qualität des verfügbaren Rohwassers
• Art der Wasseraufbereitungssysteme
• Art der Abgasbehandlungssysteme
• Wesen der Nebenprodukte des Verbrennungsprozesses (Flugasche, nasse Asche, REA-Gips usw.) und ihre
• Managementpraktiken (Entsorgung, Verkauf).
Die einzelnen Abwasserströme, die durch die verschiedenen Operationen einer GFA erzeugt werden, umfassen:
• Verfahrensabwasser, insbesondere Abwasser aus der REA-Einheit
• gesammeltes und abgeleitetes Regenwasser und Feuerlöschwasser
• sanitäre Abwässer
Aufgrund der unterschiedlichen Zusammensetzung und Qualität (Art der Schadstoffe und Konzentration) werden die oben genannten Ströme gewöhnlich durch separate Drainagesysteme gesammelt und zur weiteren Behandlung in bestimmte Abwasseraufbereitungsanlagen geleitet (sanitäre Abwässer in biologischen Abwasseraufbereitungsanlagen, Verfahrensabwässer und verschmutztes Regenwasser in industriellen Abwasseraufbereitungsanlagen).
Offensichtlich ist die Konstruktionsweise der Drainagesysteme am Standort der GFA sehr wichtig, da durch den Einsatz entsprechend konstruierter Drainagesysteme das Abwassermanagement optimiert wird und der Wasserverbrauch sowie die Gestaltung und der Betrieb der Abwasseraufbereitungsanlage wirtschaftlich vorgenommen werden.
Das Abwasser soll nach Möglichkeit aufgrund der Schwerkraft durch das Drainagesystem zu den verschiedenen Komponenten der Abwasseraufbereitungsanlage gelangen, um das Zwischenschalten von Pumpen und den damit einhergehenden Energieverbrauch zu vermeiden.
Abwasserströme unterscheiden sich stark in Bezug auf die Durchflussraten und verlaufen kontinuierlich oder periodisch. Je nach ihrem Ursprung enthalten die Abwasserströme unterschiedliche Stoffe:
• Feststoffe (z.B. Schwebestoffe)
• Flüssigstoffe (z.B. Öle, Öl-Wasseremulsionen)
• wasserlösliche Stoffe (organische, unorganische).
Die meistens in GFA anzutreffenden Abwasserströme sind folgende:
• Abwasser aus Wasseraufbereitungsanlagen
• Abwasser aus Kühlungskreislaufsystemen
• Abwasser aus anderen Quellen im Dampferzeugungsprozess
• Abwasser aus Abgasreinigungssystemen
• sanitäre Abwässer
3.10.1 Abwasser aus Abwasseraufbereitungsanlagen
Gewöhnlich wird Wasser vorbehandelt, ehe es in verschiedenen Bereichen der GFA verwendet wird. Die durchgeführte Vorbehandlung besteht im Enthärten und Demineralisieren. Diese Vorbehandlung erzeugt gewöhnlich folgende Arten von Abwasser:
Aus Enthärtungsanlagen:
• Sprühwasser aus Bandfiltern (Reinigung von Oberflächenabwässern)
• Filtern von Schlammableitung (ohne chemische Zusatzmittel)
• Filtern von Schlammableitung (nach Flockung und Abscheidung)
• Rückspülwasser aus Sandfiltern.
Das aus verschiedenen Teilen der Enthärtungsanlage stammende Abwasser wird i.d.R. in das Verfahren zurückgeführt.
Aus Demineralisierungsanlagen:
• Ionenaustausch-(Harze)-Regenerierungsabwässer.
3.10.2 Abwasser aus Kühlkreislaufsystemen
Dazu gehört hauptsächlich Abwasser von ausgeblasenen Nass-Kühltürmen und Abwasser von gelegentlich entleerten Kühlturmbecken. Bei Zwangsdurchlauf-Kühlsystemen müssen die Filtersiebspülungen, die Ausgangstemperaturen des Kühlwassers und die Konzentration von Bioziden oder anderen Zusatzstoffen berücksichtigt werden.
Die Emissionen aller Arten von Kühlsystemen, einschließlich der von GFA, in die Umwelt werden ausführlich im BVT-Referenzdokument „Industrielle Kühlsysteme“ (Industrial Cooling Systems) behandelt und gehören nicht zum Umfang dieses BVT-Referenzdokuments über GFA.
3.10.3 Abwasser aus anderen Quellen im Dampferzeugungsprozess
• Abwasser durch Ausblasen von Trommel-Dampferzeugern
• Laborabwasser und Proben
• Abwasser aus Wasser-Dampf-Kreislauf
• Abwasser aus Fernwärmesystemen
• Regenerationsabwässer aus Kondensataufbereitung
• Abwässer aus Asche- und Schlackebehandlungs- und Beseitigungssystemen
• Abwässer aus chemischer Kesselreinigung
• Abwässer aus nasser Kesselkonservierung
• Waschwasser aus Dampferzeugern, Lufterhitzern, Gaserhitzern, Elektrofiltern, DENOX, REA-Anlagen und verschiedenen anderen Anlagen
• ölige Abwässer (Entwässerung von Brennstoffölspeichern und Tagesbehältern, Ablaufwasser aus Aufbereitungssystemen von schwerem Heizöl und/oder Dieselöl, Turbinen- oder Dieselmotorhäusern, Umformerbereichen, usw.).
3.10.4 Abwasser aus Abgas-Reinigungssystemen
Alle Abgas-Nass-Reinigungssysteme erzeugen Abwasser, das aufgrund des benutzten Brennstoffs und der benutzen Materialien neben anderen Komponenten auch Schwermetalle enthalten. Eine der Hauptquellen von Abwasser in diesem Zusammenhang ist der Kalkstein-Nasswäscher, der bei einer Vielzahl von Kraftwerksanlagen zur Entschwefelung von Abgas dient, obgleich es dadurch vermindert werden kann, dass chlorarme Brennstoffe angewandt werden. Das bewirkt einen verminderten Anteil in dem in die Abwasseraufbereitungsanlage gelangenden Spülwasser, wodurch der Schadstoffausstoß ins Wasser vermindert wird. In der wird ein Beispiel eines konventionellen Abwasseraufbereitungssystems dargestellt, es sollte jedoch beachtet werden, dass zahlreiche unterschiedliche Systeme existieren, je nach den unterschiedlichen nationalen Vorschriften und ortsspezifischen Faktoren.
Der pH-Wert des REA-Abwassers muss erhöht werden, damit die Schwermetalle abgeschieden werden. Das wird allgemein entweder durch Anwendung von Kalkmilch oder Natriumhydroxid erreicht, wodurch sich Metalloxide bilden. Durch Hinzufügen von Flockungsmitteln (Eisen(III)-Chlorid) bilden sich Flocken. Der Zusatz von Koagulationsmitteln (Polyelektrolyt), gestattet die Agglomeration von Einzelflocken, so dass sich größere Flocken bilden. Der Schlamm wird danach vorsedimentiert, ausgetragen und entsorgt oder mitverbrannt im Fall von Schmelzfeuerung. Ein Teil des “dünnen” Schlamms wird zum Flockungsstufe rezirkuliert, wo die Schlammpartikel als anfängliche Kristallisationskerne dienen und den Flockungsprozess beschleunigen.
Das aufbereitete Abwasser aus der Vorsedimentationsstufe kann zu einem Prallplatteneindicker zur weiteren Sedimentation transportiert werden. Die schwebenden Mikropartikel setzen sich an den geneigten Prallflächen ab. Der von den Flächen abfallende Schlamm wird im unteren Teil des Prallplatteneindickers gesammelt und kann gleichfalls rezirkuliert werden. Das gereinigte Abwasser wird über den Überlauf des Prallplatteneindickers zum Abfluss befördert, vorausgesetzt dass die vorgeschriebenen Grenzwerte eingehalten werden. Zudem darf der pH-Wert nicht den Bereich zwischen 6 und 9,5 verlassen, da das Wasser ansonsten neutralisiert werden muss. Falls Ammoniak im Abwasser vorhanden ist, wird es zuerst zu einer Ammoniakabstrippanlage befördert, ehe es ins Abflusssystem gelangt. Bei einigen Verfahren, beispielsweise mit einem höheren Hg-Anteil aufgrund der Mitverbrennung von Abfällen, ist es üblich, nach Zugabe von Kalkmilch auch organische Sulfide hinzuzugeben (TMT 15), wodurch Schwermetalle als Sulfide abgeschieden werden. Das zeigt sich wirksamer als die Anwendung von Hydroxid. Der Nachteil besteht darin, dass die Schwermetallsulfide (größere Mengen) entsorgt werden müssen, weil durch das Mitverbrennen dieser Rückstände, Schwefel als Schwefeldioxid freigesetzt und Hg wiederum freigegeben wird.
In verschiedenen Anlagen werden REA-Abwässer unterschiedlich behandelt. Daher verwenden einige Unternehmen beispielsweise Flockungsmittel und Flockungszusätze, andere wiederum setzen nur Flockungshilfsmittel und organische Sulfide ein. Es gibt jedoch auch Betreiber, die Flockungsmittel, Flockungshilfsmittel und organische Sulfide einsetzen.
Abbildung 3.41: REA-Abwasseraufbereitungsanlage [58, Eurelectric, 2001]
FGD waste water: REA-Abwasser;
Dosing of polyelectrolytic solution: Dosierung der polyelektrolytischen Lösung;
Circular concentration basin: ringförmiger
Konzentrationbehälter;
pH correction: pH-Korrektur;
Agitator: Rührgerät;
Pre neutralisation: Vor-Neutralisierung;
Post neutralisation: Nach-Neutralisierung;
Waste water: Abwasser;
Slurry recirculation: Schlammrückführung;
Slurry container: Schlammbehälter
In der Abbildung 3.40 wird eine Aufbereitungsanlage für REA-Abwasser dargestellt. Das REA-Abwasser wird in einem Rührwerk mithilfe der Kalksuspension vorneutralisiert. Der pH-Wert wird weiter erhöht durch zusätzliche Dosierung von Kalksuspension im zweiten Reaktor. Eine anfängliche Flockung und Absetzen von Schwermetallhydroxiden treten im Reaktortank des Konzentrationskreislaufs auf. Eine polyelektrolytische Lösung wird in die Versorgungsleitung zum Konzentrationsreaktortank eingeführt, um Repulsion zwischen den Hydroxidpartikeln zu vermeiden und die Sedimentation zu beschleunigen.
Das aufbereitete Wasser mit einem pH-Wert zwischen 6 und 9 kann von der oberen ruhigen Zone des Reaktortanks im Konzentrationskreislaufs zum Hauptwassereinlass transportiert werden. Falls der pH-Wert über 9 beträgt, wird er mithilfe eines sauren Zusatzstoffs korrigiert, z.B. Salzsäure. Ein Teil des Schlamms, der aus dem Konzentrationstank ausgetragen wird, wird als Kontaktschlamm zur Flockungsunterstützung im ersten Rührwerk verwendet. Dieser Schlamm fungiert als Beschleuniger zum Abscheiden der Hydroxide. Der größte Teil des Schlamms aus dem Rührwerk wird zeitweilig in einem Schlammbehälter zwischengelagert, in einer Filterpresse entwässert und schließlich bis zur Entsorgung in einem Bunker gelagert.
3.10.5 Sanitärabwasser
Dazu gehört jegliches Abwasser aus Toiletten und Kantinen. Der gegenwärtige Anfalls dieses Abwasser wird gewöhnlich auf ungefähr 75 l/Person/Tag veranschlagt. Diese Emissionen sind durch einen hohen organischen Anteil gekennzeichnet.
Es wird festgestellt, dass Abfallöle (Schmieröl oder Arbeiteröl) als Feststoffe betrachtet werden und gewöhnlich separat gesammelt und außerhalb des Standorts durch einen zugelassenen Auftragnehmer für das weitere Management (z.B. Verbrennung, Regenerierung usw.) entsorgt werden.
3.10.6 Techniken zur Abwasseraufbereitung
Um zu entscheiden, welche die besten Abwassermanagement- und -aufbereitungsverfahren für eine spezielle GFA sind, muss eine gründliche Einschätzung des erwarteten Abwasseranfalls vorgenommen werden. Das Abwasser muss in Bezug auf die Art und die Konzentrationen der Schadstoffe und die Art der erwarteten Ströme aus den verschiedenen Quellen bestimmt werden. Danach ist die Entscheidung bezüglich der Konfiguration der am besten geeigneten Abwasseraufbereitungsanlage für jeden speziellen Fall zu treffen.
Das Eliminieren von schädlichen Stoffen aus dem Abwasser vor dem Ablassen in die Umwelt erfolgt durch Anwendung entsprechend kombinierter vielfältiger physikalischer, chemischer und biochemischer Verfahren einschließlich:
• Filtration
• pH-Korrektur/Neutralisation
• Koagulation/Flockung/Abscheidung
• Sedimentation/Filtration/Flotation
• Behandlung mittels gelöster Kohlenwasserstoffe
• Öl-Wasser-Scheidesysteme
• biologische Aufbereitung
Die Auswahl der geeigneten Aufbereitungs- und/oder Managementtechnik hängt von den wichtigsten Qualitätsmerkmalen und der Menge des Abwasser sowie den erforderlichen Qualitätsnormen des Wassers ab, in das die aufbereiteten Abwässer eingeleitet werden.
Daher sind die Abwässer, die große Menge suspendierter Feststoffe enthalten und in festbrennstoffbefeuerten GFA vorkommen (aus Aschebehandlungs- und Beseitigungssystemen, aus Schlackeextraktions- und Beseitigungssystemen, Kessel- und Luftvorwärmerwäschern, offenen Brennstoffspeichern usw.), durchlaufen i.d.R. eine Primärabscheidestufe zum Entfernen schwererer Schwebestoffe. Danach schließt sich Flockung an, mit Koagulator- und organischer Polymerdosierung, unterstützt durch die pH-Werteinstellung, vor dem endgültigen Abscheidungsprozess und der Schlammbeseitigung. Eine endgültige pH-Werteinstellung des behandelten Abwassers kann vor dem Einleiten in das aufnehmende Wasser erforderlich sein.
Saure oder alkalische Abwässer (z.B. aus Ionenaustauschregenerierung, Chemikalien zur Kesselreinigung, Kesselabblasen usw.) müssen vor der Ausleitung neutralisiert werden. Ölhaltige Abwässer von Heizölaufbereitungssystemen, Leckagen oder Entwässerung von Heizölspeicheranlagen, Umwandlungsbereichen usw., können große Anteile von Öl enthalten, das wieder verwendet werden kann.
Darum ist eine primäre Ölabscheidestufe zum Auffangen dieser Öle erforderlich, das gewöhnlich in Schwerkraftabscheidebehältern erfolgt, die mit Ölrückhalteplatten versehen sind.
Das restliche Abwasser, das noch kleine Ölmengen in Form von Öl-Wasser-Emulsion enthalten kann, wird in API- oder Lamellenabscheidern behandelt, die mit Ölskimmern ausgerüstet sind oder Luftflotation anwenden.
Sanitäres Abwasser kann in kommunalen Abwassersystemen, sofern vorhanden, aufbereitet werden.
Anderenfalls kann es entweder in einen septischen Behälter geleitet und mit geringem Personalaufwand behandelt werden oder in einer ortsfesten biologischen Anlage, gewöhnlich zur Aufbereitung im erweiterten Belebtschlammverfahren.
In gewissen Fällen werden bestimmte Abwässer (beispielsweise Kohlenwasserstoff enthaltendes Wasser zur Analyse im Labor), statt zusammen mit anderen Abwässern in der Abfallaufbereitungsanlage der GFA behandelt zu werden, getrennt gesammelt und außerhalb des Anlagenstandorts durch einen berechtigten Auftragnehmer entsorgt. Das Management des Feuerlöschwassers, das nur in Notsituationen entsteht, hängt vom Ort des Brandes ab. Dieses Wasser wird durch die Drainagesysteme je nach Ort des Brandes aufgenommen, in Löschwasserteichen gespeichert und bedarfsweise vor dem Entsorgen behandelt. Abwässer von GFA können entweder separate je nach dem Strom behandelt werden oder mithilfe kombinierter Aufbereitungstechnik. Beispiele dazu werden nachfolgend gegeben.
Dem Problem des Wasser- und Abwassermanagements wird in einer GFA große Bedeutung beigemessen.
Durch optimiertes Rückführen der verschiedenen zwischenzeitlichen Wasseraustragungen in der Anlage kann
eine wesentliche Reduzierung des allgemeinen Wasserverbrauchs erreicht werden sowie Minimierung der Endabwässer, die weiterhin aufbereitet werden müssen.
So ist es beispielsweise in mehreren Fällen möglich, das gesamte Abwasser von verschiedenen Abflusspunkten der GFA aufzufangen und wiederum in das Verfahren (Wäscher) zurückzuführen, wobei praktisch alle REA-Abwässer vermieden werden. Zudem können verschiedene Abwasserströme zum Befeuchten von Flugasche anstelle von Brauch- oder Rohwasser verwendet werden. Reines Abwasser wird i.d.R. nach der Abwasseraufbereitungsanlage in Rückhaltebecken aufgefangen, um Wasser zu den Verbraucherpunkten zu befördern, das der Anforderung an die Wasserqualität entspricht, z.B. Kalksteinschlammaufbereitung für die REA oder zur Stabilisierung des Gemischs aus REA-Gips und Flugasche vor der Entsorgung in einer Deponie.
3.10.7 Sonstige Abwässer
Oberflächenabfluss entsteht durch die Verschmutzung von Regenwasser, das von Gebäudedächern, gepflasterten Bereichen und Brennstoffspeichern (z.B. Kohlehaufen) fließt. Verschmutzung von Regenwasser entsteht, wenn Materialien wie z.B. Staub (Kohlepartikel) von Brennstoffspeichern, Oberflächenablagerungen usw. oder Öle in das Drainagesystem gespült werden. Die Verschmutzung des Oberflächenabfluss kann verhindert bzw. minimiert werden durch Anwendung von Sedimentationsbassins, ordnungsgemäßer Verfahren beim Lagern von Brennstoffen und anderer Rohmaterialien sowie durch gute Wartung und Reinigung der gesamten Anlage.
Oberflächenabfluss kann getrennt aufgefangen werden. Nach einem Sedimentationsschritt oder chemischer Behandlung kann es für andere Zwecke im Produktionsprozess wieder verwendet werden, beispielsweise zum Wassersprühen um zu verhindern, dass sich Staub von gelagerten Festbrennstoffen bildet.
Bei Feuerungsanlagen gibt es viele andere Quellen von Abwasser. Beispiele dazu sind: Abflüsse von Reinigungsstationen für Tankwagen (z.B. Torf transportierende Lkw) und anderes Rohmaterial; Dichtwasser von Pumpen, allgemeine Operationen, einschließlich der Reinigung von Anlagen, Fußböden usw. Diese Abwässer werden gewöhnlich gesammelt und aufbereitet. Wasser vom Sanitärsystem wird gewöhnlich in das öffentliche Abwassersystem abgeführt.
Um die Konzentration von Wasserverunreinigungen zu vermindern, können End-of-pipe-Techniken wie beispielsweise Neutralisation, Flockung, Sedimentation und Filtration verwendet werden. Dieser Techniken werden i.d.R. gemeinsam in einer am Ende oder in zentraler Position befindlichen Abwasseraufbereitungsanlage vor Ort benutzt.