물 상:제프리 에너지 센터의 건설 습지 처리 시스템

파워의 첫 번째 물 상 일반적인 문제에 대 한 혁신적인 솔루션을 개발 하는 공장에 간다:연도 가스 탈황 폐수의 경제적이 고 환경 책임 처리.

PWR_080114_WaterAward_Splash

미국 석탄 발전소는 점점 더 많은 수의 엄격한 환경 규제를 준수해야 한다는 사실을 알게 되고 있으며,어느 산업에서도 추가적인 규제 부담을 기대하는 사람은 없지만,새로운 규칙은 예상치 못한 이점을 초래하는 친숙한 프로세스에 대한 새로운 생각을 불러일으킬 수 있습니다. 웨스터에너지의 업그레이드된 배연 탈황 시스템에서 폐수 처리에 대한 접근 방식은 완벽한 예입니다.

캔자스 석탄 왕

웨스트 에너지(웨스트)는 동부와 동부 중앙 캔자스에서 거의 700,000 고객에게 서비스를 제공하는 투자자 소유의 유틸리티이며 주에서 가장 큰 에너지 공급 업체입니다. 석탄,천연 가스,원자력,매립 가스 및 풍력 발전 시설에서 전력을 소유하거나 구매합니다. 제프리 에너지 센터는 함대의 4 개 석탄 화력 발전소 중 하나이며,나머지는 라씨네,로렌스,투쿰세이다.

요건 근처에 위치한 세인트 마리아의 북동부에,캔자스 시티에 의해 소유되 Westar(92%)및 Great Plains Inc. (8%). 1 호기는 1978 년에,2 호기는 1980 년에,3 호기는 1983 년에 가동되었다. 식물은 낮 황 석탄을 점화하고 올해의 그 그룹의 식물로 2003 년에 분말 강 유역 석탄 사용자 그룹에 의해 인식되었습니다.

1,857 백만와트에서,젝은 캔자스에서 가장 큰 발전소입니다(그림 1). 많은 석탄 발전소와 마찬가지로 연방 및 주 규정을 준수하기 위해 수년 동안 환경 시스템을 업그레이드해야했습니다. 젝은 또한 시간이 지남에 따라 새로운 에너지 관련 문제가 사회의 우려 목록의 맨 위로 이동하는 방법의 예입니다.

PWR_080114_WaterAward_Fig1

1. 틀에 얽매이지 않는 식물 시설 2013 년 6 월에 찍은이 사진은 건설 된 습지(개발 중)가 제프리 에너지 센터의 3 개 유닛에 근접한 것을 보여줍니다. 완성된 습지는 현재 1,857 메가와트 플랜트의 수세미에서 나오는 폐수의 100%를 경제적이고 환경 친화적인 방식으로 처리합니다. 의례: 웨스타 에너지

새로 건설된 습지시스템의 프로파일에서 웨스타는 1 부대의 봉헌에서 당시 부통령인 월터 몬데일이 미래의 에너지 파동을 나타내는 것으로 지적했다고 지적한다. 당시,석유 화력 발전에서 이동—많은 식물이 수입 석유에 의존 할 때-국내 석탄으로 볼 수 있었다,그리고,주요 개선했다.

우리의 현재 에너지 및 환경 상황에 빨리 감기:웨스터 노트로,석탄”이제 종종 마지 못해 우리의 에너지 포트폴리오의 필요한 부분으로 받아 들여진다. 정치적 풍경은 여전히 석탄의 사용을 축하 몇 가지를 포함하는 동안,더 중요하다,기회가 주어진다면 대부분은 입장을 피하기. 실제로 미국이 저렴하고 신뢰할 수있는 전기를 유지한다면 석탄은 필요한 요소입니다. 비용,환경 영향 및 운영 효율성의 균형을 맞추는 것이 우리의 임무입니다. 종종 그 균형은 혁신과 파트너십을 필요로합니다. 젭 습지는 둘 다의 이야기 이다.”

웨스타는 원래 비용의 거의 25%가 저 유황 석탄을 독점적으로 태우는 것을 포함하여 대기 질 관리 조치에 소비되었다고 말한다. 가장 최근의 환경 업그레이드 중 하나는 세 가지 단위 모두에서 시스템을 재구성하고 업그레이드하는 것이 었습니다.

원래 스크러버는 이산화황 배출량의 60%를 제거하도록 설계되었습니다. 새로운 석회석 슬러리 스크러버는 2 의 95%를 제거하도록 설계되었습니다. 2007 년 3 분기에 시작하여 2009 년 2 분기에 완료되었습니다. 세 가지 업그레이드 된 스크러버 모두 서비스 중이며 배출 속도 기대치를 충족하거나 초과하고 있습니다. 웨스타는 이 새로운 시스템이 소 2 의 배출량을 97%감축할 것이라고 말했습니다. (공동 이익 수은 배출량은 최소 25%감소했으며 미립자 물질은 최소 20%감소했습니다.)

새로운 스크러빙 시스템을 설치하면 주 물 분해 방지 표준이 트리거되었습니다. 이러한 요구 사항으로 인해 폐수에 대한 새로운 물 제어 기술의 평가 및 설치가 필요했습니다. 새로운 시스템을 설치하기 전에 웨스타는 슬러리를 탈수하고,석고를 매립하고,수은 제거를위한 정화 및 처리 후 물기를 잃어버린 크릭으로 배출했습니다.

황산염,셀레늄,수은 및 비소를 포함하는 성분에 대한 평가 및 처리가 필요하였다. 2015 년 11 월 15 일,미국 캘리포니아주 사우스캐롤라이나 주 사우스캐롤라이나 주 사우스캐롤라이나 주 사우스캐롤라이나 주 사우스캐롤라이나 주 사우스캐롤라이나 주 사우스캐롤라이나 주 사우스캐롤라이나 주 사우스캐롤라이나 주 사우스캐롤라이나 주 사우스캐롤라이나 주

웨스터 엔지니어들은 폐수를 처리하는 비용 효율적인 방법을 모색하면서 생물학과 화학을 결합시키는 접근법,즉 건설 된 습지 처리 시스템에 정착했다.

최적의 착용감 찾기

웨스타의 환경 및 엔지니어링 직원이 화상&맥도넬의 도움으로 방전을 효과적으로 치료할 수있는 여러 가지 혁신적인 방법을 연구했습니다.:

  • 지하 깊은 우물 주입.
  • 낙하 필름 증발기 및 결정기를 통한 공정.
  • 역삼투 및 결정기를 통한 공정.
  • 낙막 증발기를 이용한 공정,염수를 사용하여 현장 매립지에서 처리 할 플라이 애쉬를 조절합니다.
  • 황산염 침전 및 폐수 처리,물 유출 물을 재사용하기 위해 공장으로 되돌려 보낸다.

웨스타는 가장 친환경적이고 비용이 적게 드는 솔루션으로 배출물을 처리하고자 했다. 분석 최저 비용 대안 황산염 침전 전처리(표 1)와 결합 된 건설된 습지를 보였다.

PWR_080114_WaterAward_Table1

표 1. 치료 옵션. 기술적으로 실행 가능한 대안의 추정 된 15 년 순 현재 가치 비용의 평가는 건설 된 습지 처리 시스템이 최선의 선택임을 보여주었습니다. 이 공정에서 폐수는 먼저 전통적인 폐수 처리장에서 처리되어 황산염을 제거합니다. 그런 다음 설계 및 금속의 제거를 대상으로 한 습지 공정에 도입 될 것이다. 우려 성분에 대해 효과적으로 처리 된 습지 배출은 재사용을 위해 공장으로 반환 될 수 있습니다.

이 솔루션은 가장 저렴하고 환경 친화적 인 솔루션 이었지만 건설 된 습지 시스템은 본 응용 분야에서 활용 된 적이 없으며 테스트되지 않았습니다.

웨스타는 자연 습지에서 발생하는 생물학적 과정을 모방하는 파일럿 시스템을 개발함으로써 본격적인 시스템 구축을 목표로 시작했다.

환경단체 입주

환경단체 입주 약 7,700 에이커의 총 10,500 에이커는 곡물 또는 건초 생산을 위해 임대되며 거의 모든 면적은 공공 낚시,사냥 및 하이킹을 위해 열려 있습니다. 캔자스 강에서 펌핑 물보다 더 포함하는 두 개의 호수를 채 웁니다 600 식물 메이크업 물 에이커. 이 따뜻한 개월 동안 국가의 최고의 낚시의 일부를 제공하고,더 큰 호수는 겨울에 물새 사냥을 제공합니다. 호수와 접근 가능한 물새 장님의 장애인 접근 가능한 부두는이 지역을 장애인 오리와 거위 사냥꾼에게 매력적으로 만듭니다.

또한 오레곤 트레일 자연 공원은 캔자스의 자연 생태계를 보여주기 위해 오레곤 트레일 근처의 식물 부지에 공공 용도로 건설되었습니다. 여기에는 두 개의 연못,세 개의 자연 산책로,쉼터 하우스 및 피크닉 장소가 포함됩니다.

유틸리티가 건설 된 습지 프로젝트에 대해 진지하게 생각하기 전에,그것은 지역 시에라 클럽 장과 캔자스 리버 키퍼 인 카우의 친구들 회원들에게 연락했다. 그 목적은 실험 파일럿 단계를 위해 일시적으로 방전을 수정할 수 있는 권한을 요청하기 전에 이들을 참여시키고 교육시키는 것이었다. 웨스트는 전국적으로 활동하는 조직의 이러한 지역 장 캔자스 강 물 품질에 상당한 관심을 가지고 있다고 지적,그들의 지원은 프로젝트의 승인에 필수적이었다.

Westar 호스팅 교육을 위해 여행한 그룹 결과에 대한 지원이 처리 접근 방식으로 가장 환경 친화적인 소리입니다. 이 유틸리티는 또한 실험 전반에 걸쳐 시험 결과에 대한 그룹을 업데이트했습니다. 이러한 환경단체들의 지지를 이미 얻었을 때,선택된 접근법이 적절하다는 것을 입증하는 데 도움이 되었다.

파일럿 단계

2010 년 12 월에 약 10%의 폐수를 처리하도록 설계된 2 에이커 규모의 파일럿 습지 시스템이 설치되었습니다. 그것은 세 가지 세포 유형을 포함:자유 물 표면 세포,식생 침수 침대 세포,수직 흐름 침대 세포(그림 2). 로 서는 차이점을 설명:

PWR_080114_WaterAward_Fig2

2. 파일럿 단계. 파일럿 습지 시스템은 2010 년 12 월에 설치되었으며 자유 물 표면 세포,식생 침수 침대 세포 및 수직 흐름 침대 세포의 세 가지 세포 유형(왼쪽에서 오른쪽)을 포함했습니다. 의례: 웨스터 에너지

  • 무료 물 표면 세포 얕은 물 깊이 및 붕,구근,물 백합,및 화살촉 등 수생 종의 조합으로 영구적으로 침수 습지와 유사한 방식으로 작동 합니다.
  • 식생 물속에 잠긴 침대 세포는 높은 지하수 수준 및 스위치 잔디,내륙 소금 잔디 및 사초와 같은 식물 종을 가진 완전히 포화 된 습지와 유사하게 기능합니다.
  • 수직 흐름 침대 세포는 들어오는 물이 세포 표면에 고르게 도포되어 수평 흐름 대신 수직 침투를 허용한다는 점을 제외하고는 식생 물속에 잠긴 침대 세포와 유사합니다.

물 두 병렬 기차를 통해 직렬로 동일한 크기 셀을 통해 전송,개별 효과 대 한 각 셀을 모니터링할 수 있도록. 광범위한 표적 성분을 가진 웨스타는 본격적인 시스템을 설계하기 위해 각 세포의 강점과 약점을 이해해야 했다.

파일럿 세포는 2010 년 여름에 건설되었으며,습지 식물 플러그는 11 월에 이식되었으며,이 유틸리티는 2011 년 봄에 치료 혜택을 볼 것으로 예상됩니다. 그러나 모니터링은 식물 뿌리 영역과 토양 층(수직 흐름 침대 세포)을 통해 흐름을 수직으로 이동하도록 설계된 세포에서 가장 주목할만한 금속 제거를 보여주었습니다.

봄에 성분 제거가 계속되었고,식물은”2011 년 여름까지 습지 표면적을 채우기 위해 폭발했다”고 웨스터 보고서에 따르면. 각종 세포 디자인을 위한 제거 비율은 그밖 처리를 위해 그들과 비교되었습니다. 캔자스 주립 대학의 교수와 학생들은 유틸리티가 캡처 메커니즘과 크기를 이해하는 데 도움이 모두 현장 및 실험실 작업을했다.

전반적으로,19 물 품질 성분 셀레늄,수은,불 소,질 산,및 우려의 구성 요소는 아 질산염을 포함 하 여 파일럿 습지 프로젝트를 통해 효과적으로 처리 된 것으로 나타났습니다. 효과적으로 처리되지 우려의 유일한 성분은 염화물과 황산염이었다. 염화물 수준은 습지에 의해 황산염 제거의 부족을 극복 할 표적으로 한 황산염 강수 과정과 습지를 한 쌍이 되는 동안 처리가 반드시 요구되지 않는다 충분히 역사적으로 낮았다.맥도넬은 최종 처리 옵션을 평가하고 본격적인 습지와 일부 추가 화학적 염 제거가 결합 된 것이 가장 경제적이고 환경 적으로 양성적인 접근법을 제시했다고 결론 지었다. 이 계획은 2012 년 여름에 승인되었습니다.

본격적인 전방

2012 년 중반,웨스타는 본격적인 습지를 진행하기로 결정했다. 2013 을 통해 파일럿 프로젝트는 본격적인 24 에이커 규모의 건설 습지의 설계 및 건설을 주도 시험장이었다. 2014 년 7 월에 완료된 본격적인 프로젝트는 현재 현장 수세미 폐수 배출량의 100%를 처리합니다(그림 3 및 4).

PWR_080114_WaterAward_Fig3

3. 건설 중. 이 사진은 건설중인 본격적인 습지의 세포 중 하나를 보여줍니다. 셀은 점토와 고밀도 폴 리 에틸렌 유연한 멤브레인 라이너로 구성 된 복합 라이너 줄지어 있다. 제공:웨 스타 에너지

PWR_080114_WaterAward_Fig4

4. 번성 습지. 공장에서 배연 탈황 시스템에서 파이프 물 표면 아래에서 습지 세포를 입력합니다. 광범위한 파일럿 연구는 두 개의 평행 한 수직 흐름 세포(19.2 에이커 결합)로 구성된 최적화 된 본격적인 설계로 이어졌으며 두 개의 평행 한 식물 침수 세포(4.5 에이커 결합)가 연속적으로 이어졌습니다. 이러한 셀 유형 대상 성분의 광범위 한 기반 제거에 가장 효과적인 입증.

파일럿 시스템에 대한 테스트 결과,수직 유동 세포의 토양 내에 성분이 갇혀 있으며 습지의 크기는 토양 질량 당 저장할 수있는 제거 된 성분의 양을 기준으로합니다. 세포가 더 이상 성분을 제거하고 포함 할 수 없으면 토양을 제거하고 매립 할 수 있습니다. 각 세포가 합성으로 일렬로 세워지기 때문에,그 자리에 마감은 또한 선택권입니다.

본격적인 습지는 한 가지 중요한 예외를 제외하고 자연을 모방하도록 설계되었습니다.

수직 유동 세포가 우려되는 성분을 포획하는 데 탁월한 것으로 판명되었지만,표면에서의 농도는 습지에 끌리는 무수한 야생 동물 종에 대한 노출 문제를 제기했다. 웨스터 어는 포획 된 성분이 야생 동물의 움직임을 통해 습지에서 멀리 이동 될 수 있다고 우려했다.

표면에서의 높은 농도는 또한 식물과 상부 토양층의 더 빈번한 제거 및 교체를 필요로 할 것이다. 물 세포 사이 펌핑 될 것 이었기 때문에,번즈&맥도넬 컨설턴트는 세포의 바닥에서 충전하고”바닥까지”접근을위한 표면에 처리 된 물 수집을 제안했다. 이 몇 피트 표면 아래 성분을 집중 야생 동물을 보호하고,크게 유지 보수를 줄임으로써 두 문제를 해결했다.

야생 동물에 대한 부정적인 영향을 피하는 것은 그 지역의 흔하지 않은 종뿐만 아니라 일반적인 종의 농도가 높기 때문에 우려였다. 멸종 위기에 처한 최소 제비 갈매기는 습지 근처에 큰 둥지 식민지를 가지고 있으며,젝은 7,000 에이커 이상의 낚시와 사냥을 위해 대중에게 공개되어 있으며 캔자스 야생 동물,공원 및 관광학과 협력 적으로 관리됩니다.

유틸리티에 의해 생성 된 시스템에 대한 비디오에서,앤디 에반스,공장 지원 및 엔지니어링의 웨스터 관리자,”자연과 엔지니어링.”브래드 러브리스,환경 서비스의 전무 이사,습지는”수천 년 동안 계속 된 자연의 기능에 의존한다고 설명합니다.”

여러 혜택

웨스트는 대안과 비교할 때 여러 혜택을 제공한다는 것을 발견했습니다.

자연적인”녹색”해결책. 본격적인 습지는 자연적으로 발생하는 토양,식물 재료 및 토양 미생물을 사용합니다. 습지는 태양으로부터 에너지를 포착하고 대기로부터 이산화탄소를 제거합니다. 통제 된 토양 수분 조건 하에서,각 습지 세포는 토양 미생물과 식물 뿌리의 상호 관계를 강화하여 화학적으로 처리,흡수 및 유기물 및 수세미 폐수 유출 물에서 발견되는 금속을 격리하는 시스템의 고유 한 능력을 증가시키고 극대화 할 수 있습니다.

에너지 절약. 본격적인 습지는 제로 액체 배출 또는 깊은 우물 주입과 같은 다른 옵션과 비교할 때 에너지 사용량을 크게 절약합니다. 장비 및 프로세스에 소비되는 에너지가 적다는 것은 고객이 더 많은 에너지를 사용할 수 있음을 의미합니다. 예를 들어,습지는 떨어지는 필름 증발기에 필요한 연간 에너지 비용의 5%미만을 나타냅니다.

지속 가능한 솔루션. 건설 된 습지 시스템은 일반적으로 기계 처리 시스템(즉,모든 현장에 적합하지는 않음)과 식물,뿌리 및 토양 미생물의 개발을위한 성장 기간보다 더 많은 면적을 필요로합니다. 그러나 일단 그들이 완전히 기능하게되면,건설 된 습지는”수동적”이고 오래 지속되는 지속 가능한 처리 시스템으로 설계되었습니다. 그들은 기계적인 처리와 비교된 약간의 에너지 및 정비를 요구하고 운영하고 유지하기 경제적입니다.

사회적 해결책. 많은 중요한 이해 관계자들이 습지와 그들이 사회에 제공하는 독특한 기능과 가치를 선호하는 것으로 나타났습니다. 예를 들어,습지는 시내,강,연못 및 호수를 깨끗하게 유지하는 데 도움이되는 생물학적 필터로 사용됩니다. 그들은 또한 다양한 야생 동물을위한 귀중한 서식지를 제공합니다.

물 절약. 습지는 처리 된 물 공장에서 재사용을 위해 매립지 수 있습니다. (물 가용성 제약에 직면 한 전 세계 발전소의 수가 증가함에 따라 이는 고려할만한 해결책이 될 수 있습니다.)

유리한 경제. 습지 처리 시스템은 대체 제로 액체 배출 처리에 비해 15 년 동안 4 천만 달러의 순 현재 가치 혜택을 초래할 것으로 예상됩니다. 이 비용 절감은 웨스터 낮은 요금을 통해 고객에게 혜택을 말한다 자본 및 운영 비용 절감을 모두 포함한다.

미래 시스템을 위한 모델

웨스타는 이미 다양한 산업 기술 프리젠테이션과 관심 있는 유틸리티에 대한 현장 견학을 통해 개발 과제와 성공을 공유했다. 그것은 다른 대안 보다는 개량한 성과 그리고 현저하게 저가를 둘 다 제안하는 기업의 나머지를 양자택일 물 처리 과정의 모형을 제공하기 위하여 이렇게 합니다. 이 두 측정 항목은 화석 발생 장치에 점점 더 중요합니다.사이트 특정 요인은 항상 대체 치료 방법의 생존 능력에 역할을하지만,웨스터,결론은 분명하다:전체 규모의 습지 시스템과 황산염 제거의 총로드 비용은$36.2 백만이었다.

에디슨전기연구소는 6 월에 매년 에디슨 상을 수여함으로써 이 프로젝트의 중요성을 인식했다. 전원은 우리의 첫 번째 물 수상 웨스터 및 직원에 대한 축하의 합창에 가입하는 것을 자랑스럽게 생각합니다! 혁신적인 사고,희생이 없는 디자인,효과적인 이해관계자 커뮤니케이션 및 시기 적절한 구현에 대한 명성. ■

—Gail Reitenbach,박사 과정은 힘의 편집기(@GailReit,@POWERmagazine).