VANNPRIS: Jeffrey Energy Centers Konstruerte Våtmarksbehandlingssystem

POWERS første Vannpris går til et anlegg som utviklet en innovativ løsning på et vanlig problem: økonomisk og miljømessig ansvarlig avhending av røykgassavsvovling avløpsvann.

PWR_080114_WaterAward_Splash

USA. kullkraftverk finner at de må overholde et økende antall strenge miljøregler, og mens ingen i noen bransje ser frem til ytterligere regulatoriske byrder, kan nye regler gi ny tenkning om kjente prosesser som resulterer i uventede fordeler. Westar Energys tilnærming til håndtering av avløpsvann fra sitt oppgraderte røykgassavsvovlingssystem (FGD) er et perfekt eksempel.

En Kansas Kull Konge

Westar Energy (Westar) er en investor-eide verktøyet betjener nesten 700.000 kunder i øst Og øst-sentrale Kansas og er den største energileverandøren i staten. Den eier eller kjøper kraft fra kull, naturgass, atomkraft, deponigass og vindgenereringsanlegg. Westars Jeffrey Energy Center (JEC) er en av flåtens fire kullkraftverk; De andre Er LaCyne, Lawrence og Tucumseh.

JEC, som ligger nær St. Mary ‘ s, i nordøst Kansas, eies Av Westar (92%) Og Great Plains Inc. (8%). Enhet 1 ble satt i drift i 1978, Enhet 2 i 1980 og Enhet 3 i 1983. Anlegget brenner kull med lavt svovel og ble anerkjent Av Powder River Basin Coal Users ‘ Group i 2003 som den gruppens Plant Of The Year.

Store Ideer Fra Et Stort Anlegg

PÅ 1857 MW ER JEC Det største kraftverket I Kansas (Figur 1). MED stor størrelse kommer stor gransking, OG JEC, som mange kullkraftverk, har måttet oppgradere sine miljøsystemer gjennom årene for å overholde føderale og statlige forskrifter. JEC er også et eksempel på hvordan nye energirelaterte problemer over tid går til toppen av listen over samfunnets bekymringer.

PWR_080114_WaterAward_Fig1

1. Et ukonvensjonelt anlegg dette bildet, tatt juni 2013, viser nærheten til det konstruerte våtmarket (under utvikling) til tre-enheten Jeffrey Energy Center. Det ferdige våtmarket behandler nå 100% av avløpsvannet fra 1857 MW-anleggets skrubbere på en økonomisk og miljøvennlig måte. Høflighet: Westar Energy

I en profil av det nye konstruerte våtmarkssystemet, bemerker Westar at ved innvielsen Av Enhet 1 pekte Daværende Visepresident Walter Mondale PÅ JEC som representerer fremtidens energibølge. På den tiden ble skifte fra oljefyrt generasjon – da mange planter stod på importert olje – til innenlands kull sett på som, og var, en stor forbedring.

Spol frem til vår nåværende energi-og miljøsituasjon: Som Westar bemerker, er kull » nå ofte begrudgingly akseptert som en nødvendig del av vår energiportefølje. Mens det politiske landskapet fortsatt inneholder noen som feirer bruken av kull, er flere kritiske, og flertallet unngår en holdning hvis de får muligheten. I virkeligheten, Hvis Amerika skal beholde rimelig, pålitelig elektrisitet, er kull et nødvendig element. Det er vår jobb å balansere kostnadene, miljøpåvirkningen og driftseffektiviteten. Ofte krever denne balansen innovasjon og partnerskap. THE JEC wetlands er en historie om begge.»

Westar sier at nesten 25% av DEN opprinnelige KOSTNADEN FOR JEC ble brukt på luftkvalitetskontrolltiltak, inkludert brenning av lavt svovelkull utelukkende. Blant de nyeste miljøoppgraderingene var ombygging og oppgradering AV FGD-systemene på alle tre enhetene.

de opprinnelige skrubberne ble designet for å fjerne 60% av svoveldioksid (SO2) utslipp. De nye kalkstein slurry scrubbere ble designet for å fjerne 95% AV SO2. Arbeidet med prosjektet (AV URS, Med Burns & McDonnell som eieringeniør/byggeledelse) begynte i tredje kvartal 2007 og ble ferdigstilt i andre kvartal 2009. Alle tre oppgraderte scrubbere er i drift og oppfyller eller overgår forventningene til utslippsraten. Westar sier det nye systemet leverer en 97% reduksjon I so2-utslipp. (Co-benefit kvikksølvutslipp ble redusert med minst 25%, og partikler ble redusert med minst 20%.)

Installasjon av det nye skrubbesystemet utløste state water antidegradation standard. Dette kravet drev behovet for evaluering og installasjon av nye vannkontrollteknologier for FGD-avløpsvannet. Før installasjonen av det nye systemet, Westar hadde blitt avvanning slurry, deponi gips, og utslipp av vann Til Lost Creek etter avklaring og behandling for kvikksølvfjerning.

FGD-systemutladningen krevde evaluering og behandling av bestanddeler som inkluderer sulfat, selen, kvikksølv og arsen. Westar samarbeidet med Kansas Department Of Health And Environment (KDHE) for å etablere en avtale som midlertidig tillot skrubbervannet å slippe ut Til Lost Creek mens Westar undersøkte potensielle metoder for behandling.

Da Westar-ingeniører så etter en kostnadseffektiv måte å håndtere avløpsvannet på, slo De seg på en tilnærming som gifter seg med biologi og kjemi: et konstruert våtmarksbehandlingssystem (CWTS).

Finne Den Beste Passformen

Før Westars miljø-og ingeniørpersonell bestemte SEG FOR CWTS, ved Hjelp Av Brannsår & McDonnell, forsket De på en rekke innovative måter å effektivt behandle utslippet:

  • Underjordisk dyp brønninjeksjon.
  • Prosess gjennom fallende film fordampere og krystallisator.
  • Prosess gjennom omvendt osmose og krystallisator.
  • Prosess med fallende film fordampere, ved hjelp av saltlake til tilstand flyveaske for deponering i et deponi på stedet.
  • Behandling med sulfatutfelling og CWTS, med avløpsvann sendt tilbake til anlegget for gjenbruk.

Westar ønsket å behandle utslippet med den mest miljøvennlige og minst kostbare løsningen. Analyse viste at det laveste kostalternativet var et konstruert våtmark parret med sulfatutfelling forbehandling (Tabell 1).

PWR_080114_WaterAward_Table1

Tabell 1. Behandlingstilbud. Evaluering av de estimerte 15-årige netto nåverdikostnadene for teknisk levedyktige alternativer viste at et konstruert våtmarksbehandlingssystem (CWTS) var det beste alternativet. Kilde: Westar Energy

i den valgte prosessen vil fgd-avløpsvannet først bli behandlet i et tradisjonelt renseanlegg for å fjerne sulfat. Da ville det bli introdusert i våtmarksprosessen som ble konstruert og målrettet for fjerning av metaller. Våtmarksutladningen, som har blitt effektivt behandlet for bestanddeler av bekymring, kan deretter returneres til anlegget for gjenbruk.

selv om dette var den minst kostbare og mest miljøvennlige løsningen, hadde et konstruert våtmarkssystem aldri blitt brukt i denne applikasjonen og ble ikke testet.

Westar begynte med å utvikle et pilotsystem for å etterligne biologiske prosesser som forekommer i naturlige våtmarker, med det endelige målet om å distribuere et fullskala system.

Å Få Miljøgrupper om Bord

JEC-området har lenge vært spesielt for både dyreliv og mennesker. Omtrent 7,700 dekar AV JEC totale 10,500 dekar er utleid for korn eller høy produksjon, og nesten alle som areal er åpen for offentlig fiske, jakt og fotturer. Vann pumpet fra Kansas River fyller to innsjøer som omfatter mer enn 600 dekar for plantemake-up vann. Disse gir noen av statens beste fiske i varme måneder, og den større innsjøen tilbyr vannfugljakt om vinteren. Handikappede dokker ved begge innsjøene og en tilgjengelig vannfuglblind gjør området attraktivt for handikappede and-og gåsjegere.

I Tillegg Ble Oregon Trail Nature Park bygget for offentlig bruk på anlegget i Nærheten Av Oregon Trail for å vise Frem De naturlige økosystemene I Kansas. Det inkluderer to dammer, tre naturstier, et ly hus, og rasteplasser.

Før verktøyet ble seriøst om constructed wetlands project, kontaktet det lokale Sierra Club-kapittelet og medlemmer Av Friends Of The Kaw, Kansas Riverkeeper. Hensikten var å engasjere og utdanne dem før de ba OM tillatelse fra KDHE til å endre sine utslipp midlertidig for eksperimentell pilotfase. Westar bemerker at disse lokale kapitlene i nasjonalt aktive organisasjoner har betydelig interesse For Kansas River vannkvalitet, og deres støtte var avgjørende for prosjektets godkjenning.

Westar arrangerte pedagogiske turer for gruppene, noe som resulterte i deres støtte til denne behandlingsmetoden som den mest miljøvennlige. Verktøyet oppdaterte også gruppene på prøveresultater gjennom hele forsøket. Når Westar nærmet KDHE, har allerede fått støtte fra disse miljøgruppene bidratt til å demonstrere at den valgte tilnærmingen var hensiktsmessig.

Pilotfase

det to mål store pilot våtmarkssystemet, designet for å behandle omtrent 10% AV FGD-avløpsvannet, ble installert i desember 2010. Det inkluderte tre celletyper: frie vannoverflateceller, vegeterte nedsenkede sengeceller og vertikale strømnings sengeceller (Figur 2). Som Westar beskriver forskjellene:

PWR_080114_WaterAward_Fig2

2. Pilotfasen. Pilot våtmarkssystemet ble installert i desember 2010 og inkluderte tre celletyper (venstre til høyre): frie vannoverflateceller, vegeterte nedsenkede sengeceller og vertikale strømnings sengeceller. Høflighet: Westar Energy

  • frie vannoverflateceller fungerer på en måte som ligner på en permanent oversvømmet myr, med grunne vanndybder og en kombinasjon av akvatiske arter som cattail, bulrush, vannlilje og pilspiss.
  • Vegeterte nedsenkede sengeceller fungerer på samme måte som en fullstendig mettet myr med høyt grunnvannsnivå og plantearter som bryter gress, innlands saltgress og sedger.
  • Vertikale strømnings sengeceller ligner vegeterte nedsenkede sengeceller, bortsett fra at innkommende vann påføres jevnt over overflaten av cellen, slik at vertikal infiltrasjon i stedet for horisontal strømning.

Vann ble overført gjennom like store celler i serie gjennom to parallelle tog, slik at hver celle kunne overvåkes for individuell effektivitet. Med et bredt spekter av målbestanddeler trengte Westar å forstå hver celles styrker og svakheter for å designe et fullskala system.

pilotcellene ble bygget sommeren 2010, våtmarksvegetasjonsplugger ble transplantert i November, og verktøyet forventes å begynne å se behandlingsfordeler våren 2011. Imidlertid viste overvåking fjerning av metaller med en gang, særlig i de cellene som er utformet for å bevege strømmer vertikalt gjennom plantens rotsoner og jordlag (de vertikale strømningsflatene).

Konstituerende fjerning fortsatte om våren ,og plantene «eksploderte for å fylle våtmarksområdet innen sommeren 2011,» ifølge En Westar-rapport. Fjerning priser for de ulike celle design ble sammenlignet med de for andre behandlinger. Kansas State University fakultet og studenter gjorde både felt-og laboratoriearbeid for å hjelpe verktøyet til å forstå fangstmekanismer og størrelser.

Totalt ble 19 vannkvalitetskomponenter vist å ha blitt effektivt behandlet gjennom pilot wetland project, inkludert selen, kvikksølv, fluor, nitrat og nitritt, som er bestanddeler av bekymring. De eneste bestanddelene som ikke ble behandlet effektivt var klorid og sulfat. Kloridnivåene var historisk lave nok til at behandling ikke nødvendigvis er nødvendig, mens sammenkobling av våtmarker med en målrettet sulfatutfallsprosess ville overvinne mangelen på sulfatfjerning av våtmarkene.

Westar Og Burns & McDonnell evaluerte endelige behandlingsalternativer og konkluderte med at fullskala våtmarker kombinert med noen ekstra kjemisk fjerning av salter presenterte den mest økonomiske og miljømessige gunstige tilnærmingen. KDHE godkjente denne planen sommeren 2012.

Fullskala Fremover

I midten av 2012 bestemte Westar seg for å fortsette med fullskala våtmarker. Gjennom 2013 pilotprosjektet var testarena som førte til design og bygging av fullskala, 24-acre konstruert våtmarker. Det fullskala prosjektet, fullført juli 2014, behandler nå 100% av områdets avløpsvannutslipp (Figur 3 og 4).

PWR_080114_WaterAward_Fig3

3. Under konstruksjon. Dette bildet viser en av cellene i fullskala våtmark under bygging. Cellene er foret med en komposittforing bestående av leire og HDPE fleksibel membranforing. Regissør: Westar Energy

PWR_080114_WaterAward_Fig4

4. Blomstrende våtmark. Vann som røres fra røykgassavsvovlingssystemet på anlegget, kommer inn i våtmarkscellene fra under overflaten. Courtesy: Westar Energy

den omfattende pilotforskningen førte til en optimalisert fullskala design bestående av to parallelle vertikale strømningsceller (19.2 dekar kombinert) etterfulgt i serie av to parallelle vegetative nedsenkede celler (4.5 dekar kombinert). Disse celletyper viste seg å være mest effektive ved bred fjerning av målbestanddeler.

Testing på pilotsystemet viste at bestanddelene er fanget i jorda av de vertikale strømningscellene, og dimensjonering av våtmarket er basert på mengden fjernede bestanddeler som kan lagres per masse jord. Når en celle ikke lenger er i stand til å fjerne og inneholde bestanddelene, kan jorda fjernes og deponeres. Som hver celle er syntetisk foret, lukking på plass er også et alternativ.

den fullskala våtmark ble designet for å etterligne naturen med ett betydelig unntak.

mens de vertikale strømningscellene viste seg å være eksepsjonelle ved å fange bestanddeler av bekymring, reiste konsentrasjonen på overflaten spørsmålet om eksponering for de myriade arter av dyreliv som ville bli tiltrukket av våtmarken. Westar var bekymret for at de fangede bestanddelene kunne flyttes vekk fra våtmarkene via dyrelivsbevegelser.

Høye konsentrasjoner på overflaten vil også nødvendiggjøre hyppigere fjerning og utskifting av planter og øvre jordlag. Siden vannet skulle pumpes mellom celler, Foreslo Burns & McDonnell-konsulenter å fylle fra bunnen av cellene og samle det behandlede vannet på overflaten for en «bunn opp» tilnærming. Dette løste begge bekymringer ved å konsentrere bestanddeler flere meter under overflaten, beskytte dyrelivet og redusere vedlikeholdet sterkt.

Å Unngå negative effekter på dyrelivet var en bekymring på grunn av høye konsentrasjoner av vanlige så vel som noen uvanlige arter i området. Den truede Least Tern har en stor hekkekoloni nær våtmarkene, OG JEC inneholder mer enn 7000 hektar åpent for publikum for fiske og jakt og forvaltes i samarbeid med Kansas Department Of Wildlife, Parks and Tourism.

I en video om systemet produsert av verktøyet, Andy Evans, Westar leder av anlegget støtte og engineering, kaller CWTS «engineering med naturen. Brad Loveless, administrerende direktør for miljøtjenester, forklarer at våtmarket » er avhengig av naturlige egenskaper som har pågått i tusenvis av år.»

Flere Fordeler

Westar har funnet UT AT CWTS tilbyr flere fordeler sammenlignet med alternativer.

En Naturlig «Grønn» Løsning. Fullskala våtmark bruker tilgjengelig, naturlig forekommende jord, plantematerialer og jordmikrober. Våtmarken vil fange energi fra solen og fjerne karbondioksid fra atmosfæren. Under kontrollerte jordfuktighetsforhold kan hver våtmarkscelle klare å forbedre sammenhengen mellom jordmikrober med planterøtter, noe som øker og maksimerer systemets iboende evne til kjemisk å behandle, ta opp og sekvestre uorganiske og metaller som finnes i avløpsvann.

Energibesparelser. Fullskala våtmark gir betydelige besparelser i energiforbruket sammenlignet med andre alternativer som null væskeutslipp eller dypbrønninjeksjon. Mindre energi brukt på utstyr og prosesser betyr at mer energi er tilgjengelig for kundene. Våtmarksområdet representerer for eksempel mindre enn 5% av de årlige energikostnadene som kreves av fallende filmfordampere.

En Bærekraftig Løsning. Konstruerte våtmarkssystemer krever normalt mer areal enn mekaniske rensesystemer (noe som betyr at de ikke vil være passende for alle steder) og en vekstperiode for utvikling av planter, røtter og jordmikrober. Når de blir fullt funksjonelle, er imidlertid konstruerte våtmarker designet for å være «passive» og langvarige bærekraftige behandlingssystemer. De krever svært lite energi og vedlikehold sammenlignet med mekanisk behandling og er mer økonomisk å betjene og vedlikeholde.

En Sosial Løsning. Mange kritiske interessenter ble funnet å foretrekke våtmarker og de unike funksjonene og verdiene de gir til samfunnet. For eksempel utfører våtmarker som biologiske filtre som bidrar til å holde bekker, elver, dammer og innsjøer rene. De gir også verdifull habitat for variert dyreliv.

Bevaring Av Vann. Våtmarket gjør at det behandlede vannet kan gjenvinnes for gjenbruk på anlegget. (For det økende antall kraftverk rundt om i verden som står overfor vanntilgjengelighetsbegrensninger, kan dette være en løsning verdt å vurdere.)

Gunstig Økonomi. Våtmarksbehandlingssystemet forventes å resultere i netto nåverdifordeler på $ 40 millioner over 15 år sammenlignet med alternative null flytende utslippsbehandlinger. Denne besparelsen inkluderer både kapital-og driftsbesparelser Som Westar sier vil være til nytte for kundene gjennom lavere priser.

En Modell For Fremtidige Systemer

Westar har allerede delt sine utviklingsutfordringer og suksesser gjennom en rekke bransjens tekniske presentasjoner og nettstedsturer for interesserte verktøy. Det gjør det for å gi en modell av en alternativ vannbehandlingsprosess for resten av bransjen som tilbyr både forbedret ytelse og betydelig lavere kostnader enn andre alternativer. Begge disse beregningene blir stadig viktigere for fossilfyrte genererende enheter.

selv om stedsspesifikke faktorer alltid spiller en rolle i levedyktigheten til alternative behandlingsmetoder, For Westar er bunnlinjen klar: Totale belastede kostnader for fullskala våtmarkssystem og sulfatfjerning var $36,2 millioner.

Edison Electric Institute anerkjente BETYDNINGEN AV JEC CWTS i juni ved å gi sin årlige Edison Award til prosjektet. POWER er stolte av å bli med i koret av gratulasjoner For Westar og dets ansatte med vår første Vannpris! Kudos for innovativ tenkning, et design som ikke gjør noen ofre, effektiv interessentkommunikasjon og rettidig implementering. ■