Ravinteiden poiston kriittinen rooli veden laadun suojelussa

Kunnallisten jätevedenpuhdistamoiden (WWTP) sääntelypaineet ovat kasvaneet, jotta saataisiin aikaan tiukat päästörajat kokonaistypelle ja kokonaisfosforille (TN). Oikean ravinteiden poistotekniikan valinta ei ole vain ympäristön kannalta välttämätön vaan myös merkittävä taloudellinen päätös, jolla on vaikutuksia maksajiin vuosikymmeniä. Elinkaarikustannusten perusteellinen arviointi kattaa pääoman, käytön, ylläpidon ja mahdollisen käytöstä poistamisen .

Ravinteiden poistotekniikoiden ymmärtäminen

Biologiset ravinnenpoistojärjestelmät (BNR)

BNR-prosessit, kuten modifioitu Ludzack-ettinger (MLE) -prosessi, A2O (Anaerobic-Anoxic-Oxic), ja Sekvensointi Eräreactorit (SBR) perustuvat luonnossa esiintyviin mikro-organismeihin typen ja fosforin muuntamiseksi ja poistamiseksi. Typpinpoisto tapahtuu nitrifikaation ja denitrifikaation avulla, kun taas tehostettu biologinen fosforinpoisto (EBPR) käyttää polyfosfaattia kerääviä organismeja. BNR:n kemiallinen jalanjälki on tyypillisesti pienempi, mutta se vaatii liuenneen hapen, hiililähteiden ja lietteen iän tarkkaa valvontaa.

Kemiallinen saostuminen

Kemiallinen lisäys (esim. alum, rautakloridi, kalkki) on yleinen menetelmä fosforinpoistoon. Metallisuolat reagoivat liukoisen fosfaatin kanssa liukenemattomaan saostumiseen, joka asettuu tai suodatetaan pois. Tätä lähestymistapaa käytetään usein fosforikiillotukseen tai pienemmissä laitoksissa. Vaikka kemiallisten rehujärjestelmien pääomakustannukset ovat suhteellisen alhaiset, käynnissä olevat kemialliset hankinnat, varastointi ja lietteen tuotannon lisääntyminen aiheuttavat huomattavia toimintakustannuksia.

Edistyneet suodatusteknologiat

Tertiääriset suodatusjärjestelmät .........................................................................................................................................................................................................................................................

Kehittyvä ja muu kuin perinteinen teknologia

Rakennetut kosteikot, leväturveen pesurit ja ioninvaihtovälineet ovat saamassa kiinnostusta ravinteiden kiillotukseen hajautetuissa tai pienemmissä järjestelmissä. Nämä lähestymistavat voivat tarjota vähemmän energiankulutusta, mutta vaativat suurempia maajalanjälkiä ja niiden suorituskyky vaihtelee ilmaston ja kuormituksen mukaan.

Kattavan elinkaarikustannusanalyysin osatekijät

Vahva LCCA kattaa kaikki suorat ja välilliset kustannukset teknologian suunnitteluaikana .Tyypillisesti 20-40 vuotta suurten laitteiden.

  • Kapitalismista aiheutuvat kustannukset (CAPEX):[] Suunnittelu, laitteiden hankinta, rakentaminen, asennus ja alkuvaiheen käynnistyskustannukset. Sisältää siviilityöt (tankit, altaat), prosessilaitteet, putkistot, sähkölaitteet ja ohjauslaitteet.
  • Toimintamenot (OPEX):[ Energiankulutus (inhimilliset, pumput, sekoittimet), kemiallinen käyttö (hiililähteet, koagulantit), työvoima (operaattorit, huoltohenkilöstö) ja jätteiden käsittely (lietteen käsittely ja kuljetus).
  • Huolto ja korjaus:[[] Rutiinien ehkäisevä huolto, osien korvaaminen (esim. kalvot, diffuusorit, venttiilit) ja suuret korjaukset. Membraanijärjestelmien osalta korvaavat syklit 5.10. voi olla merkittävä kustannustekijä.
  • Käytöstäpoisto ja käytöstä poistaminen:[ Kustannukset käytöstä poistamisesta, vaarallisten materiaalien hävittämisestä ja paikan palauttamisesta sekä mahdolliset jäännösarvot tai pelastustoimet.
  • Ympäristö- ja sosiaalikustannukset:[ Hiilijalanjälki, kasvihuonekaasupäästöjen (N2O denitrifikaation) mahdollisuudet, veden uudelleenkäytön arvo ja yhteisön hyväksyntä.

Vertaileva elinkaarikustannukset: BNR vs. Chemical vs. Advanced Filtration

Lukuisat tutkimukset ja tosimaailman projektitiedot mahdollistavat vertailevan tarkastelun teknologialuokkiin. Vesitutkimussäätiön A 2020-analyysi totesi, että 10 MGD-laitoksen tavanomaisen BNR:n (esim. MLE-prosessin) elinkaarikustannukset ovat noin 20.30 prosenttia pienemmät kuin kemikaalisadejärjestelmän 25 vuoden aikana, mikä johtuu pääasiassa alempien kemiallisten ja lietteen käsittelykustannusten vuoksi. BNR vaatii kuitenkin enemmän alkupääomaa tankkaus- ja valvonta-alalla.

Hyvin alhaisilla fosforirajoilla (esim. < 0,1 mg/L TP) tarvitaan kehittynyttä suodatusta. Levysuodattimilla, joihin on yhdistetty kemiallinen lisäys, voidaan saavuttaa nämä tasot APEX-arvolla 0,5...$1,0 per gallona kapasiteetti, vuotuiset O& M-kustannukset 0,05.$0.10 per 1000 gallonaa käsitelty. Sitä vastoin MBR-järjestelmillä, jotka tarjoavat erinomaisen ravinteiden poiston ja kalvojen erotuskyvyn, on pääomakustannukset 50...100% korkeampi kuin tavanomaisella BNR-teholla, ja energiankulutus voi olla 40...80% suurempi.

Avainotto:[] Kohtuullisen ravinnenpoiston (TN 3...8 mg/L, TP 0.5...1 mg/L) osalta BNR, jossa on kemiallinen kiillotus, on usein kustannustehokkain. Erittäin alhaisissa rajoissa tarvitaan pitkälle kehitettyä suodatusta ja kalvoja, mutta niiden elinkaarikustannukset ovat korkeammat.

Kustannusvaikuttavuuteen vaikuttavat tekijät

Kasvin koon ja virtauksen vaihtelu

Mittakaavataloudet suosivat voimakkaasti suuria kasveja. Pieni laitos (1 MGD) voi olla per-gallona elinkaari kustannukset 2..3 kertaa suurempi kuin 50 MGD laitos samaa teknologiaa. Peaking tekijät ja vuorokautisten virtausvaihtelut vaikuttavat myös koko ja kustannukset.

Paikallisen energian ja kemikaalien hinnat

Alueet, joilla on korkea sähköaste, voivat kallistaa kustannustasapainoa kohti matalamman energian vaihtoehtoja, kuten laguunit tai rakennetut kosteikot. Toisaalta alueet, joilla on edullinen maakaasu (lämmönkuivaukseen) voi korvata korkeampi lietteen määrää kemiallisten sateiden.

Sääntelyn ajurit

Luvat (esim. Chesapeake Bay, Florida Everglades, Great Lakes) -aloite) ovat voimassa edistyneiden teknologioiden omaksumisessa. Sääntöjen noudattamatta jättämisen kustannukset (sakot, lupapäätökset) on otettava huomioon LCCA:ssa. EPA:n vuoden 2020 ravinnepäästöjen vähennyslaskurilla voidaan arvioida ravinnenpoiston hyötyjä ympäristövahinkojen välttämisen kannalta.

Teknologian kehitys

Esimerkiksi lyhytnäköiset typen poistot (deammonointi anammox-bakteereilla) ja biologinen fosforinpoisto ilman metallisuoloja vähentävät kustannuksia. Energia- ja energiatehokas vesivarojen hyödyntämisjärjestelmä vähentää O& M-kustannuksia biokaasun yhteistuotannon avulla, mikä voi kompensoida BNR-järjestelmien energian.

Lietteen hallinta ja hävittäminen

Kemiallinen sademäärä voi lisätä lietteen tuotantoa 20 .50%, nostaa nosto- ja käsittelykustannuksia. Jos maankäytön tai polton rajoitukset kiristyvät, tämä kustannus voi nousta. BNR tuottaa tyypillisesti vähemmän mutta biologisesti aktiivisempaa lietettä, joka vaatii huolellista käsittelyä.

Ulkoiset resurssit syvempään analyysiin

Kunnallissuunnittelijat, jotka pyrkivät suorittamaan oman LCCA-ohjelmansa, tarjoavat työkaluja ja tapaustutkimuksia:

Päätelmä: tietoon perustuvien, kustannustehokkaiden päätösten tekeminen

Ravinteiden poistotekniikoiden elinkaarikustannusten arviointi ei ole yksikokoinen ja kaikki soveltuvat harjoitus. Se edellyttää yksityiskohtaista arviointia paikkakohtaisista olosuhteista, suoritustavoitteista ja sääntelypuitteista. BNR on edelleen työhevonen monille kunnille kustannus- ja suorituskykytasapainonsa vuoksi, mutta kemialliset ja kehittyneet suodatusvaihtoehdot ovat tarpeen raja-arvojen tiukentamisen vuoksi. Suorittamalla perusteellisen LCCA-tutkimuksen, jossa energia-, kemikaali-, huolto-, lietteenhallinta- ja tulevaisuuden trendejä koskevat tekijät kunnan päättäjät voivat valita teknologioita, jotka suojaavat veden laatua varmistaen samalla sukupolvien taloudellisen kestävyyden.