Gospodarka wodno-ściekowa i zarządzanie wodami opadowymi w dużym zakładzie przemysłowym

Woda zajmuje 71% powierzchni kuli ziemskiej, aż 96,54% wody na Ziemi to woda słona, jednak woda słodka to rzadkie i cenne dobro. Dzienne zapotrzebowanie organizmu ludzkiego na wodę wynosi 2,5 l. W zależności od poziomu życia człowiek zużywa znacznie większe ilości wody od 90 l w krajach słabo rozwiniętych, do 160 l w europejskich, a nawet do 635 l w USA. Bardzo duże ilości wody są zużywane w procesach przemysłowych, stanowi to ok. 23% światowego zużycia wód. Dlatego niezbędne staje się jej właściwe gospodarowanie dla zapewnienia zdrowia, dobrobytu i bezpieczeństwa [15]. Warto wspomnieć, że polskie zasoby wody są niewielkie i rozmieszczone są nierównomiernie.

Zgromadzenie Ogólne ONZ, mając świadomość narastających wyzwań w zakresie gospodarki wodnej, 22 marca 2018 r. zainaugurowało Dekadę Wody, określaną oficjalnie jako Międzynarodowa Dekada Akcji „Woda dla zrównoważonego rozwoju”, w celu zmobilizowania do działań, które pomogą zmienić sposób gospodarowania zasobami wodnymi [16].

Unia Europejska przyjęła w 2000 r. ramową dyrektywę wodną (ang. Water Framework Directive) [1] jako pionierskie podejście do ochrony wody uwzględniające naturalne formacje geograficzne, jakimi są dorzecza. Dyrektywa określa precyzyjny harmonogram działań i wyznaczyła rok 2015 jako ostateczny termin osiągnięcia dobrego stanu wszystkich zasobów wodnych w Europie. Ramową dyrektywę wodną uzupełniają również inne akty prawne UE. Są to dyrektywy:

• powodziowa (2007) [4];
• w sprawie ochrony wód podziemnych (2006) [2];
• w sprawie zarządzania jakością wody w kąpieliskach (2006) [3];
• w sprawie wody pitnej (1998) [7];
• dotycząca oczyszczania ścieków komunalnych (1991) [5];
• azotanowa (1991) [6].

W Polsce pełna implementacja zapisów ramowej dyrektywy wodnej [1] miała być wprowadzona w 2017 r. ustawą – Prawo wodne [17]. Jednym z istotnych elementów zmienianego prawa jest właściwa gospodarka wodami opadowo-drenażowymi. Działania priorytetowe na 2019 r. [12, 13] zakładają, że należy:

• Usprawnić monitorowanie wód powierzchniowych przez uwzględnienie wszystkich istotnych elementów jakości we wszystkich kategoriach wód zgodnie z ramową dyrektywą wodną.
• Wdrożyć kolejne środki, aby zapewnić dobry stan ilościowy/przepływy hydro- biologiczne.
• Zapewnić, by projekty, które mogą wpłynąć na stan jednolitych części wód, poddano dokładnej ocenie i uzasadniono je zgodnie z wymogami ramowej dyrektywy wodnej.
• Przyspieszyć realizację inwestycji wymaganych do osiągnięcia zgodności z dyrektywą dotyczącą oczyszczania ścieków komunalnych.
• Zapewnić skuteczne wdrażanie i egzekwowanie środków przewidzianych w nowych programach działań dotyczących azotanów.
• Podjąć działania, aby usprawnić proces włączania kolejnych etapów cyklu zarządzania ryzykiem powodziowym w plan zarządzania ryzykiem powodziowym.

Charakterystyka gospodarki wodno-ściekowej zakładu produkcyjnego PKN ORLEN

Zakład produkcyjny PKN ORLEN w Płocku pobiera wodę wiślaną na potrzeby przemysłowe oraz wodę podziemną na pokrycie zapotrzebowania na wodę pitną. Pobór odbywa się zgodnie z dotychczasowymi pozwoleniami, tj.: decyzją 205/13/PŚ.W z 4 listopada 2013 r. na pobór wody podziemnej oraz decyzją 24/14/PŚ.W z 13 lutego 2014 r. na pobór wody powierzchniowej.

Ten olbrzymi zakład produkcyjny pobiera ok. 28 mln m³ wody na rok, co stanowi prawie 0,2% potrzeb gospodarki narodowej, szacowanych na ok. 12 mld m³. Gospodarka wodno-ściekowa tej największej firmy w Europie Środkowo-Wschodniej składa się z dwóch jednostek instalacyjnych, do których należą wydział produkcji wody oraz centralna oczyszczalnia ścieków (COŚ).

Centralna oczyszczalnia ścieków obiektu badawczego jest bardzo efektywną, kompleksową oczyszczalnią przemysłową, której zadaniem jest obróbka ścieków oraz wód opadowych i drenażowych pochodzących z instalacji produkcyjnych położonych na terenie kompleksu rafine- ryjno-petrochemiczno-energetycznego (multiutility) w Płocku.

Wody zużyte w postaci ścieków socjalnych, przemysłowych powstałych w procesach technologicznych na instalacjach produkcyjnych oraz wody opadowo-drenażowe z terenu zakładu produkcyjnego w Płocku w ramach systemu wodno-ściekowego stanowiącego zlewnię centralnej oczyszczalni ścieków, spływając na nią, poddawane są oczyszczaniu, a następnie odprowadzane do wód powierzchniowych rzeki Wisły.

W zakresie oczyszczania i odprowadzania ścieków funkcjonują w zakładzie dwa odrębne systemy obejmujące:

• podczyszczanie oraz oczyszczanie ścieków przemysłowych oraz opadowych ujętych w zamknięte sieci wód deszczowych – ścieki odprowadzane są do rzeki Wisły;
• oczyszczanie i odprowadzanie wód z systemu opadowo-melioracyjnego w obszarze pasa K do naturalnego rowu z rejonu ulicy Rolnej (prawego dopływu rzeki Brzeźnicy);
• odprowadzanie ścieków i wód, które odbywa się zgodnie z obowiązującym pozwoleniem zintegrowanym (decyzja 250/15/OŚ.Z z 14-08-2015 r.) oraz pozwoleniem wodnoprawnym (decyzja 175/11/PŚ-ZD-IV z 23-12-2011 r.).

Ze względu na pochodzenie i skład napływających ścieków sieć kanalizacji w zakładzie produkcyjnym została podzielona na:

• dwa systemy kanalizacji przemysłowej: I (głównie z obiektów rafineryjnych) i II (głównie z obiektów petrochemicznych) oraz
• dwa systemy kanalizacji opadowej KOR (kanalizacja opadowa rafineryjna) i KOP (kanalizacja opadowa petrochemiczna).

Na rys. 1 przedstawiono przebieg kanalizacji przemysłowej I i II systemu na terenie zakładu produkcyjnego w Płocku.

Rys. 1. Sieć kanalizacji przemysłowej I i II systemu

W celu zobrazowania złożoności i rozłożystości warto wspomnieć o ich wielkościach:

• I system kanalizacji przemysłowej – całkowita długość sieci 40 km;
• II system kanalizacji przemysłowej – całkowita długość sieci 17 km.

Średniorocznie wg danych za 2018 r. (po uwzględnieniu włączonego bloku CCGT) na COŚ napływa ok. 15,5 mln m3 ścieków, z czego ok. 8 mln m³ to ścieki przemysłowe pochodzące z I i II systemu kanalizacji przemysłowej, a resztę stanowią wody opadowo-drenażowe z kanalizacji opadowej KOR i KOP Ścieki opadowo-drenażowe oczyszczane są na drodze mechanicznej i biologicznej.

Sprawdź też: Woda wyzwaniem w planowaniu miast

Zintegrowane zarządzanie wodami opadowymi

Obszar gospodarki wodno-ściekowej jest obok ochrony powietrza [9] jednym z komponentów środowiska i bardzo ważnym obszarem, jeżeli chodzi o zintegrowane podejście w zarządzaniu kwestiami środowiskowymi w zakładzie przemysłowym [14] ze względu na fakt, że jest to obszar energochłonny. Przygotowanie wody do procesów produkcyjnych oraz oczyszczanie ścieków będących wynikiem tych procesów może stanowić nawet od 30 do 50% zapotrzebowania na energię całego zakładu. Jednocześnie obszar ten w sposób istotny oddziałuje na lokalne środowisko i mieszkańców [10, 11].

Teren zakładu jest podzielony na zlewnie dwóch rodzajów kanalizacji deszczowej. Podział wynika z założonego na danym terenie przeważającego profilu prowadzonej działalności – rafineryjnej lub petrochemicznej, która ma istotny wpływ na jakość odprowadzanych wód deszczowych. W przypadku kanalizacji w zlewni rafineryjnej w ściekach występować mogą podwyższone stężenia substancji ropopochodnych i zawiesin, natomiast w zlewni petrochemicznej stężenia zanieczyszczeń są niższe i nie ma potrzeby ich podczyszczania przed procesem biologicznego oczyszczania końcowego, a wymagane jest jedynie uśrednienie ich składu. Jak wcześniej przedstawiono, ścieki opadowe z terenu PKN ORLEN zbierane są dwoma systemami kanalizacyjnymi: kanalizacja opadowa rafineryjna obsługuje część rafineryjną zakładu produkcyjnego, natomiast kanalizacja opadowa petrochemiczna obsługuje część petrochemiczną.

Na rys. 2 oraz 3 przedstawiono przebieg kanalizacji opadowej KOR i KOP na terenie zakładu produkcyjnego w Płocku.

Rys. 2. Kanalizacja opadowa rafineryjna (KOR)

Rys. 3. Kanalizacja opadowa petrochemiczna (KOP)

Ścieki opadowe z kanalizacji obejmującej część rafineryjną (KOR) ujmowane są w komorze rozdzielczej. Instalacja oczyszczania ścieków KOR zapewnia oczyszczanie ścieków w ilości do 1000 m³/h, przy czym po podczyszczeniu ścieki w ilości do 700 m³/h podawane są na rozdzielacz oczyszczalni biologicznej, natomiast pozostała część kierowana jest do zbiorników na Chełpowie. W przypadku napływów ścieków w ilościach większych niż 1000 m³/h nadmiar ich kierowany jest bezpośrednio na zbiorniki na Chełpowie. Rocznie odbierane i oczyszczane jest ponad 4,4 mln m³ ścieków z KOR. Całkowita długość tej sieci opadowej to ok. 43 km, a łączny spływ powierzchniowy to ponad 5100 m³. Podczyszczalnia KOR składa się ze stacji krat, pompowni ścieków surowych, piaskownika, łapaczek płytowych oraz pompowni ścieków podczyszczonych. Stosowane są pompownie typu przemysłowego (dla obiektów przemysłowych) z pompami typu CP wykonane ze specjalistycznych materiałów ze względu na charakter ścieków.

Ścieki opadowe petrochemiczne (KOP), w ilości rocznej ok. 3,1 mln m³, napływają grawitacyjnie przez kratę mechaniczną na pompownię CP gdzie zainstalowane są trzy pompy o wydajności 500 m³/h każda. Ścieki z KOP ze względu na ich charakter, są uśredniane przed skierowaniem do oczyszczania biologicznego. Spowolnienie przepływu skutkuje sedymentacją zanieczyszczeń zawartych w ściekach, zatrzymane osady są okresowo odpompowywane do procesów ich przeróbki i późniejszej utylizacji. Całkowita długość tej sieci opadowej to ok. 22 km, a łączny spływ powierzchniowy to ponad 4200 m³.

Nadmiar ścieków, w stosunku do możliwości ich przejęcia przez oczyszczalnię biologiczną, z KOR i KOP kierowany jest do zbiorników na Chełpowie, skąd po obniżeniu dopływu do oczyszczalni (zmniejszeniu ilości napływających wód opadowych do wartości poniżej przepustowości hydraulicznej dla tego systemu ścieków) ścieki są zawracane na oczyszczalnię ścieków.

W przypadku dużych napływów ścieków opadowo-drenażowych (opady deszczu) ich nadmiar z kolektora KOP i kolektora KOR może być skierowany do zbiorników retencyjnych w Chełpowie (fot.). Retencję wód opadowo-drenażowych stanowią dwa zbiorniki ziemne łącznej pojemności ok. 42 000 m³, czyli w połączeniu z retencją kanalizacji deszczowej pojemość dyspozycyjna wynosi ok. 62 000 m³. W przypadku wystąpienia dużej ilości ścieków opadowo-drenażowych przelewają się one początkowo na zbiornik górny. Zbiornik górny o pojemności ok. 30 000 m³ wyposażony jest w dwie łapaczki (KOP i KOR), w których wyłapuje się piasek i produkty naftowe. Po wypełnieniu zbiornika górnego ścieki przelewem (trzy rury stalowe o średnicy 1000 mm) przelewają się do zbiornika dolnego o pojemności ok. 12 000 m³. W przypadku wypełnienia zbiornika dolnego ścieki przelewają się przelewem (dwie rury stalowe o średnicy 500 mm i rurociąg zbiorczy o średnicy 1400) do betonowego rowu odprowadzającego je do rzeki Brzeźnicy.

Ścieki opadowo-drenażowe zgromadzone w zbiornikach retencyjnych zawraca się na centralną oczyszczalnię ścieków. Ze zbiornika dolnego ścieki zawracane są za pomocą lokalnej pompowni (rys. 4).

Rys. 4. Usytuowanie i schemat pompowni ścieków opadowo-drenażowych

Ze zbiornika górnego ścieki mogą być zawracane lokalną pompownią. Istnieje również możliwość opróżnienia zbiornika górnego przez odprowadzenie jego zawartości do zbiornika dolnego poprzez otwarcie zasuwy odwadniającej znajdującej się między zbiornikami.

Do zbiornika dolnego kierowane są również stosunkowo nieduże ilości wód drenażowych z obwałowań stawów glonowo-trzcinowych (drenaż wschodni i zachodni), które okresowo wytłaczane są opisaną pompownią lokalną do COŚ.

Warto zauważyć, że rozwój życia biologicznego w stawach należących do obszaru gospodarki wodno-ściekowej jest monitorowany i musi być regulowany, ale technicznie usuwanie nadmiaru planktonu, w tym glonów, sinic oraz makrofitów, z tak dużych powierzchni jest bardzo trudnym przedsięwzięciem. Najlepszym rozwiązaniem jest więc naturalna biomanipulacja polegająca na regularnym zarybianiu stawów gatunkami ryb, żywiących się głównie pokarmem roślinnym. A zatem:

• Do zadań specjalnych związanych z procesem biologicznym spółka „zatrudniła” głównie amury i tołpygi.
• Zdaniem zoologów ichtiologów oba gatunki znajdują w stawach sprzyjające warunki do rozwoju, gdzie dorosłe osobniki mogą osiągać nawet 1,5 m długości i ważyć aż 45 kg.
• Ich obecność pozwala na najszybsze pozbycie się nadmiaru biomasy zielonej naturalnie rozwijającej się w tego typu zbiornikach wodnych.
• Ryby te ze względu na swoje preferencje pokarmowe przyczyniają się do zmniejszenia tempa zarastania stawów.
• Drobiny zielonej biomasy, których nie jest w stanie wyłapać nawet najefektywniejsza filtracja, mogą zakłócać pracę urządzeń przeciwpożarowych, gdzie woda podawana jest pod dużym ciśnieniem. Jak się okazuje, to ryby roślinożerne są najlepszymi filtratorami, dzięki którym można wyeliminować ryzyko przedostawania się życia biologicznego do systemów przeciwpożarowych.

Fot. Widok zbiorników retencyjnych oraz stawów glinowo-trzcinowych w Chełpowie

Gospodarka wodno-ściekowa PKN ORLEN w Płocku. Podsumowanie

W zakładzie produkcyjnym w Płocku wdrażany jest specjalny program AQUA w obszarze gospodarki wodno-ściekowej. Celem programu jest:

• przygotowanie zakładu produkcyjnego w Płocku na prognozowane zmiany opłat za wodę i ścieki wynikające z nowego Prawa wodnego;
• głęboka redukcja zużycia wody oraz produkcji ścieków, co bezpośrednio się przełoży na optymalizację kosztów produkcji;
• ochrona środowiska naturalnego i adaptacja do zmian klimatu.

W ramach programu zostanie przeprowadzony audyt w obszarze gospodarki wodno-ściekowej na terenie obejmujący wszystkie instalacje. Wskaże on inicjatywy pozwalające na ograniczenie wodo- chłonności w procesach produkcyjnych, zmniejszenie poboru wody oraz zrzutu ścieków do Wisły. Audyt będzie realizowany do września 2019 r.

Obszar gospodarki wodno-ściekowej planuje zrealizować zamierzenie Zero Liquid Discharge (ZLD) – to ambitna strategia zarządzania gospodarką wodno-ściekową zakładająca wyeliminowanie zrzutu odpadów ściekowych na rzecz przetworzenia ich w wodę procesową, np. uzupełnienie chłodzenia.

Gospodarka wodno-ściekowa PKN ORLEN w Płocku. Wnioski

• PKN ORLEN prowadzi bardzo odpowiedzialną wobec środowiska naturalnego gospodarkę wodno-ściekową. Na przykład w 2016 r. zakład produkcyjny w Płocku wykorzystał zaledwie 66% limitu ilości wody powierzchniowej zapisanego w pozwoleniu zintegrowanym oraz 34% limitu wody głębinowej. W tym samym czasie oddano zaledwie 46% limitu ilościowego ścieków zapisanego w pozwoleniu zintegrowanym.
• Jedynym z priorytetów jest ograniczenie ilości zużywanej wody i odprowadzanych ścieków. Jest to możliwe m.in. dzięki ponownemu wykorzystaniu oczyszczonych ścieków do produkcji wody gospodarczej i przeciwpożarowej, zamknięciu układów chłodniczych, odzyskiwaniu wykroplonej wody w sieci przesyłowej pary.
• Prawie cała woda używana w zakładzie produkcyjnym w Płocku pochodzi z Wisły. Jakość i ilość wody pobieranej i oddawanej przez zakład jest ściśle określona w pozwoleniu zintegrowanym i pozwoleniach wodno-prawnych. W 2016 r. zakład pobrał łącznie 24,8 mln m³ wody, odprowadził 13,9 mln m³.
• Zakład produkcyjny PKN ORLEN wytwarza kilka gatunków wody, m.in. zdekarbonizowaną, zdemineralizowaną, chlorową, pitną i gospodarczą.
• Woda używana jest w zakładzie m.in. do wytwarzania pary przemysłowej potrzebnej do prowadzenia procesów produkcyjnych, do chłodzenia i dezynfekcji instalacji, jako składnik produktów, na potrzeby gospodarcze i socjalne, na potrzeby przeciwpożarowe.
• Zakład produkcyjny w Płocku ma własną oczyszczalnię ścieków o przepustowości 58 800 m³/dobę, stosującą oczyszczanie fizykomechaniczne i biologiczne. Do doczyszczania wody z nadmiaru biomasy zielonej wykorzystywane są w zakładzie produkcyjnym ryby tołpygi i amury.
• W ostatnim czasie zostały przeprowadzone liczne inwestycje w obszarze gospodarki wodnej zwiększające bezpieczeństwo i efektywność procesów produkcyjnych, m.in. lokalne generatory dwutlenku chloru (pozwalające na całkowitą eliminację chloru), nowe filtry wody gospodarczej i przeciwpożarowej, nowy kolektor i reaktor wielokomorowy do wody zdekarbonizowanej (potrzebnej w procesach produkcyjnych).
• W efekcie podjętych działań związanych z gospodarką wodną zakład od 1980 r. zredukował ilość pobieranej wody o 50%, natomiast ilość oddawanych ścieków zredukował o blisko 70%, zwiększając w tym samym czasie przerób ropy o 20%.
• Centralna oczyszczalnia ścieków w zakładzie osiąga efektywność oczyszczania w kluczowych parametrach przekraczającą 90%. W efekcie ścieki oddawane przez zakład są znacznie czystsze niż normy określone w pozwoleniu zintegrowanym w zakresie kluczowych czynników: ChZT (51% wykorzystania bezpiecznego limitu), zawiesina (30%), ropopochodne (2,6%), fenole (1,4%).
• W niektórych okresach roku pobierana przez koncern woda wiślana ma stężenie zawiesiny – jednego z kluczowych mierników czystości – do kilkudziesięciu mg/l, podczas gdy oddawane ścieki maksymalnie tylko do 7,5 mg/l. Oznacza to, że w praktyce okresowo zakład oddaje wodę czystszą, niż pobiera.

Literatura

1. Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2000/60/WE z dnia 23 października 2000 r. ustanawiająca ramy wspólnotowego działania w dziedzinie polityki wodnej.
2. Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2006/118/WE z dnia 12 grudnia 2006 r. w sprawie ochrony wód podziemnych przed zanieczyszczeniem i pogorszeniem ich stanu, L 64/37, 27.12.2006.
3. Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2006/7/WE z dnia 15 lutego 2006 r. dotycząca zarządzania jakością wody w kąpieliskach i uchylająca dyrektywę 76/160/ EWG, L 372/19, 4.03.2006.
4. Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2007/60/We z dnia 23 października 2007 r. w sprawie oceny ryzyka powodziowego i zarządzania nim, L 288/27, 6.11.2007.
5. Dyrektywa Rady 91/271/EWG z dnia 21 maja 1991 r. dotycząca oczyszczania ścieków komunalnych, L 135/40, 30.05.1991.
6. Dyrektywa Rady 91/676/EWG z dnia 12 grudnia 1991 r. dotycząca ochrony wód przed zanieczyszczeniami powodowanymi przez azotany pochodzenia rolniczego,Dz.U. UE L z dnia 31 grudnia 1991 r.
7. Dyrektywa Rady 98/83/WE z dnia 3 listopada 1998 r. w sprawie jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi, L 330/32, 5.12.1998.
8. http://www.who.int/en/.
9. A. Kamiński, Koncepcja bańki jako odmienne podejście do zintegrowanego zarządzania środowiskowego w rafineriach, „Przemysł Chemiczny” nr 95/9(2016).
10. A. Kamiński, P Kopiczyński, Innowacyjne rozwiązania i technologie w gospodarce wodno-ściekowej będącej elementem zintegrowanego zarządzania w ochronie środowiska, Konferencja Naukowo-Techniczna „Innowacje w przemyśle chemicznym”, Rzeszów 13-14.11.2018.
11. A. Kamiński, P Kopiczyński, Zintegrowane podejście do zagadnień środowiskowych – przepisy prawne a produkcja rafineryjno-petrochemiczna, XVIII Międzynarodowa Konferencja „Zarządzanie przedsiębiorstwem – teoria i praktyka, Wydział Zarządzania AGH, Kraków 21-22 czerwca 2018.
12. M. Kenig-Witkowska, Prawo środowiska Unii Europejskiej, Lex a Wolters Kluwer business, Warszawa 2012.
13. Komisja Europejska, Przegląd wdrażania polityki ochrony środowiska 2019. Sprawozdanie na temat Polski, Bruksela 4.4.2019, SWD(2019) 128 final.
14. J. Ptaszyński, A. Kamiński, Wspólny mianownik – rzeka Wista. Poprawa efektywności układów wodno-ściekowych w Grupie Kapitałowej ORLEN na przykładzie instalacji ORLEN i ANWIL, „Chemia przemysłowa”nr 6/2016.
15. Światowy Program ONZ na rzecz Oceny Zasobów Wodnych, Raport o gospodarce wodnej na świecie ONZ 2016: Woda a miejsca pracy (Organizacja Narodów Zjednoczonych do spraw Oświaty, Nauki i Kultury (UNESCO), Paryż 2016.
16. UN General Assembly – Water Action Decade 2018-2028: https://www.un.org/ pga/72/event-latest/launch-of-the-internatio- nal-decade-of-water-for-sustainable-deve- lopment-2018-2028/.
17. Ustawa z dnia 20 lipca 2017 r. – Prawo wodne (Dz.U. z 2017 r. poz. 1566).
18. www.gwp.org/en/;www.undp.org.pl; www.unicef.pl/;www.wateraid.org/uk/.

dr inż. Arkadiusz Kamiński
mgr inż. Jarosław Garstka

Zobacz również: Innowacyjne parki wodne pomagają w małej retencji