Zagospodarowanie schłodzonych i odsolonych wód termalnych w Podhalańskiej Sieci Ciepłowniczej

• Autorzy: Tomaszewska B. , Pająk L.

Warianty tytułu

EN

Cooled and desalinated thermal water utilization in the Podhale Heating System

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Woda obiegowa w instalacjach ciepłowniczych musi posiadać odpowiednie parametry fizykochemiczne, uzależnione od wymagań technicznych producentów urządzeń, przez które przepływa. Nie powinna powodować powstawania kamienia kotłowego, pienić się oraz korozyjnie oddziaływać na elementy instalacji. W pracy przedstawiono badania dotyczące oceny możliwości wykorzystania odpadowych wód termalnych w celu uzupełnienia ubytków wody sieciowej w największym polskim geotermalnym systemie ciepłowniczym zlokalizowanym w obrębie niecki podhalańskiej. Obszar ten cechuje się dużymi zasobami wód termalnych, a jednocześnie deficytem wód zwykłych. Odpadowe wody termalne ze względu na wykazywane parametry fizykochemiczne mogą być wykorzystane w systemie dopiero po uzdatnieniu. Podczas badań zagospodarowana i uzdatniana była jedynie część całkowitego strumienia wody geotermalnej (do 5 m³/h), odpowiadająca mniej więcej zapotrzebowaniu systemu ciepłowniczego na świeżą uzdatnioną wodę obiegową (ok. 550 m³/miesiąc). Ubytki wody sieciowej wynikają z nieszczelności sieci, prowadzenia remontów, modernizacji lub obsługi sieci. Oczyszczanie przeprowadzone zostało z wykorzystaniem procesów membranowych w zintegrowanym systemie złożonym z ultrafiltracji (UF) i dwóch niezależnych stopni odwróconej osmozy (RO-1 i RO-2) połączonych szeregowo. Uzdatnianie prowadzone było przy częściowym wykorzystaniu artezyjskiego ciśnienia złożowego, co pozwoliło zredukować moc pomp obiegowych eliminując zużycie energii o około 0,7–0,9 kW. Dzięki podwyższonej temperaturze wody uzdatnionej zredukowana została moc cieplna o około 30 kW oraz efektywniej prowadzone były procesy oczyszczania i odgazowania wody. Uzyskano redukcję: zawartości żelaza ze stężenia około 4 do 0,013 g/m³, twardości ogólnej z 13,5 val/m³ do <0,02 val/m³, zasadowości z 4,45 val/m³ do <0,01 val/m³, fosforanów z 0,03 do <0,006 g/m³, uzyskując spełnienie wymagań określonych w normach, co po korekcie pH i odgazowaniu pozwala wykorzystać uzdatnione wody geotermalne dla uzupełnienia ubytków wody sieciowej w systemie ciepłowniczym. Polska Norma PN-85/C-04601 nie specyfikuje wymagań w zakresie dopuszczalnego stężenia m.in. chlorków i siarczanów w wodzie obiegowej, a więc anionów wpływających na korozyjność wody, głównie wżerową. Jony te tworzą rozpuszczalne związki z metalami, utrudniając powstawanie i wytrącanie tlenków metali. Zastosowanie przedstawionej technologii membranowej w odsalaniu wód termalnych pozwoliło na uzyskanie wysokiego stopnia retencji. Wynosi on dla chlorków 97% po RO-1 i 99% po RO-2, natomiast dla siarczanów 99% już po RO-1.

EN

Distribution water that circulates in heating installations must meet certain parameters depending on the technical requirements set by the manufacturers of the equipment through which it flows. It should not cause scaling of boilers, should not corrode parts of the installation and should not foam. This paper examines the proposition the used of geothermal water to replenish network water losses in the largest Polish geothermal heating system located within the Podhale Basin reservoir. The area in question has considerable geothermal water resources while at the same time exhibiting a fresh water deficit. Only part of the total volume of geothermal water (up to 5 m³/h) was used and treated; this is roughly equivalent to the district heating system demand for treated fresh distribution water (ca. 550 m³/month). The treatment uses membrane processes within the framework of a integrated arrangement including ultrafiltration (UF) and two independent reverse osmosis stages (RO-1 and RO-2) connected in series. Artesian pressure was used to a certain extent during the treatment, which makes it possible to reduce the power required for the distribution pump, decreasing electrical power consumption by ca. 0.7–0.9 kW. Thanks to the fact that the temperature of the water to be treated is higher than the public supply, the thermal capacity requirement was reduced (30 kW) and both water treatment and degassing processes are more efficient. Iron content was reduced from ca. 4 to 0.013 g/m³, total hardness was reduced from 13.5 eq/m³ to <0.02 eq/m³, alkalinity was reduced from 4.45 eq/m³ to <0.01 eq/m³ and phosphate content was reduced from 0.03 to <0.006 g/m³. Thus the requirements set forth in the standards have been met and the treated geothermal water can be used to replenish network water losses in the district heating system following pH adjustment and degassing. The PN-85/C-04601 Polish Standard does not specify any requirements concerning the admissible concentrations of, inter alia, chloride and sulphate ions, i.e. anions that affect water corrosivity, mostly pitting corrosivity. These ions form soluble compounds with metals and thereby inhibit the formation and precipitation of metal oxides. The use of the membrane technology discussed here in the desalination of geothermal waters, also made it possible to achieve high retention coefficients – 97% after RO-2 for chlorides and 99% for sulphates already after RO-1.

Słowa kluczowe

PL

odsalanie wody; ultrafiltracja; odwrócona osmoza; geotermia; straty wody sieciowej; ciepłownictwo

EN

water desalination; ultrafiltration; reverse osmosis; geothermics; network water losses; district heating

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN ; Komitet Zrównoważonej Gospodarki Surowcami Mineralnymi PAN
• Czasopismo: Gospodarka Surowcami Mineralnymi
• Rocznik: 2013
• Tom: T. 29, z. 1
• Strony: 127--139
• Opis fizyczny: Bibliogr. 32 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Tomaszewska B.

• Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, Zakład Odnawialnych Źródeł Energii i Badań Środowiskowych, Kraków

autor

Pająk L.

• Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, Zakład Odnawialnych Źródeł Energii i Badań Środowiskowych, Kraków

Bibliografia

• [1] Barbacki A.P., 2010 – Geological and technical aspects of geothermal energy utilization in South-East Poland. Env. Prot. Eng. 36 (1), s. 25–34.
• [2] Barbacki A., 2012 – Classification of geothermal resources in Poland by exergy analysis-Comparative study. Renewable and Sustainable Energy Reviews 16 (1), s. 123–128.
• [3] Bodzek M., Konieczny K., 2005 –Wykorzystanie procesów membranowych w uzdatnianiu wody. Oficyna Wydawnicza Projprzem-EKO, Bydgoszcz.
• [4] Bodzek M., Konieczny K., 2011a – Membrane techniques in the removal of inorganic anionic micropollutants from water environment – state of the art. Archives of Environmental Protection 37 (2), s. 15–29.
• [5] Bodzek M., Konieczny K., 2011b – Usuwanie zanieczyszczeń nieorganicznych ze środowiska wodnego metodami membranowymi. Wyd. Seidel-Przywecki.
• [6] Bodzek i in. 2011 – Bodzek M., Konieczny K., Kwiecińska A., 2011 – Application of membrane processes in drinking water treatment – state of art. Desalination and Water Treatment, vol.35, s.164–184.
• [7] Bujakowski W., 1997 – Status of geothermal direct use in Poland. Transactions – Geothermal Resources Council 21 , s. 331–335.
• [8] Bujakowski W., 2010 – Wykorzystanie wód termalnych w Polsce (stan aktualny na rok 2009) – Przegląd Geologiczny 58 (7), s. 580–588.
• [9] Bujakowski W., Barbacki A., 2004 – Potential for geothermal development in Southern Poland. Geothermics 33, s. 383–395.
• [10] Bujakowski i in. 2006 – Bujakowski W., Barbacki A., Pajak L., 2006 – Atlas of geothermal water reservoirs in Malopolska. Wyd. IGSMiE PAN, Kraków.
• [11] Bujakowski i in., 2010a – Bujakowski W., Barbacki A., Czerwińska B., Pająk L., Pussak M., Stefaniuk M., Trześniowski Z., 2010a – Integrated seismic and magnetotelluric exploration of the Skierniewice, Poland, geothermal test site. Geothermics 39 (1) , s. 78–93.
• [12] Bujakowski i in. 2010b – Bujakowski W., Tomaszewska B., Kępinska B., Balcer M., 2010 b – Geothermal Water Desalination-Preliminary Studies. GHC Bulletin 29 (2), s. 16–18.
• [13] Bujakowski i in. 2010c – Bujakowski W., Hołojuch G., Tomaszewska B., 2010c – Triassic reservoir as a potential source of geothermal water - the example of kompina-2 borehole. Biuletyn PIG-PIB 439 (1), s. 71–76.
• [14] Chowaniec J., 2009 – Studium hydrogeologii zachodniej części Karpat polskich. Biuletyn PIG-PIB 734, s. 1–98.
• [15] Chowaniec J., 2012 – „Gorąca kopalina” niecki podhalańskiej na tle innych niecek przytatrzańskich. Biuletyn PIG-PIB 448 (1), s. 229–238.
• [16] Długosz P., 2003 – Podhale (South Poland) geothermal district heating system. Geothermics 32, s. 527–533.
• [17] Górecki W., red., 2006 – Atlas zasobów geotermalnych formacji mezozoicznej na Niżu Polskim. Wyd. GOLDRUK.
• [18] Górecki W., red., 2011 – Atlas zasobów i energii geotermalnej Karpat Zachodnich. Wyd. GOLDRUK.
• [19] Kępińska B., 2003 a – Current state and prospects of geothermal-energy implementation in Poland. Applied Energy 74 (1–2), s. 43–51.
• [20] Kępińska B., 2003 b – Current geothermal activities and prospects in Poland-an overview. Geothermics 32, s. 297–407.
• [21] Koseoglu i in. 2010 – Koseoglu H., Harman B.I., Yigit N.O., Guler E., Kabay N., Kitis M., 2010 – The effects of operating conditions on boron removal from geothermal waters by membrane processes. Desalination 258, s. 72–78.
• [22] Kowal L.A., Świderska-Bróz M., 2005 – Oczyszczenie wody. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa.
• [23] Pająk L., Hołojuch G., 2010 – Ograniczenia i efektywność wykorzystania sprężarkowych pomp ciepła w polskich ciepłowniach geotermalnych. Biuletyn PIG-PIB 439 (1), s. 155–158.
• [24] Pająk L., 2007 – Wybrane zagadnienia dotyczące pozyskania ciepła z pierwotnych nośników biomasy. Ciepłownictwo Ogrzewnictwo Wentylacja 3, s. 22–27.
• [25] PN-85/C-04601 Woda do celów energetycznych. Wymagania i badania jakości wody dla kotłów wodnych i zamkniętych obiegów ciepłowniczych.
• [26] Polskie Sieci Elektroenergetyczne Operator S.A. Strona: http://www.pse-operator.pl/index.php?dzid=171&did=1053#t1_2, data dostępu 2012.05.10.
• [27] Tomaszewska B., 2011 a – Koncepcja odsalania wód termalnych w kontekście poprawy bilansu wodnego. Część II – wstępne wyniki badań. Biuletyn PIG-PIB, Hydrogeologia 445, s. 693–700.
• [28] Tomaszewska B., 2011 b – The use of ultrafiltration and reverse osmosis in the desalination of low mineralized geothermal waters. Archives of Environmental Protection 37 (3), s. 63–77.
• [29] Tomaszewska B., Bodzek M., – Desalination of geothermal water using hybrid UF-RO process. Part I: Boron removal in pilot-scale tests. Desalination (2012 – article in press), doi:10.1016/j.desal.2012.05.029.
• [30] Tomaszewska B., Pajak L., 2013 – Using treated geothermal water to replenish network water losses in a district heating system. Polish Journal of Environmental Protection 22 (1) s. 243–250.
• [31] Tomaszewska B., Pajak L., 2012 a – Dynamics of clogging processes in injection wells used to pump highly mineralized thermal waters into the sandstone structures lying under the Polish Lowland. Archives of Environmental Protection 38 (3), s. 103–117.
• [32] Tomaszewska i in. 2010 – Tomaszewska B., Bujakowski W., Barbacki A.P., Olewiński R., 2010 – Zbiornik geotermalny jury dolnej w rejonie Kleszczowa. Przegląd Geologiczny 58 (7), s. 603–608.