איך הופכים מטרד למשאב?

הרעיון שעמד מאחורי המיזם להשבת קולחים תעשייתיים של קבוצת בז"ן היה לבנות מתקן לטיפול בקולחים ולייצר מהם מי קירור ומים נטולי מלחים להפקת אנרגיה, כתחליף למתקני הייצור שהיו קיימים במפעלים. המתקן, שהקום על ידי חברת GES, חוסך מיליוני מ"ק של מים שפירים בשנה

מתקן התפלת מים מליחים כפר מסריק  |  צילום: עמרי סולומון

 

1. מבוא

מפעלי בתי זיקוק לנפט (בז"ן), כרמל אולפינים (כאו"ל) וגדיב-תעשיות פטרוכימיות שייכים לקבוצת בז"ן, ממוקמים באזור דרום מפרץ חיפה והינם בין יצרני הקולחים התעשייתיים הגדולים בארץ.
שפכי המפעלים עוברים טיפול אינטנסיבי בתחומי בז"ן וכאו"ל והיו מפונים בעבר כקולחים תעשייתיים ישירות לנחל קישון. למרות הטיפול האינטנסיבי והיעיל בשפכי המפעלים, שאריות הזיהומים בקולחים המפונים עדיין מהווים מטרד סביבתי.
כמו כן, המפעלים צורכים כמויות גדולות של מים שפירים לצורך ייצור מי קירור ומים נטולי מלחים אשר מבוסס על טכנולוגיות מיושנות, צורך כמות גדולה יחסית של כימיקלים ואנרגיה ומייצר כמות שפכים גדולה יחסית.
סיבות אלו הובילו למיזם של הקמת מתקן להשבת קולחים תעשייתיים של קבוצת בז"ן לשימוש חוזר במפעלים. הרעיון המרכזי שעמד מאחורי המיזם היה לבנות מתקן שמטפל בקולחים תעשייתיים ומייצר מהם מי קירור ומים נטולי מלחים להפקת אנרגיה במקום מתקני הייצור הקיימים כיום במפעלים (ראה איור 1).

המטרות העיקריות שהוצבו בפני הפרויקט היו:
להשיב כמות מרבית של קולחים כמי תהליך באיכות מעולה ולהביא לחסכון במיליוני מ"ק לשנה של מים שפירים
להשביח את מי הרכז של מתקן ההשבה לאיכות המתאימה להזרמה לנחל קישון ולהביא להקטנה בעומס הזיהומים המפונים לנחל
להפיק מי קירור ומים נטולי מלחים בטכנולוגיות חדשניות הצורכות פחות אנרגיה וכימיקלים.
בניגוד להרבה פרויקטים סביבתיים, למיזם הקמת מתקן להשבת הקולחים היה גם מניע כלכלי חשוב. כידוע, מחיר מים שפירים לתעשייה הינו גבוה מאוד.
על כך, מי תהליך המושבים לשימוש חוזר חוסכים למפעלים את עלות הרכישה והטיפול במים השפירים.
לדוגמה, שימוש חוזר במיליון מ"ק בשנה במים מושבים יכול לחסוך עד 10 מיליון שקלים בשנה למפעל, אשר נדרש לשלם כ-8 שקלים לכל מ"ק של מים שפירים ולהשקיע כ- 2 שקלים נוספים למ"ק בגין טיפול על מנת להביאם לאיכות מי קירור או מים נטולי מלחים.

2. אופן הטיפול בקולחים תעשייתיים

קולחי קבוצת בז"ן מאופיינים במליחות וקשיות גבוהות יחסית. נדרש להתפיל את הקולחים בכדי להשיבם לשימוש חוזר. יש לתכנן תהליך טיפול מקדים יעיל מאוד על מנת לאפשר התפלת הקולחים בשל רגישות הממברנות לאוסמוזה הפוכה לאילוח אורגני וביולוגי.
כמו כן, בתהליך התפלת הקולחים זרם הרכז מכיל את כל המזהמים שהיו בזרם הקולחים הגולמי אך בריכוז גבוה יותר. למשל, אם ריכוז כלל החנקות בקולחים היה 10 מג"ל, זרם הרכז של מתקן ההתפלה הפועל ביחס השבה 60% יכיל 25 מג"ל חנקות. לכן נדרש לתכנן במתקן ההשבה גם טיפול ביולוגי משלים שיוריד את רמת המזהמים בקולחים לרמה שתאפשר סילוקם לנחל קישון גם אחרי ההתרכזות בתהליך ההתפלה.

"בניגוד להרבה פרויקטים סביבתיים, למיזם היה גם מניע כלכלי חשוב. מי תהליך המושבים לשימוש חוזר חוסכים למפעלים את עלות הרכישה והטיפול במים השפירים"

3. תאור מתקן השבת קולחים המקורי

המתקן המקורי להשבת הקולחים התעשייתיים הוקם בשטח המפעלים והתחיל לפעול בשנת 2012.
המתקן צויד בשלב טיפול מקדים המבוסס על סינון אולטראפילטרציה (UF) קונבנציונאלי. הקולחים המסוננים עברו שלב התפלה בשיטת האוסמוזה ההפוכה (RO).
רכז RO טופל בביו-ריאקטור בשיטת בוצה משופעלת ע"מ להוריד את רמת המזהמים.
קולחי התהליך הביולוגי טופלו במערך סינון UF קונבנציונאלי נוסף ופונו לקישון.
מרגע הפעלתו, סבל מתקן ההשבה ממספר בעיות תהליכיות, בעיקר בשל כשל ממברנות UF הקונבנציונאליות בסינון קולחי קבוצת בז"ן ובסינון קולחי ביו-ריאקטור שבמתקן ההשבה. בשל אי יכולת הפעלה רצופה הושבת המתקן המקורי ב-2013.

4. שדרוג מתקן ההשבה. עיקרי התכנון והאתגרים.

פרויקט השדרוג הציב בפני חברת GES אתגרים עיקריים רבים:

  • שינוי מוחלט של תהליך הטיפול המקדים המבוסס על ממברנות UF קונבנציונאליות לצורך ייצוב תפקוד המתקן.
  • שינוי והתייעלות של מערך ההתפלה ע"מ לאפשר עבודה יציבה ביחסי השבה גבוהים.
  • הקמת מתקן משודרג הכולל הכפלת מערך ייצור מים נטולי מלחים בגבולות המתקן המקורי כולל טיפול מקדים משודרג.
  • לוח זמנים צפוף מאוד של הפרויקט. הוקצו 18 חודשים בלבד לתכנון, הקמה והרצת המתקן.

איור מס' 2 מציג סכמה תהליכית של המתקן המשודרג.

כדי לשפר את יציבות הטיפול המקדים הוחלט להעביר שלב הטיפול הביולוגי מקצה התהליך (טיפול בשיטת בוצה משופעלת ברכז ה-RO) לתחילת התהליך ולהפכו לריאקטור ביולוגי ממברנלי (MBR). ביו-ריאקטור בראש התהליך מרסן תנודות באיכות הקולחים התעשייתיים, מטפל במזהמים השאריתיים ומסנן את הקולחים ברמה הגבוהה ביותר בכדי להגן על ממברנות RO. מגבלות השטח והלו"ז הקצר של הפרויקט הביאו לבחירת תהליך MBR חיצוני בשיטת (Air Lift (AL-MBR כטיפול המקדים במתקן. בשיטת AL-MBR החיצונית היחידות הממברנליות מותקנות מחוץ לביו-ריאקטור כאשר בוצת הריאקטור מסוחררת דרך היחידות (ראה איור 3).

חלק מהבוצה מסתננת דרך הממברנות, יתר הבוצה חוזרת לריאקטור להשלמת הטיפול. לשיטת AL-MBR מספר יתרונות על תהליך ה-MBR הקונבנציונאלי הטבול. פשטות ההרכבה של היחידות החיצוניות מקצרת את זמני ההקמה. שיטת ההפעלה המיוחדת בשטף סינון גבוה מאפשרת שימוש ביחידות סינון קומפקטיות ומצמצמת את השטח הדרוש להתקנת היחידות. יתרונות אלו הופכים פתרון AL-MBR לפתרון אידיאלי בשדרוג והרחבה של מט"שים קיימים, בעיקר אלה שפועלים בשיטת הבוצה המשופעלת. ניתן להפוך את הריאקטור הקיים לריאקטור MBR תוך זמן קצר ע"י התקנת מערך ממברנאלי חיצוני ללא שינויים במבנה הקיים של הריאקטור וכמעט ללא עבודות בטון.
תכנון שלב Al-MBR התבסס על תוצאות הפיילוט שבוצע בשטח בז"ן במשך שנה וחצי בתקופה של 2015-2016.
תוצאות הפיילוט אפשרו לחברת GES לתכנן מתקן יעיל ולקבוע פרמטרים תהליכיים אופטימאליים טרם בניית המתקן. איור 3 מציג תיאור סכמתי של תנוחת יחידות AL-MBR החיצוני במתקן.
איור 4 מציג תמונה של אחת מתוך 4 היחידות. היחידות הותקנו במבנה הקיים במקום יחידות סינון UF הקונבנציונאלי המקוריות. תכנון ייחודי זה אפשר שדרוג של שלב הטיפול המקדים במתקן ללא שינוי במבנים הקיימים במתקן וללא שימוש בשטח נוסף.

איור 4 | אחת מתוך 4 יחידות MBR חיצוני לפני סגירת מבנה הממברנות

שדרוג מערך ההתפלה במתקן בוצע על ידי הוספת יחידות התפלה נוספות ושינוי סידור היחידות הקיימות על מנת לייעל ולייצב את תפקודן ביחס השבה גבוה. נוספו למתקן יחידות ייצור מים נטולי מלחים מהמתקדמות בעולם. הניסיון הרב של חברת GES בהתקנת יחידות אלו במתקני ייצור מים נטולי מלחים בתחנות הכוח, איפשר הכפלת כושר ייצור של מים נטולי מלחים במתקן ללא הקמת מבנים נוספים וללא שימוש בשטח נוסף.

5. תפעול המתקן המשודרג

המערך הביולוגי AL-MBR במתקן המשודרג התחיל לפעול בצורה רציפה מתחילת 2017. מערך ההשבה התחיל לפעול בצורה מלאה באפריל 2017.
מאז הפעלתו טיפל המתקן ביותר מ-3 מ"ק קולחים תעשייתיים והשיב למפעלים למעלה מ- 1.5 מ"ק מים מטופלים. מרגע הפעלתו פועל המתקן במתכונת 24/7 ללא הפסקות.

הורדת עומס המזהמים המפונים לנחל

הדרך היעילה ביותר לכמת את הורדת עומס המזהמים המפונים לנחל הינה להשוות בין העומס היומי של המזהם (ק"ג ליום) הנכנס למתקן ההשבה לבין העומס היומי של אותו המזהם המפונה ממתקן ההשבה לנחל.
איורים מס' 5 ו-6 מציגים את העומס היומי של חנקות ו-TOC הנכנס והיוצא בהתאמה. ניתן לראות שהמתקן מרחיק 20-40% מהחומר האורגני שבקולחים ולמעלה משני שליש מעומס החנקות ברוב ימי פעולתו.
קיימת הרחקה דומה גם בעומס הזרחן ובעומס המוצקים המרחפים המפונים לנחל. כלומר, ניתן לומר כי מתקן ההשבה לא רק משיב קולחים מטופלים למפעלים כמי תהליך יקרי ערך אלא גם משביח משמעותית את הקולחים הלא מושבים שמפונים לנחל.

מליחות הקולחים המפונים לנחל

הקולחים המפונים לנחל ממתקן ההשבה הינם רכז מתקן ההתפלה ולכן מליחותם גבוהה מהקולחים הגולמיים. עם זאת, מכיוון שמתקן ההשבה אינו מוסיף מלחים למים, עומס המלחים (kg/day) הנכנסים למתקן עם קולחים הגולמיים נשאר זהה לעומס המלחים המפונים לנחל כרכז. יש לציין גם שמליחות נחל קישון בנקודת פינוי הקולחים הינה גבוהה מאוד עקב קרבתה לים וחדירת מי ים התיכון לנחל. לכן, למעשה גם אחרי ההתרכזות, הקולחים המפונים מדללים את המלחים שבנחל ולא מייצרים בעיה סביבתית. בפועל, עם הפעלת מתקן ההשבה עומס המלחים על הנחל נמצא במגמת ירידה עקב השפעה החיובית של השבת הקולחים על מחזור המים במפעלים.

ההשפעה החיובית של הקולחים המושבים על מחזור המים במפעלים

הקולחים המושבים מהווים מרכיב משמעותי במחזור המים במפעלי קבוצת בז"ן. מרגע הפעלתו המלאה של מערך ההשבה באפריל 2017 מושבים מידי יום בין 58% ל- 63% מקולחים של מפעלי הקבוצה המגיעים למתקן. המתקן מתוכנן להשיב כמעט 3 מ"ק קולחים בשנה. ייצור כמות זו של מים דרש בעבר שימוש ביותר מ-4 מיליון מים שפירים (מי מקורות או מי בארות בקידוחים בשטח המפעלים).
ניתן לראות את ההשפעה החיובית של השבת הקולחים גם על איכות המים במפעלים. איור מס' 7 מציג את ריכוז הכלורידים בקולחי הקבוצה לאורך 4 השנים האחרונות.

עם הפעלת מתקן ההשבה בשנת 2017 ניתן להבחין בירידה משמעותית בריכוז הכלורידים בקולחים. השינוי נובע בעיקר מתכולת הכלורידים הנמוכה במי קירור המופקים מהקולחים וירידה בשימוש במים מליחים מבארות בשטח המפעל, ששימשו בעבר לצורך הפקת מים נטולי מלחים.
לשימוש במים המושבים באיכות מעולה ישנה גם השפעה חיובית ארוכת טווח על בלאי צנרת והציוד במפעלים.

6. סיכום

פרויקט הקמת מתקן להשבת קולחים תעשייתיים של קבוצת בז"ן מהווה דוגמה למודל עסקי ייחודי המשלב בתוכו מניעים סביבתיים וכלכליים. מצד אחד, הטיפול הביולוגי היעיל במתקן ההשבה מוריד את עומס המזהמים בקולחי המפעלים המפונים לנחל. מצד שני, שימוש בקולחים המושבים חוסך למפעלים הוצאות ניכרות ברכישה ובטיפול במים שפירים ומשפר את מערך המים כולו. הפעלה רציפה ומוצלחת של המתקן מתחילת 2017 מהווה דוגמה לפרויקטים דומים בעתיד.

ד"ר דמיטרי ליסיצין, סמנכ"ל הנדסה, חברת GES
This e-mail address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.
הדפסה הורדה

לשאלות ופרטים נוספים

נא מלאו את פרטיכם ונציגינו ייצרו עמכם קשר בהקדם