M.Gromiec

Prof. Marek Gromiec

Konferencja LVIV 2015

Kierunki zagospodarowania Kierunki zagospodarowania komunalnych osadów ściekowych-komunalnych osadów ściekowych-

odzysk energii i zasobówodzysk energii i zasobów

Oprócz tradycyjnej roli systemów wodno-ściekowych jaką jest oczyszczanie ścieków i przeróbka osadów

nowa rolą staje się produkcja zasobów oraz energii.W zakresie produkcji zasobów: - produkcja wody, - produkcja wodoru, - produkcja azotu, - produkcja fosforu, - produkcja plastyków, itp.W zakresie produkcji energii: - odzysk energii ze ścieków w systemach kanalizacyjnych - odzysk energii z osadów ściekowych

Zużycie energii w systemach wodno-ściekowych

Współzależności między energią a wodą występują jako:

- zależność energia- woda, wykorzystanie wody dla energii,- zależność woda- energia, wykorzystanie energii dla wody,występują w całej gospodarce: - komunalnej,- przemysłowej,- rolnej,Ale nie zawsze są przedmiotem całościowych analiz,lecz będą stawały się coraz ważniejsze, szczególnie w gospodarce wodno- ściekowej.

Zużycie energii w przedsiębiorstwach wod-kan

Średnie wartości wskaźnika energochłonności procesu odbioru i oczyszczania ścieków wynoszą:

- 0,84 kWh / m3 dla przedsiębiorstw 20-100 tys. mieszkańców, - 0,62 kWh / m3 dla przedsiębiorstw pow.100 tys. mieszkańców.

Wskaźnik energochłonności wyznacza ilość energii na jednostkę zafakturowanych ścieków. Koszty energii mogą stanowić nawet 30% kosztów

eksploatacji i utrzymania w ruchu systemów oczyszczania ścieków.

Zużycie energii dotyczy transportu ścieków do oczyszczalni, oczyszczania ścieków i przeróbki osadów, odprowadzania ścieków do odbiornika.

Oszczędności energii w systemach ściekowychPodstawową metodą analityczną oceny zapotrzebowania na

energię są audyty energetyczne, które pozwalają na ocenę całkowitego zapotrzebowania na energie danego systemu, jak

też ustalenie najistotniejszych procesów i operacji pod względem energetycznym.

Istotne jest wykonanie tzw. analizy kosztowej cyklu życia, przydatnej przy ocenie składników oczyszczania ścieków.

Ocena sprawności energetycznej do opracowania programu oszczędności energii oczyszczalni ścieków. Oszczędności energii w oczyszczalniach związane są z usprawnieniem lub wymianą urządzeń energochłonnych oraz z wprowadzeniem systemów sterowania/ automatyzacji monitoringu i kontroli.

Optymalizacja przeróbki osadów ściekowych Wskazane jest przeprowadzenie analiz optymalizowania ciągów technologicznych gospodarki osadowej, co

pozwoli na wybór optymalnego rozwiązania dla danej oczyszczalni.

Istotnym jest wybór rozwiązań posiadających sprawdzone w praktyce referencje i konieczne jest przeprowadzenie badań pilotowych, które pozwalają na wprowadzenie innowacyjnych

i wysokosprawnych rozwiązań, przykładowo: - zagęszczania i odwadniania osadów ściekowych, - hydrolizy termicznej przed komorami fermentacyjnymi, - kofermentacja osadów ściekowych z odpadami, - oczyszczanie odcieków z odwadniania osadów ściekowych.

OPTYMALNE ROZWIĄZANIE


• Zwiększenie podatności osadów na fermentację poprzez destrukcję struktur komórkowych (dezintegracja)

• Wstępne przetworzenie osadów poprawiające późniejsze ich odwadnianie, oraz zapewniające higienizację

• Zwiększenie obciążenia komór fermentacji poprzez zwiększenie stopnia zagęszczenia osadu podawanego do komór z jednoczesną poprawą efektywność mieszania w komorach fermentacyjnych,

• Zwiększenie efektywności procesu fermentacji, wpływa na zwiększenie biogazu i stopień rozłożenia substancji stałych

• Zwiększenie stopnia rozkładu osadu = zmniejszenie jego ilości do przeróbki w dalszych etapach obróbki (odwadnianie i suszenie).

System Hydrolizy Termicznej

Komory fermentacyjneKomory fermentacji są urządzeniami do przeprowadzenia

biochemicznego rozkładu substancji organicznych zawartych w osadach ściekowych.

Wydzielone komory fermentacyjne (WKF) można podzielić na: zamknięte i otwarte.

Wydzielone komory fermentacyjne zamknięte to komory przykryte zawsze ogrzewane z mieszaniem osadu, mogą być komorami fermentacji mezofilowej (o temp. 27-35 0C) lub termofilowej (o temp. 50-55 0C).

Wydzielone komory fermentacyjne to otwarte komory nie mające przykrycia o fermentacji mezofilowej, ale nie ogrzewane (temp. 10-15 0C),na ogół nie mieszane lub z mieszaniem mało intensywnym (przepompowywanie osadu).

Otwarte komory fermentacyjne ze względu na niską temperaturę i brak mieszania są większe w przeliczeniu na jednostkę masy osadu.

Należy wprowadzić zachętę finansową do ich zamianę komór otwartych na komory zamknięte.




MECHANICZNE ODWADNIANIE OSADÓW ŚCIEKOWYCH

Wirówkadekantacyjna

Prasa komorowa


W reaktorze Pearl powstaje wysokiej jakości nawóz o powolnym działaniu

Nawóz fosforowo-azotowo-magnezowy5-28-0 +10%Mg

Powolnie uwalniający się nawóz o zwiększonej efektywności


Optymalizacja ciągu technologicznego gospodarki osadowej to proces złożony, który poprzedzony głęboką analizą poszczególnych elementów i poparty praktycznym doświadczeniem pozwoli wdrożyć najlepsze rozwiązanie dla każdej oczyszczalni indywidualnie.

Suszenie osadów Spalanie osadów ze skratkami

SUSZENIE I SPALANIE OSADÓW

SCHEMAT PRZYKŁADOWEJ OCZYSZCZALNI

Przykład modernizacji linii osadowej na miejskiej oczyszczalni ścieków

Zastosowanie agregatów kogeneracyjnych do wytwarzania skojarzonej energii elektrycznej i cieplnej.

Usprawnienie procesu fermentacji z zastosowaniem instalacji hydrolizy termicznej.

Umożliwienie kofermentacji odpadów organicznych (jako opcja).Zmodernizowanie węzła odwadniania osadów

ściekowych w celu poprawy skuteczności odwadniania.Zastosowanie suszenia osadów ściekowych ( jako opcja).

Przykładowe efekty modernizacji linii ściekowej na miejskiej oczyszczalni ścieków

Zwiększenie stopnia odwodnienia osadów ściekowych z 18% s.m. do 28-30% i związana z tym redukcja objętości osadów.

Zmniejszenie dawki polielektrolitu do odwadniania osadów ściekowych z 13,7g/kg s.m. do 8,0 g/kg s.m.

Zwiększenie stopnia rozkładu w procesie fermentacji z 40% do 56% i zmniejszenie końcowej ilości osadów o 18%.

Zmniejszenie ilości osadów do poziomu 480 ton s.m./rok. Zwiększenie produkcji biogazu o 30-40%. Wytworzenie energii elektrycznej z przeróbki własnych osadów do poziomu

2 000 kWh/d. Ograniczenie zapotrzebowania na energię na cele własne do wysokości

50% obecnego zużycia, a w przypadku kofermentacji nawet do 100%. Sterylizacja osadów ściekowych , zapewniająca bezpieczeństwo sanitarne

bez dodatkowego wapnowania. Uzyskanie bezpiecznego pod względem sanitarnym produktu nawozowego.

Korzyści środowiskowe i ekonomiczneWzrost sprawności energetycznej systemów wodno-ściekowych może

spowodować spadek zanieczyszczenia powietrza poprzez zmniejszenie zużycia paliw konwencjonalnych, jak też redukcję gazów cieplarnianych.

W kraju istnieją tysiące oczyszczalni ścieków, a na świecie istnieją ich setki tysięcy, a których większość zasilana jest energią z paliw

kopalnych, w tym z węgla.Przykładowo, w USA zużycie energii elektryczne na komunalne

oczyszczalnie stanowi 5,4% całkowitego krajowego zużycia energii i może wzrosnąć o 20% w ciągu następnych 20 lat.

W Polsce, należy wykonać bilans energetyczny dla oczyszczalni ścieków

i oszacować korzyści działań optymalizacyjnych i innowacyjnych, tym bardziej, że zużycie energii przez tą branżę będzie rosło.

PodsumowanieSystemy ściekowe zaczynają być spostrzegane nie tylko w tradycyjnej roli jaką jest

oczyszczanie ścieków i przeróbka osadów ściekowych, ale również w nowej roli związaną z produkcją zasobów i energii.

Systemy ściekowe mogą nie tylko być konsumentem dużych ilości, ale również produkować energię na potrzeby własne, a nawet do różnych celów dla użytkowników zewnętrznych.

Oczyszczalnie ścieków mogą stać się producentem wielu cennych zasobów, z których najcenniejszym jest woda, a inne zasoby to między innymi wodór, związki

biogenne, szczególnie fosfor.Należy dodać, że Amerykańska Federacja Środowiska Wodnego uznała ścieki i osady

za nowe źródła energii odnawialnej, co stało się bodźcem do wielu rozwiązań innowacyjnych w tym zakresie.Zagospodarowanie osadów ściekowych jest konieczne ze względów sanitarnych i

innych, ale winno być rozwiązywane z punktu widzenia pozyskiwania energii z osadów ściekowych uznanych za biomasę.

c.d. PodsumowanieKonieczne jest wsparcie innowacyjnych rozwiązań technologicznych

dotyczących osadów ściekowych w ramach Programu Operacyjnego Infrastruktura i Środowisko 2014-2020 przez możliwość uzyskiwania dodatkowych punktów.

Należy wprowadzić zachęty ekonomiczne dla modernizacji istniejących otwartych wydzielonych komór fermentacyjnych.

Rozwiązywanie problemu osadów ściekowych łączy się z możliwościami zwiększenia efektywności energetycznej systemów ściekowych.

Powyższe działania przynoszą korzyści o charakterze środowiskowym i ekonomicznym, w tym spadek zanieczyszczenia powietrza związanego ze zmniejszeniem zużycia paliw konwencjonalnych oraz redukcja gazów cieplarnianych.

Technology

M.Gromiec