Koncepcje zagospodarowania osadów ściekowych w przyszłości .Oczyszczanie gazów spalinowych w

  • View
    212

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of Koncepcje zagospodarowania osadów ściekowych w przyszłości .Oczyszczanie gazów spalinowych w

Strona 1

Koncepcje zagospodarowania osadw ciekowych w przyszoci

Thomas Vollmeier, Paolo Foa

STRESZCZENIE: Wykorzystanie osadw ciekowych w rolnictwie jest kwestionowane, gwnie z powodu zanieczyszcze nieorganicznych i organicznych, w tym ladowych iloci lekw i hormonw. Z tego wzgldu w krajach europejskich s stopniowo wprowadzane ograniczenia, z tendencj ku mineralizacji osadw ciekowych, czego skutkiem s rozwizania przewidujce obrbk ciepln. Dostpne s rne niezawodne moliwoci, z ktrych najbardziej interesujce zale od charakterystycznych warunkw ramowych kadej sytuacji. Jednym z czynnikw wpywajcych na wybr jest moliwo odzysku fosforu z osadw ciekowych, elementu zasadniczego dla wzrostu rolin, ktrego zapasy na ziemi staj si coraz bardziej deficytowe, a ktrego brak miaby powany wpyw na oglnowiatow produkcj ywnoci.

1. WSTP

Tradycyjnym obszarem zagospodarowania osadw ciekowych byo zawsze rolnictwo, dla ktrego pozostaoci z oczyszczania ciekw stanowiy naturalny nawz. Obecno metali cikich w ciekach, w szczeglnoci w wysoko uprzemysowionych regionach, wywoaa problem zanieczyszczenia gleby; z tego wzgldu osady o duej zawartoci metali usuwano na wysypiska lub do zakadw obrbki cieplnej.

W ostatnich latach obawy budziy inne zanieczyszczenia, midzy innymi zanieczyszczenia organiczne, w tym leki i hormony, ktre mog przedosta si do acucha pokarmowego, lub patogenne zarazki, takie jak BSE. Dugoterminowe skutki, jakie te mikrozanieczyszczenia wywieraj na rodowisko i ludzkie zdrowie, nie zostay jeszcze wyranie okrelone, dlatego te decydenci polityczni wprowadzili lub rozwaaj wprowadzenie nowych regulacji.

Skutkiem wyej opisanej sytuacji jest ewolucja metod usuwania osadw, ktra wci trwa i

jak dotd jeszcze nie okrzepa w wikszoci krajw europejskich; cechuj j ograniczenia w uyciu w rolnictwie oraz tendencja to wykorzystywania obrbki cieplnej.

Celem niniejszego artykuu jest przedstawienie moliwych rozwiza tego problemu oraz

dowiadcze zebranych w przypadkach, w ktrych rozwizania te zostay zastosowane.

Strona 2

2. TENDENCJE W USUWANIU OSADW

W Szwajcarii od koca ubiegego wieku dugoterminow strategi usuwania osadw ciekowych okrelaj regulacje federalne, ktre przewiduj cakowity zakaz ponownego wykorzystania osadw ciekowych w rolnictwie oraz usuwania ich na wysypiska poczwszy od roku 2008. Doprowadzio to do powstania tendencji w gospodarce osadami ciekowymi przedstawionej rysunku 1 poniej.

0

20'000

40'000

60'000

80'000

100'000

120'000

140'000

160'000

180'000

200'000

220'000

2000 2002 2004 2006 2008

dry

mat

ter (

t/a)

Co-IncinerationIncinerationDrying/cement kilnExport / otherLandfillAgriculture

Rys. 1. Tendencje w usuwaniu odpadw ciekowych w Szwajcarii

Opis rysunku: dry matter sucha masa co-incineration wspspalanie incineration spalanie drying/cement kiln suszenie/piec cementowy export/other eksport/inne landfill wysypiska agriculture rolnictwo

Inne kraje europejskie najprawdopodobniej nie przyjm tego samego drastycznego

rozwizania co szwajcarski rzd, jednak ogln ewolucj z pewnoci bdzie charakteryzowa taki trend.

Strona 3

3. SPOSOBY ZAGOSPODAROWANIA OSADW CIEKOWYCH

Schemat na rysunku 2 przedstawia metody usuwania osadw ciekowych: biologiczn,

ciepln, chemiczn lub ich kombinacj. Jak ju wspomniano na wstpie, ponowne wykorzystanie osadw ciekowych w rolnictwie, cho stanowi one naturalny i dobry nawz, bdzie coraz bardziej ograniczane, na skutek znanych, jak rwnie jeszcze dobrze niepoznanych konsekwencji dla rodowiska i zdrowia. Rwnie usuwanie na wysypiska jest i w przyszoci nadal bdzie silnie ograniczane, jako e nie jest to ju metoda zrwnowaona. Zatem konieczne jest okrelenie alternatyw wobec zastosowania w rolnictwie i usuwania na wysypiska.

Rysunek 2. Metody zagospodarowania osadw ciekowych Opis rysunku: biological treatment obrbka biologiczna thermal treatment obrbka termiczna chemical treatment obrbka chemiczna aerobic/anaerobic digestion rozkad tlenowy/beztlenowy drying suszenie landfill wysypiska agriculture rolnictwo combustion spalanie oxidation utlenianie

Obrbka biologiczna bdzie zawsze przyjmowana jako obrbka wstpna. Zazwyczaj jest to

stabilizacja tlenowa, rozkad tlenowy i stabilizacja, produkcja biogazu i mechaniczne odwadnianie. Produkt tych procesw obrbki to stosunkowo ustabilizowany materia organiczny, ktry musi zosta poddany dalszej obrbce do czasu, a nastpi cakowita mineralizacja czci organicznych, a pozostae substancje zanieczyszczajce zostan doprowadzone do stabilnej i kontrolowanej formy.

Mineralizacja osadw ciekowych moe nastpowa na dwa sposoby: w procesie cieplnym i chemicznym.

Procesem chemicznym jest technika tzw. mokrego utleniania, ktra polega na poddaniu

osadw dziaaniu wysokiego cinienia i temperatury oraz dodaniu do nich tlenu. Stworzone w ten sposb warunki umoliwiaj utlenianie zwizkw organicznych. Produkty powstae w tym procesie to zmineralizowany mu i gazy utleniajce. Ten interesujcy proces nie osign jednak jeszcze wystarczajcej, wykazanej niezawodnoci na skal przemysow.

Strona 4

Procesy cieplne s stosowane od dawna i dlatego osigny du niezawodno. Istniej rne techniki, pojedyncze lub czone, ktre zostan opisane bardziej szczegowo w kolejnym rozdziale.

4. MOLIWOCI W ZAKRESIE OBRBKI CIEPLNEJ

Zasadniczo istniej cztery alternatywne cieki obrbki cieplnej odwodnionych osadw ciekowych, jak przedstawia to rysunku 3: monospalanie w odrbnych piecach spalanie w odrbnych piecach zintegrowanych w obrbie instalacji wytwarzajcej energi z

odpadw, ze wsplnym oczyszczaniem gazw spalinowych wspspalanie wraz z odpadami staymi w obrbie instalacji wytwarzajcej energi z

odpadw lub elektrowni wglowej suszenie i spalanie w cementowni, elektrowni wglowej lub w dowolnym z wyej

wymienionych systemw.

Dewatered sludge from wastewater treatment plant ( 25 - 30 % DS )

Mono-incineration Drying

CO-incineration

Integratedincineration

Fluidized bedcombustion Cement kilnstagefurnace

Rotarykiln bed

WtEgrate

Coal firedpower

Flue gas treatment

Multi-

station

combined with WtE plant

Rysunek 3. Moliwoci w zakresie obrbki cieplnej osadw ciekowych

Opis rysunku: odwodnione osady ciekowe z oczyszczalni ciekw (25-30 % suchej masy)

monospalanie spalanie zintegrowane wspspalanie suszenie spalanie

fluidyzacyjne piec

wielostopniowy piec

obrotowy zoe

fluidalne ruszt do

wytwarzania energii z odpadw

elektrownia wglowa

piec cementowy

Oczyszczanie gazw spalinowych w poczeniu z instalacj do wytwarzania energii z odpadw

Strona 5

4.1 Monospalanie

Pod tym pojciem naley rozumie instalacje oraz procesy w peni dedykowane spalaniu osadw ciekowych. Jak dotd najpowszechniejsz i najszerzej stosowan metod jest spalanie fluidyzacyjne (w zou fluidalnym). Instalacje te s wyposaone w system kontroli emisji, w celu usuwania zanieczyszcze z gazw spalinowych dla zapewnienia zgodnoci z przepisami prawnymi dotyczcymi emisji.

S to proste produkty o wydajnoci od 5 000 ton odwodnionych osadw ciekowych rocznie bez odzysku ciepa, jak rwnie bardziej wyrafinowane systemy o wikszej wydajnoci, skadajce si z zespow suszenia wstpnego oraz urzdze do odzysku energii. Zasad spalania fluidyzacyjnego ilustruje schemat na rysunku 5.

Istniej rwnie technologie, w ktrych cay proces spalania nie jest przeprowadzany w

jednej przestrzeni (komorze spalania), lecz jest podzielony na dwa etapy: pierwszy etap pirolizy, a nastpnie spalania gazw pirolityczych. Pierwsze produkty s na niewielk skal oferowane na rynku, lecz nie ma w tym zakresie adnych dugookresowych dowiadcze. 4.2 Zintegrowane spalanie w instalacji do wytwarzania energii z odpadw

Opcja ta przewiduje ostateczn obrbk osadw ciekowych w obrbie instalacji do wytwarzania energii z odpadw. Spalanie ma miejsce w oddzielnym, dedykowanym zespole, lecz gazy spalinowe s przekazywane do systemu kontroli emisji instalacji do wytwarzania energii z odpadw i wsplnie oczyszczane. Prowadzi to do ciekawej i korzystnej synergii. Poniej zaprezentowano przykady systemw spalania zintegrowanych w obrbie instalacji do wytwarzania energii z odpadw. 4.2.1 Piec wielostopniowy

Ten typ pieca skada si z kilku staych stopni oraz mieszada w rodku. Osady s podawane na gr i spadaj ze stopnia na stopie w wyniku ich podawania za pomoc mieszada.

Podczas gdy suszenie osadw odbywa si w grnej strefie pieca, zapon i spalanie maj miejsce w dolnych czciach. Wymagane jest dodatkowe rdo energii dla zapewnienia temperatury powyej 850C. Gazy spalinowe ze spalania osadw s podawane do pieca odpadw, w celu dopalenia, a nastpnie s oczyszczane w systemie kontroli emisji wraz z gazami spalinowymi ze spalania odpadw. Zewntrzna energia jest czciowo odzyskiwana w kotle.

Strona 6

Rysunek 4. Zintegrowany wielostopniowy piec

Opis rysunku: waste odpady boiler kocio flue gas treatment oczyszczanie gazw spalinowych clean flue gas czyste gazy spalinowe waste incinerator (grate firing) spalarnia odpadw (spalanie na ruszcie) slag uel fly ash popi lotny flue gas from sludge incinerator gazy spalinowe ze spalarni osadw dewatered sludge odwodniony osad kiln tiered piec warstwowy fuel (biogas) paliwo (biogaz) slag/ash uel/popi

Rozwizanie to umoliwia czciowe odzyskanie zewntrznej energii dostarczanej do wielostopniowego pieca.

Strona 7

4.2.2 Piec obrotowy

Rozwizanie to przewiduje spalanie os