na przykładzie oczyszczalni ścieków w Słupsku, GRUPA WYMIANY DOŚWIADCZEŃ – ZWIĄZEK MIAST POLSKICH SŁUPSK – 14 PAŹDZIERNIKA 2011R Na pomysły wpadamy często. Znacznie rzadziej na rozwiązanie. Zbigniew Waydyk MODEL EFEKTYWNEJ GOSPODARKI OSADOWEJ Z WYKORZYSTANIEM KOFERMENTACJI I KOGENERACJI na przykładzie oczyszczalni ścieków w Słupsku, Andrzej Wójtowicz

PRODUKCJA OSADÓW W OSTATNICH LATACH

MODEL EFEKTYWNEJ GOSPODARKI OSADOWEJ Z WYKORZYSTANIEM KOFERMENTACJI I KOGENERACJI KOGENERACJA BIOGAZ Wykorzystanie potencjału fermentacji dużych oczyszczalni daje najlepsze efekty ekonomiczne i środowiskowe; Kofermentacja daje możliwości poprawy ekonomicznej modelu – przychody z tytułu zagospodarowania odpadów i wzrostu biogazu; Kogeneracja jest zazwyczaj najbardziej opłacalnym sposobem zagospodarowania potencjału energetycznego osadów; Przy możliwościach wykorzystania energii cieplnej Kogeneracja jest bardzo opłacalna Kompostowanie jest metodą kompatybilną z fermentacją i daje pożądany efekt środowiskowy; CH4 CO2 METONOGENEZA bakterie metonowe kwas octowy FAZA OCTANOWA H2 CO2 kwasy org. kwas octowy alkohole OSAD PRZEFERMENTOWANY Bakterie beztlenowe FAZA KWASOWA Rozpuszczona substancja organiczna Enzymy HYDROLIZA KOFERMENTACJA Dezintegracja Pasteryzacja KOMPOSTOWANIE Osad wstępny Osad nadmierny Tłuszcze i inne odzwierzęce Osady i inne zewnętrzne NAWÓZ

POTENCJAŁ DLA POLSKI Produkcja osadów surowych: Fermentacja: Bilans ok. 28 kg s.m./RLM/rok = 22 kg s.m.org. 45 mln RLM potencjału ładunkowego Ilość docelowa osadu surowego 1 260 000 ton s.m. (ok. 6,3 mln ton masy mokrej?) = 990 000 t Fermentacja: Redukcja s.m.org z ok. 80% do 55-65% -średnio 60% = 990 000 – 405 000 t s.m.org = 585 000 t s.m.org. możliwej do zredukowania; Bilans przyjmując średnio, że 1 kg s.m.org. osadów = ok. 1,6 kg ChZT, z 1 kg ChZT powstaje 0,35 m3N metanu (stechiometria); w warunkach normalnych ciężar właściwy metanu = 0,7168 kg×m-3 = 0,25 kg CH4/kg ChZT; Wartość energetyczna CH4= 50MJ/kg; 585 000 000 x 1,6 x 0,25 x 50 = 11 700 000 000 MJ = 3 250 000 000 kWh/rok Kogeneracja Przy max. wskaźniku sprawności na poziomie 0,4% ilość energii elektrycznej potencjalnie możliwej do wytworzenia wynosi 1 300 000 000 kWh el. = 148 MW mocy, Przy średnim rocznym zapotrzebowaniu gospodarstwa domowego na poziomie 4 500 kWh można zaspokoić ok. 290 tys. takich gospodarstw, Odrębnym zagadnieniem jest potencjał cieplny

System kontroli ważenie i pomiar poziomu WZKF Macerator frezowy Macerator nożowy Pompa+fal. Q = 18 m3/h F POMPOWNIA ZOF 75 m3 Rozdrobnienie < 12 mm Osad przefermentowany „ciepły” Przelew awaryjny i odciąg gazów Zbiornik stal k.o. Pompa 2-4 m3/h 50oC 70oC 85oC 65oC Przepływomierz Wymiennik System kontroli ważenie i pomiar poziomu Mieszadło Pomiar temperatury Pomiar poziomu Osad do ZKF. Powietrze do biofiltra EX NADZÓR W SYSTEMIE SCADA OCZYSZCZALNI WYMOGI KOFERMENTACJI FORMALNE: ROZPORZĄDZENIE PARLAMENTU EUROPEJSKIEGO I RADY (WE) nr 1069/2009 z dnia 21 października 2009 r. określające przepisy sanitarne dotyczące produktów ubocznych pochodzenia zwierzęcego, nieprzeznaczonych do spożycia przez ludzi, i uchylające rozporządzenie (WE) nr 1774/2002 (rozporządzenie o produktach ubocznych pochodzenia zwierzęcego) – weszło w życie 4 marca 2011 r. - instalacja dla odpadów kategorii 3 TECHNOLOGICZNE: - ze względu na dużą zmienność uwodnienia odpadów poflotacyjnych, a tym samym różne obciążenie masa organiczna komory należy możliwie jak najdokładniej monitorować proces, przyjmując odpowiednie limity dobowe i możliwie jak największa równomierność dozowania. Obciążenie komory nie powinno przekraczać 2,5 -3 kg s.m.org. /m3 x d, przy zapewnionym hydraulicznym czasie retencji HRT = 15 – 25 dób. Dawki tłuszczu powinny być wprowadzane bardzo powoli do komory, zapewniając jak najlepsze wymieszanie.

świadectwa pochodzenia PRZYKŁADOWY BILANS ENERGETYCZNY DLA OS OK. 220 000 RLM Z KOFERMENTACJĄ SUBSTRATEM TŁUSZCZOWYM W ILOŚCI 10% S.M. WEJŚCIOWEJ Surowiec MASA [tony] % s.m. % s.m.o tony s.m. tony s.m.o. osad wstępny zagęszczony 62 500 4,0% 78,0% 2 500,0 1 950,0 osad nadmierny zagęszczony 50 000 5,0% tłuszcze 5 550 10,0% 97,0% 555,0 538,4 Razem mieszanka 117 500 4,7% 78,6% 5 500,0 4 325,0 energia GJ energia % wstępny po fermentacji 62 117 2,0% 55,0% 1 222,2 672,2 26 833 42,0% nadmierny po fermentacji 49 721 3,2% 65,0% 1 571,4 1 021,4 18 200 28,5% tłuszcze po fermentacji 5 024 0,6% 45,0% 150,0 67,5 12 250 19,2% Osad przefermentowany 117 231 2,40% 60,5% 2 823,9 1701 63 964 100,00%   produkcja biogazu 65% CH4 23,4 MJ/m3 m3N/rok 2 733 504 m3N/d 7 489 energia elektryczna η=0,35 kW 710 MWh/rok 6 219 energia czynna 0,48zł/kWh zł/rok 2 985 408 świadectwa pochodzenia 280 zł/MWh 1 741 242 RAZEM ZYSK 0,76 kWh 4 726 650 zysk z kofermentacji 19,20% 907 517

FERMENTACJA MEZOFILOWA WSKAŹNIKI TECHNICZNO-EKONOMICZNE DLA PROJEKTU KOGENERACJI – WERSJA BAZOWA ZAŁOŻENIA: CZAS PRACY AGREGATÓW 7500 MG/R; ŚWIADECTWA: ŻŁÓTE– 0,15 ZŁ/kWh, GAZ - 1,3 ZŁ/Nm3; WYNIKI ANALIZ PRZEDSTAWIAJĄ WARIANTY REALIZACYJNE DLA PRZEDSIĘWZIĘCIA WYKORZYSTANIA SKOJARZONEJ PRODUKCJI ENERGII NA TERENIE OCZYSZCZALNI ŚCIEKÓW Z GZ-50 - Inne możliwości 1,73 GWe ENERGIA CZERWONA GAZ ZIEMNY ~ 170 Nm3/h Z GZ-50 - BAZA ŚR. ~ 160 kWe 1,41 GWh/r ~ 50 Nm3/h ~160 kWe ~ 50 Nm3/h ~160 kWe ~ 70 Nm3/h ~230 kWe Z GZ -50 -OCZYSZ. ŚR. ~158 kWe 1,1,73 GWh/r 870 kWe 6,73 GWh/r ENERGIA ELEKTYCZNA Z gazu GZ-50 - 550 kWe Rocznie - 3,59GWe Waukesha H24 Średnio: 320 kWel 500 kWc Waukesha H24 Średnio: 320 kWel 500 kWt Waukesha F18 Średnio: 230 kWel 300 kWt 1300 kWt 9,6 GWh/r NADWYŻKA ~ 1000 kW 6,55 GWh/r ~ 23 500GJ/r ENERGIA CIEPLNA OCZYSZCZ. ŚR. ~ 300 kWt 3,1 GWh/r ~ 75 Nm3/h ~160 kWe ~ 75 Nm3/h ~160 kWe ENERGIA ZIELONA Inne możliwości ? BIOGAZ 150 Nm3/h FERMENTACJA MEZOFILOWA 5 700 m3 Tłuszcze i inne 2,5 t sm/d Osad 10 t sm/d

CENY Czas pracy agregatów w ciągu roku: 7500 MG/R Świadectwa żólte: 0,128 zł/kWh Świadectwa zielone: 0,27 Cena gazu ziemnego: 1,3 zł/Nm3 Szacunkowa cena sprzedaży EC: zł/GJ Cena sprzedaży EE do ZE: 0,19 Koszt serwisu agregatów 0,06 Cena zakupu EE z kosztami przesyłu 0,48 Godzinowa produkcja biogazu (planowana) 150 m3/h Dobowa produkcja biogazu (planowana) 3600 m3/d Roczna produkcja biogazu (planowana) 1 314 000,00 m3/R Waukesha H24 i F18 PARAMETRY TECHNICZNE - z 1m3 BIOGAZU Wartosc energetyczna biogazu 23,00 MJ/m3 Teoretyczna moc brutto 6,39 kW Teoretyczna moc elektryczna w generatorach (35% z Epg) 2,24 Teoretyczna moc cieplna z generatorów (50% z Epg) 3,19 Straty generatorów (15% z Epg) 0,96 SUMA PARAMETRY TECHNICZNE - z 1 m3 GZ-50 Wartosc energetyczna 34,00 9,44 3,31 4,72 1,42 Kotły Łaczna moc brutto możliwa do uzyskania z kotłów (Epk) 1005 Uzyskiwana moc cieplna z kotłów (85% z Epk) 855 Straty kotła (15% z Epk)

Podsumowanie Modele skojarzonej gospodarki odpadowej i energetycznej na dużych i średnich oczyszczalniach (regionalnych) są jednymi z najbardziej efektywnych rozwiązań zarówno w zakresie ekonomicznym jak i środowiskowym (LCA); Model skojarzony jest rekomendowany w dokumencie referencyjnym BAT Waste Treatments Industries – sierpień 2006 r. Fermentacja jest jedną z najbardziej efektywnych metod postępowania z osadami na oczyszczalniach > 20 000-30 000 RLM; Są instrumenty prawne i ekonomiczne wspierające OZE (np. dyrektywa RES, Polityka energetyczna Polski do 2030 r). Niepewne są docelowe instrumenty rynkowe wspierające OZE w Polsce; Możliwość wykorzystania ciepła odpadowego daje gwarancję uzyskania korzystnych rezultatów ekonomicznych;