04.09.2009

Suszenie i termiczne przekształcanie osadów z oczyszczalni ścieków

Opracowane przezDipl.-Ing. Thomas Obermeier, Dipl.-Ing. Sylvia Lehmann

TOMM+CThomas Obermeier Management & Consulting

2

Spis treści

• Suszenie i termiczne przekształcanie osadów z oczyszczalni ścieków Ø Europa

- Regulacje prawne- Stan wykorzystywania osadów ściekowych

Ø Niemcy- Regulacje prawne - Stan wykorzystywania osadów ściekowych - Suszenie osadów ściekowych- Spalanie osadów ściekowych

Ø Proces suszenia osadówØ Proces spalania osadów

- Spalanie osadów- Współspalanie w elektrowniach, cementowniach- Przykład Monoverbrennungsanlage VERA, Hamburg

3

Europa – Regulacje prawne

Nowelizacja Dyrektywy 86/278/EWG Rady z dnia 12 czerwca 1986 r. w sprawie ochrony środowiska, w szczególności gleby, w przypadku wykorzystywania osadów ściekowych w rolnictwie

Nowelizacja wielokrotnie odsuwana w czasie, w 2010 r. przypuszczalnie brak projektów,Na razie złożony został jedynie

dokument roboczy z 2000 roku dotyczący obniżonych wartości granicznych, faworyzujący rolnicze wykorzystywanie osadów ściekowych

Parametr 86/278/EWGaktualnie[mg/kg SM]

Projekt dyrektywy1)

Załącznik III/IV [mg/kg SM]

Projekt dyrektywy1)

2015[mg/kg SM]

Projekt dyrektywy1)

2025[mg/kg SM]

Ołów (Pb) 750 – 1.200 750 500 200

Kadm (Cd) 20 - 40 10 5 2

Chrom (Cr) n.b. 1.000 800 600

Miedź (Cu) 1.000 –1.750

1.000 800 600

Nikiel (Ni) 300 - 400 300 200 100

Rtęć (Hg) 16 - 25 10 5 2

Cynk (Zn) 2.500 –4.000

2.500 2.000 1.500

AOX adsorbowalne organicznie związane chlorowce

brak 500 brak. brak

LAS liniowe benzenosulfoniany alkilowe

brak 2.600 brak. brak

DEHP ftalan di(2-etyloheksylowy)

brak 100 brak brak

NPE etoksylowany nonylofenol brak 50 brak brak

PAH Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne

brak 6 brak brak

PCB Polichlorowane bifenyle brak 0,8 brak brak

PCDD/F polichlorowane dibenzofurany/predioksyny

brak 100 ngTE/kg TM brak brak

1)Working Document on Sludge 3rd Draft 2000Dokument Roboczy w sprawie Osadów Ściekowych, trzecia wersja 2000

4

Europa – Wykorzystywanie osadów ściekowychW zależności od kraju Europy, osady z oczyszczalni ścieków są w przeważającej części składowane (np. Grecja) lub w przeważającej części wykorzystywane –rolnictwo/kompostowanie (np. Republika Czeska), wykorzystywane i spalane w równych proporcjach (Niemcy, Austria) lub głównie spalane (Holandia)

1) Osady ściekowe, które nie są spalane, kompostowane, składowane lub wykorzystywane rolniczo (np. przetwarzanie metodąmokrego utleniania).

Łotwa 19,0Slowenia 21,1Bułgaria 27,3Estonia 28,1Litwa 40,8Słowacja 55,3Rumunia 55,5Norwegia* 70,9Irlandia 88,1Grecja* 126,0Republika Czeska* 172,3Austria* 254,3Holandia* 359,5Polska 533,4Hiszpania* 1 065,0Niemcy* 2 048,5

* Dane pochodzą z roku 2006Źródło: Eurostat 2009, własne dane

1)

5

Niemcy – Uregulowania prawne

Rozporządzenie o Osadach Ściekowych (niem.: AbfKlärV), znowelizowane w 1992, komisyjny projekt zmian - 2009, przewidywane wejście w życie 2010Ø Obniżenie progów zawartości

substancji szkodliwych o 70 - 90 % Rozporządzenie o Środkach

Nawożących (niem.: DüMV), 2008Od 2017 wartości zawartości

substancji szkodliwych z Rozporządzenia DüMV będą dotyczyły również osadów ściekowychØ Z kilkoma wyjątkami dalsze

obniżanie poziomów zawartości substancji szkodliwych

Parametr Rozporządzenie1992[mg/kg TM]

Rozporządzenie -Nowelizacja[mg/kg TM]

Rozporządzenie dotyczące Środków Nawożących

2008[mg/kg TM]

86/278/EWGaktualne[mg/kg TM]

Ołów (Pb) 900 120 100 750 – 1.200

Kadm (Cd) 10 2,5 1,0 bzw. 20* 20 - 40

Chrom (Cr) 900 100 300 brak

Miedź (Cu) 800 700 n.b. 1.000 – 1.750

Nikiel (Ni) 200 60 40 300 - 400

Rtęć (Hg) 8 1,6 0,5 16 - 25

Cynk (Zn) 2.500 1.500 brak 2.500 – 4.000

PCB Polichlorowane bifenyle

0,2 0,1 brak brak.

PCDD/F polichlorowane dibenzofurany/predioksyny

100 30 brak brak

AOX adsorbowalne organicznie związane chlorowce

500 400 brak. brak

PFT brak 0,2/0,1 0,05 brak

* Przy zawartości P2O5 > 5 %

Rolnicze wykorzystanie osadów ściekowych jest utrudnione przez zaostrzone wartości dopuszczlane

6

Niemcy – Wykorzystywanie osadów ściekowych

W Niemczech, w roku 2007, zutylizowanych zostało około 2 milionów ton osadów ściekowych, przy czym ponad 50% z tendencją rosnącą zostało poddanych spalaniu i 50% wykorzystaniu materiałowemu – tutaj obserwujemy tendencjęzniżkową, składowanie dotyczyło 0,2% i nie odgrywa żadnej roli

592.552

369.047

75.230

1.015.010

4.647

0

500.000

1.000.000

1.500.000

2.000.000

2.500.000

2007

[t TM

]

Rolnictwo Kształtowanie krajobrazuPozostałe metody wykorzystania materiałowego Utylizacja termiczna

Składowiska

Utylizacja osadów ściekowychUdział w % SM

Składowanie Rolnictwo Kształtowanie krajobrazu, kompostowanie, inne metody wykorzystania materiałowego

Spalanie

(…) gromadzenia danych statystycznych, stąd przed 2007 dane nie sumują się do 100% podsumowania 100%, SM-suchej masy

Źródło: Federalny Urząd Ochrony Środowiska, zestawienie danych Federalnego Urzędu Statystycznego 2008

7

Niemcy – suszenie osadów ściekowych

Instalacje suszenia osadów ściekowych – stan 2004

< 1.000 t SM/rok

1.001 - 9.999 t SM/rok

> 10.000 t SM/rok

W Niemczech funkcjonuje około 70 instalacji suszenia osadów ściekowych

8

Niemcy – suszenie osadów ściekowych

W zależności od wydajności instalacji suszenia osadów ściekowych preferowane są różne metody. W niewielkich instalacjach przeważa suszenie energią słońca i zimnym powietrzem, w średnich instalacjach stosuje się suszarki bębnowe, a w dużych suszarki tarczowe

Suszarka bębnowaSuszarka fluidalnaSuszarka tarczoweSuszarka sitowa/taśmowaSuszarka słonecznaSuszarka niskotemperaturowaSuszarka cienkowarstwowaPozostałe

Metoda suszenia Ilość instlacji

Suszarka bębnowa 18

Suszarka tarczowa 14

Suszarnia słoneczna 10

Suszarnia niskotemperaturowa 9

Suszarka fluidalna 6

Suszarka sitowa/taśmowa 5

Suszarka cienkowarstwowa 5

9

Niemcy – spalanie osadów ściekowych

W Niemczech funkcjonuje 17 instalacji spalania wyłącznie osadów ściekowych o łącznej wydajności rocznej około550.000 t s.m.

W pięciu instalacjach należących do dużych zakładów przemysłowych: Wacker, BASF, Infraserv, Ciba i Infracorwspółspalanych jest rocznie około66.000 t s.m..

W 27 elektrowniach można spalić783.000 t s.m.

W 9 spalarniach odpadów można spalić 140.000 t s.m..

10

Niemcy – spalanie osadów ściekowych

W analizie wzrostu wydajności spalania osadów ściekowych, których w sumie około 2 miliony ton rocznie poddawanych jest przetworzeniu termicznemu, można zauważyć, że tendencja zwyżkowa dotyczy głównie współspalania z węglem i odpadami, ale także w cementowniach

Verbrennungskapazitäten [t TM/a]

2003 2004 2005 Kapazitäten langfristig

Monoverbrennung kommunal 378.000 482.800 550.000 550.000

Monoverbrennung industriell 40.000 40.000 66.000 66.000

Kohlekraftwerke 310.000 667.000 783.000 1.200.000

Müllverbrennungsanlagen 46.000 49.000 71.000 130.000

Vergasung 55.000 55.000 65.000 65.000

Zementwerke - 85.000 85.000 ~ 190.000

Summe 829.000 1.378.800 1.620.000 2.201.000

Źródło: Termiczne przetwarzanie osadów ściekowych – spalanie i współspalanie - G.Hiller, Zweckverband Klärwerk SteinhäuleKlärschlammverwertung Mono- oder Mitverbrennung, G.Hiller, Zweckverband Klärwerk Steinhäule

Wydajność spalarni (w tonach SM rocznie)

Komunalne spalarnie osadów

Przemysłowe spalarnie osadów

Elektrownie węglowe

Spalarnie odpadów

Zgazowanie

Cementownie

Suma

Wydajność spalania długofalowo

11

Metody spalaniaSpalanie Metody alternatywne Współspalanie

PrzemysłoweØZłoże fluidalneØPiece piętrowe (półkowe)ØPiec półkowy ze złożem fluidalnymØPiec cyklonowyØFlammenkammer

Małe instalacjeØZłoże fluidalne

- KALEGO- ES+S- Krüger, PYROFLUID

ØRuszt- Aldavia, AWINA- Krüger, BioCon- Huber, sludge2 energy

ØSpecjalne- Andritz EcoDry1)

- Eisenmann, Pyrobuster 2)

1) Piec cyklonowy 2) rotacyjny Źródło: atz

PrzemysłoweØZgazowanie

- Złoże stałe pod ciśnieniem- Generator fluidalnego zgazowywania- Konwersja- Metoda Thermoselect

ØPiroliza- Metoda Schwel – brenn - verfahren- Konwersja niskotemperaturowa

Małe instalacjeØZgazowanie

- Kopf AG, Kopf-verfahren- G&A / Unitechnik- OHL / Polytherm

ØPiroliza- Termokataliza- PYROMEX- US Prozesstechnik, HD-PAWA-Therm

PrzemysłoweØSpalanie odpadów

- Spalanie rusztoweØSpalanie węgla

- Palenisko z suchym odprowadzeniem - Spalanie fluidalne- Paleniska pyłowe

- Spalanie wysokotemperaturowe- Paleniska wysokotemperaturowe

ØPrzemysłowe- Produkcja cementu- Produkcja wapna- Produkcja asfaltu- Spalanie osadów z papierni

c1

c2

c3 c4

Folie 11

c1 W tym wypadku nie znajduję odpowiednika w PLcomprende.pl; 08.09.2009

c2 Nie mam pewności, ale też brak źródełcomprende.pl; 08.09.2009

c3 http://oen.dydaktyka.agh.edu.pl/dydaktyka/inzynieria_srodowiska/c_utylizacja_odpadow/index1.php?menu=06&domenu=06/10&nrPorzadkowy=7&strona=0&podMenu=T&wczytaj=technologie/termiczne/technolog_schwel/opis.htm

brak innych źródełcomprende.pl; 08.09.2009

c4 W obu przypadkach chodzi o paleniska osiągające temperatury pozwalające na topienie żużlacomprende.pl; 08.09.2009

12

Koszty wykorzystywania osadów ściekowych

Quelle: atz, Nov. 2008

Małe spalarnie - osady sucheMałe spalarnie – osady odwodnione

Małe instalacje –Piroliza – sucheMałe instalacje – Piroliza – odwodnione

Spalanie – przemysłowe – sucheSpalanie – przemysłowe –odwodnione

Elektrownie – sucheElektrownie – odwodnione

Cementownie – sucheCementownie – odwodnioneSpalarnie odpadów – suche

Spalarnie odpadów – odwodnioneSkładowanie

Uprawa – sucheUprawa – odwodnione

Uprawa – mokreRolnictwo – suche

Rolnictwo – odwodnioneRolnictwo - mokre

13

Metody spalania osadów ściekowych - porównanie

Ø Bezpieczeństwo ekol. + + + + +ØWykorzystanie energii -/+ - - -/+ +ØFosfor + + - - -ØKoszty - -/+ -/+ + +

Spalanie -decentralnie

Spalanie -centralnie

Spalanie odpadów

Spalanie -Cementownie

Spalanie -elektrownie

14

Przykład spalarni osadów VERA, Hamburg

Turbina gazowa i generator Kocioł utylizator

Komin kotła - utylizatora

Wznoszący podajnik taśmowy –osady ściekowe i skratki

Zbiornik na dostarczane osady (odbieralnik)

Zbiornik regulacyjny

Piec ze złożem fluidalnym

elektrofiltry

Płuczka HCL

Wymiennik krzyżowy

Płuczka SO2

Schładzanie spalin

Separator pyłów lotnych (filtr tkaninowy)

komin

Zbiorniki na popiół

Zbiornik na piasek

Schemat – przekrój instalacji

15

Przykład instalacji spalania osadów VERA, HamburgProwadzenie instalacji - PPP

VERAKlärschlamm-verbrennung

GmbH

HamburgerStadtentwässerung

11 %

Vattenfall Europe New Energy GmbH

55 ⅔ %

Remondis AquaGmbH & Co. KG

33 ⅓ %

Zleceniodawca: Hamburger

Stadtent-wässerung

Generalny wykonawca: Deutsche Babcock Anlagen

Zlecenie nausługę Umowa generalnego

wykonawcy

Przedsiębiorstwo gospodarki ściekamiGminaPrzedsiębiorstwo energetyczne

16

Przykład instalacji spalania osadów VERA, HamburgPrzepływ energiiØ Doprowadzana energia pochodzi po

połowie z energii osadów ściekowych/skratek i biogazu z fermentacji osadów

Ø Dzięki wykorzystaniu kotła zintegrowanego w procesie gazowo -parowym osiąga się wysoki współczynnik sprawności

Przepływ energii w instalacji VERA

Ogień wspomagający

Osady ściekowe/skratki

Straty kotła

Ogień dodatkowy

Para procesowa

Kondensator

Zapotrzebowanie na energię

Ogień wspomagający

Turbina na gaz fermentacyjny

Straty pieca

PrądTurbina gazowa

Turbina parowaZapotrzebowanie na energię

Prąd nettoTurbina parowa

Wszystkie dane w Dane z roku

Odpowiada prądowi

c5

Folie 16

c5 Proszę o sprawdzenie tego diagramu - nie mam odnośników w PL więc cieżko mi ręczyć za to głowącomprende.pl; 08.09.2009

17

Przykład instalacji spalania osadów VERA, Hamburg

Dane na temat średnich stężeń i ilości szkodliwych substancji i pyłów pokazują, że wartości te znajdują się znacząco poniżej wartości zapisanych w pozwoleniach

Stężenia substancji szkodliwych

Roczne emisje – średnie dane dotyczące stężeń

Wszystkie dane w

Pozwolenie

Średnie wartości ‘08

Wszystkie dane w

Średnie wartości ‘07

Średnie wartości ‘06

Średnie wartości z lat poprzednich

Fed. Rozp. O Ochronie przed Imisjami

Fed. Rozp. O Ochronie przed Imisjami

Pozwolenie

Średnie wartości z lat poprzednichŚrednie wartości ‘06

Średnie wartości ‘07Średnie wartości ‘08

Roczne emisje – 2008 - Ładunek

Ton rocznie

Emisja

Pozwolenie

Procent

18

Przykład instalacji spalania osadów VERA, Hamburg

Średnie wartości stężeń szkodliwych substancji, metali ciężkich, PCDD/F dioksyn wynoszą zdecydowanie mniej, niż wynika z wartości w pozwoleniach, a w przypadku dioksyn wynoszą mniej niż połowę wartości emisji z nowoczesnej spalarni odpadów

Fed. Rozp. O Ochronie przed Imisjami

Pozwolenie

Średnie wartości z lat poprzednichŚrednie wartości ‘06

Średnie wartości ‘07Średnie wartości ‘08

Stężenia substancji szkodliwych

Roczne emisje – średnie dane dotyczące stężeń – z próbekWszystkie dane w

Pozwolenie

Średnie wartości ‘08

Wszystkie dane w

Średnie wartości ‘07

Średnie wartości ‘06

Średnie wartości z lat poprzednich

Fed. Rozp. O Ochronie przed Imisjami

Fed. Rozp. O Ochronie przed ImisjamiNowoczesna spalarnia

Ilości wykazane

Kontakt:

TOMM+C Thomas Obermeier Management & Consulting

Dipl.-Ing. Thomas ObermeierDipl.-Ing. Sylvia Lehmann

Nieritzweg 23D-14165 BerlinTel.: +49 30 84 50 95 53Fax: +49 30 815 96 99E-Mail: sylvia.lehmann@tomm-c.de