Ekonomika słonecznych suszarni osadów ściekowych przegląd pierwszej dekady polskich doświadczeń

Transkrypt

1 Katarzyna Trojanowska, EUROTECH Ekonomika słonecznych suszarni osadów ściekowych przegląd pierwszej dekady polskich doświadczeń Niedawno minęło dziesięć lat od oddania do eksploatacji pierwszej w Polsce, słonecznej suszarni osadów na oczyszczalni ścieków w Rzeszowie. Od tego czasu wybudowano i uruchomiono już blisko trzydzieści tego typu obiektów. To wystarczająco dużo, by ocenić, jak w praktyce eksploatacyjnej sprawdzają się w naszych warunkach klimatycznych rozwiązania technologiczne stosowane w suszarniach słonecznych i jakie wnioski na przyszłość należałoby wyciągnąć. Suszarnie słoneczne wśród technologii BAT Suszarnie słoneczne w zamyśle zarówno twórców tej technologii, jak i jej użytkowników mają być ENERGOOSZCZĘDNYM, możliwie TANIM, a także PROSTYM I NIEZAWODNYM sposobem na obniżenie masy i objętości osadów przez odparowanie z nich wody, której nie da się usunąć w procesie mechanicznego odwadniania. Susz osadowy z suszarni słonecznych, w odróżnieniu od mazistej struktury placka filtracyjnego, ma postać granulatu o ziemistym zapachu i co najbardziej istotne, trzy do czterokrotnie mniejszą masę. Jego właściwości fizyczno-chemiczne i efekt ubytku masy ułatwiają magazynowanie na oczyszczalniach ścieków oraz obniżają koszty odbioru i transportu do ostatecznego odbiorcy. Dobre właściwości nawozowe mogą być wykorzystane do rolniczego lub przyrodniczego zagospodarowania, natomiast wartość opałowa porównywalna z gorszymi gatunkami węgla brunatnego w termicznych metodach dalszej przeróbki (spalarnie odpadów, współspalanie w cementowniach, jako składnik paliw alternatywnych). Suszarnie słoneczne są proste i nieskomplikowane w obsłudze. W odróżnieniu od konwencjonalnych suszarni termicznych nie tylko nie wymagają zatrudniania im dedykowanego wysoko wykwalifikowanego personelu technicznego, ale co najważniejsze, wykorzystując do odparowania wody z osadów darmową energię słoneczną, nie zużywają drogiego paliwa i nie podnoszą istotnie zużycia energii elektrycznej w oczyszczalni ścieków. Dzięki tym zaletom są dla większości oczyszczalni OPTYMALNYM, a dla małych i średnich obiektów JEDYNYM ekonomicznie i technicznie uzasadnionym sposobem na ich suszenie, tym bardziej, że polskie oczyszczalnie najczęściej dysponują odpowiednim pod ich budowę terenem, np. po dawnych lagunach lub poletkach osadowych. [1] Z uwagi na wyżej opisane cechy suszarnie słoneczne zostały umieszczone na oficjalnej liście tzw. najlepszych dostępnych technologii (Best Available Techniques), opracowanej w myśl Dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady Europy 2010/75/UE z i tym samym są rekomendowane do stosowania na terenie Unii Europejskiej. [2] Trochę statystyki, czyli jak wyglądamy na tle sąsiadów Od czasu budowy pierwszych w Europie suszarni słonecznych w drugiej połowie lat dziewięćdziesiątych ubiegłego wieku, technologia ta na stałe weszła do najczęściej wybieranych metod dalszej przeróbki osadów po ich mechanicznym odwodnieniu. Biorąc za przykład Niemcy, w 2011 roku działało na tamtejszych oczyszczalniach łącznie 113 instalacji do suszenia osadów, z czego ponad połowa, bo aż 69 obiektów to suszarnie słoneczne lub hybrydowe. Dokładniej rzecz ujmując zdecydowana większość spośród prawie 70 suszarni, bo aż 52 obiekty wykorzystują do odparowania wody wyłącznie energię słoneczną, zaś w przypadku 17 instalacji, dodatkowo wykorzystywane jest nadmiarowe ciepło biogazu pochodzące głównie z chłodzenia agregatów kogeneracyjnych. W Polsce, w minionej dekadzie oddano do eksploatacji prawie 30 suszarni słonecznych lub hybrydowych. Równolegle już uruchomiono lub znajduje się na ukończeniu mniej więcej Słoneczne suszarnie osadów ściekowych, 10 lat doświadczeń Strona 1

2 tyle samo suszarni termicznych. Można zatem stwierdzić, że podobnie jak w Europie, także i w Polsce suszarnie słoneczne na stałe weszły do rozwiązań powszechnie stosowanych w gospodarce osadami ściekowymi. Różnica polega jednak na tym, że w przypadku Polski aż połowa z tych obiektów to suszarnie hybrydowe, dogrzewane nie tylko darmowym ciepłem pochodzącym z biogazu (zaledwie 6 obiektów), ale drogimi pompami ciepła (8 obiektów), a nawet kotłami opalanymi na paliwo stałe, tzw. eko-groszek (2 obiekty). O ile węgiel od dziesiątków lat jest mocno zakorzeniony nie tylko w polskiej energetyce, ale także mentalności, jako uniwersalne i stosunkowo tanie źródło ciepła (choć niestety nie mające z ekologią wiele wspólnego), to okazuje się, że wykorzystywanie ogrzewania podłogowego zasilanego pompami ciepła do wspomagania procesu suszenia osadów stało się, obok kotłów na eko-groszek, wyłącznie polskim, niestety bardzo kosztownym ewenementem. Poza ogrzewaniem hal suszarniczych trudno dopatrzyć się innych znaczących różnic technicznych między polskimi suszarniami, a rozwiązaniami stosowanymi w krajach z dłuższym i bogatszym doświadczeniem. Znamiennym jest jednak to, że polskie oczyszczalnie wytwarzające w roku od kilku do dziesięciu tysięcy ton mechanicznie odwodnionych osadów, znacznie częściej sięgają po dużo droższe i energochłonne instalacje termiczne, niż po suszarnie słoneczne. W przeciwieństwie do Polski, w Niemczech lub Austrii suszarnie termiczne są albo przypisane do dużych aglomeracji, albo są instalacjami o zasięgu regionalnym. Są też najczęściej skojarzone ze spalarniami osadów i przetwarzają rocznie co najmniej kilkanaście, a najczęściej ponad dwadzieścia tysięcy ton odwodnionych osadów. Poza granicami Polski można natomiast znaleźć wiele suszarni słonecznych o wydajności od do nawet Mg odwodnionych osadów rocznie. Do największych z nich należą suszarnia w Timisoarze składająca się aż z 10 hal suszarniczych o łącznej powierzchni m 2, czy w Managui susząca w 5 halach ok Mg odwodnionych osadów. Choć Polska nie ma klimatu Rumunii, czy też Ameryki Południowej, to z czysto technicznego punktu widzenia, miasta wielkości Świdnicy, Stalowej Woli, Kraśnika, Puław, czy nawet Legnicy lub Płocka byłyby w stanie wysuszyć swoje osady w suszarniach słonecznych, zamiast budować kosztem co najmniej kilkunastu milionów złotych suszarnie termiczne oparte na coraz droższych paliwach konwencjonalnych. Darmowa energia słoneczna lub rachunki za gaz Rachunek ekonomiczny kosztów eksploatacyjnych suszarni termicznych i słonecznych jednoznacznie przemawia na korzyść tych drugich. By odparować 1 Mg wody należy w przypadku suszarni termicznych liczyć się ze zużyciem średnio ok kwh energii cieplnej (najczęściej pochodzącej ze spalania gazu ziemnego) oraz przynajmniej 100 kwh energii elektrycznej. Do tego dochodzą koszty środków chemicznych niezbędnych do oczyszczania powietrza odlotowego oraz, co nie zawsze jest uwzględniane w szczegółowym bilansie kosztów, konieczność oczyszczenia kondensatu zrzucanego do kanalizacji oczyszczalni ścieków, a obciążonego wysokim ładunkiem zanieczyszczeń. Opierając się na opisanym w branżowej literaturze przykładzie suszarni funkcjonującej na oczyszczalni ścieków Hajdów w Lublinie można przyjąć, że sumaryczne bezpośrednie koszty wysuszenia 1 Mg odwodnionych osadów w suszarniach termicznych kształtują się średnio na poziomie 300 złotych. [4] Jaki napisali autorzy artykułu, eksploatatorzy suszarni termicznych muszą się mierzyć z jednej strony z wysokimi cenami gazu (które w ostatnich kilku latach wzrosły nawet o 50%), a z drugiej ze zwiększającymi się wraz z wiekiem instalacji kosztami przeglądów, remontów i napraw. Jeżeli do tego dodać bolesny dla wielu oczyszczalni spadek przychodów ze sprzedaży praw majątkowych do tzw. zielonych certyfikatów (z poziomu bliskiego 300 zł do zł w chwili obecnej) okazuje się, że dzisiejszy ogólny bilans kosztów przeróbki osadów przedstawia się zupełnie inaczej niż założenia przyjęte przy podejmowaniu decyzji o budowie suszarni termicznej. Nie ma się zatem co dziwić że, wiele suszarni termicznych jest okresowo wyłączana z eksploatacji, właśnie z uwagi na zbyt duże koszty ich funkcjonowania. Słoneczne suszarnie osadów ściekowych, 10 lat doświadczeń Strona 2

3 Suszarnie słoneczne dzięki wykorzystaniu darmowej energii słońca są w tym aspekcie bezkonkurencyjne i to niezależne od rynkowych i politycznych trendów. Średnie zużycie energii elektrycznej na odparowanie 1 Mg wody w nieogrzewanej suszarni słonecznej, wykorzystującej wentylację grawitacyjno-mechaniczną wynosi zaledwie kilkanaście kwh, a całkowite bezpośrednie koszty suszenia uwzględniające remonty, koszty obsługi oraz podatki majątkowe i ubezpieczenia w przypadku, np. suszarni słonecznej w Żarach nie przekraczają 13 złotych na 1 Mg odwodnionych osadów. [5] W porównaniu z suszarnią termiczną to zaledwie 4%. Jest rzeczą oczywistą, że Mg osadów powstałych w 2014 roku na oczyszczalni Hajdów nie da się żadną miarą przerobić w polskich warunkach klimatycznych nawet w ogrzewanej suszarni hybrydowej. Tym nie mniej, oddana do eksploatacji w lipcu 2014 roku hybrydowa suszarnia słoneczna w Chełmie może przyjmować prawie Mg osadów w roku, dzięki dodatkowemu ogrzewaniu spalanym w promiennikach podczerwieni biogazem. Kosztorysowy koszt tej inwestycji, na którą składają się 4 ogrzewane hale suszarnicze, każda o wymiarach 12 m x 120 m to 9 mln złotych, a koszty eksploatacji są porównywalne z opisanym wcześniej przykładem suszarni z Żar. [6] Przykład Chełma pokazuje, że suszarnie słoneczne mogą po pierwsze, także i w polskich warunkach klimatycznych, wysuszyć masy osadów dochodzące w roku do Mg, po drugie - koszty budowy mimo dużej kubatury są dla obiektów tej wielkości wciąż niższe od suszarni termicznych i po trzecie - ich koszty eksploatacji kształtują się na poziomie zaledwie kilku (!) procent kosztów funkcjonowania suszarni termicznych. Jeżeli za punkt odniesienia do oceny kosztów inwestycji różnych typów suszarni przyjąć oddane w drugiej połowie 2015 roku taśmowe suszarnie termiczne o wydajności rzędu Mg odwodnionych osadów na rok (Legnica, Płock), to okazuje się, że ich koszty budowy (ok. 15 mln zł), w przeliczeniu na 1 Mg suszonych osadów przewyższają koszty budowy suszarni w Chełmie. Wynoszą one odpowiednio: dla suszarni termicznych - ok zł i dla suszarni słonecznej w Chełmie zł na 1 Mg przyjmowanych do suszenia osadów. O ile nawet same koszty budowy są łatwiejsze do poniesienia na etapie inwestycji dzięki dotacjom z funduszy unijnych, to w przyszłości przekładają się proporcjonalnie na wyższe koszty amortyzacji, a te wraz z rachunkami za zakup nośników energii będą nieuchronnie ważyć na kosztach funkcjonowania całej oczyszczalni ścieków. Warto zatem nawet w przypadku oczyszczalni o stosunkowo dużej przepustowości, a może w szczególności w tego typu obiektach, postawić na suszarnie słoneczne lub suszarnie hybrydowe wykorzystujące oprócz słońca odnawialną i darmową energię biogazu. Słoneczne suszarnie osadów ściekowych, 10 lat doświadczeń Strona 3

4 Zdjęcie nr 1: Wnętrze ogrzewanej promiennikami podczerwieni hybrydowej suszarni słonecznej na oczyszczalni ścieków w Chełmie. [17] Dobrze sprawdzone i mniej trafione rozwiązania w suszarniach słonecznych, czyli łyżka dziegciu w beczce miodu Mimo ogólnego podobieństwa, zrealizowane w Polsce w liczbie około trzydziestu słoneczne i hybrydowe suszarnie szklarniowe różnią się od siebie rodzajem i wykonaniem materiałowym przewracarek do osadów, systemami wentylacji i ogrzewania oraz sposobem dostarczania i ewakuacji osadów. W efekcie, jak się okazuje, niestety nie wszystkie suszarnie wbrew podstawowym założeniom okazały się tak bardzo ENERGOOSZCZĘDNE, PROSTE, NIEZAWODNE I TANIE w budowie i eksploatacji, jak w przypadku wyżej wspomnianej suszarni osadów w Chełmie. Warto się zatem bliżej przyjrzeć już zrealizowanym obiektom i wykorzystać dostępne doświadczenia, by przygotowując przyszłe inwestycje postawić na efektywne i sprawdzone rozwiązania. Śledząc projektowane i oddawane do eksploatacji w minionym dziesięcioleciu kolejne suszarnie nie sposób nie zauważyć pewnych trendów, które w sposób istotny wpłynęły na znaczące zróżnicowanie kosztów ich budowy, które jak pokazuje Tabela Nr 1 sięga nawet 300%. Pytanie: czy potrzebnie, skoro współczynniki efektywności, tj. wydajności poszczególnych obiektów wyrażone przez masę wody odparowywanej z jednostki powierzchni, różnią się między sobą, nawet w przypadku dogrzewanych suszarni hybrydowych, nie więcej jak o 30%. Nie może być zresztą inaczej, skoro w danym miejscu słońce świeci z jednakową intensywnością nad każdą halą suszarniczą niezależnie od wybranych rozwiązań, a rola dobrze zaprojektowanej i eksploatowanej suszarni, sprowadza się wyłącznie do optymalnego wykorzystania tej energii. Słoneczne suszarnie osadów ściekowych, 10 lat doświadczeń Strona 4

5 Warto się jednak głębiej zastanowić, z jakich powodów koszt wykonania podobnych wymiarów hal suszarniczych wyniósł w przypadku słonecznej suszarni w Żarach ok. 1,9 mln złotych [1], suszarni w Żarowie 3,0 mln [7], a w Ostrzeszowie aż 5,75 mln złotych [8]. A nie są to najdroższe polskie suszarnie słoneczne. Zrealizowana w ubiegłym roku inwestycja na oczyszczalni ścieków w Bełchatowie, na którą złożyło się zaprojektowanie i budowa ogrzewanych pompami ciepła 4 hal suszarni słonecznej wraz z węzłem mechanicznego odwadniania pochłonęła aż 31 mln złotych [9]. Budowa jednej ogrzewanej hali suszarniczej w Strzelinie wraz z systemem sterowania i automatyki tamtejszej oczyszczalni to z kolei koszt łącznie około 19 mln złotych [10]. A zatem w praktyce okazuje się, że nie wszystkie suszarnie słoneczne są TANIE, choć czytając SIWZ jest to jeden argumentów, którym inwestorzy uzasadniają podjęty przez siebie wybór tej właśnie technologii. Należałoby więc wyrazić nadzieję, że użytkownicy za wyższą cenę zyskali przynajmniej o wiele większą niezawodność i dużo lepszy komfort pracy. Tymczasem z przykrością należy zauważyć, że nie zawsze tak się dzieje. Z uwagi na brak wystarczających informacji nie sposób ocenić wszystkich funkcjonujących w Polsce obiektów, ale nie sposób też nie wspomnieć, że liczne problemy, w tym uciążliwość odorowa, a także awaryjność urządzeń sprawiły, że w ostatnim czasie szczególnie dużo i niestety niepochlebnie pisało się o niektórych suszarniach, także i tych wymienionych jako najdroższe. [11,12] Tabela 1: Zestawienie kosztów budowy wybranych polskich suszarni słonecznych (*) Obiekt Wsp. efektywności kg H2O/m 2 x rok Koszt inwestycji (ok.), zł Koszt pojedynczej hali suszarniczej (ok.), zł. Żary - suszarnia słoneczna, suszenie osadów w zmiennej warstwie, 3 hale Żarów - suszarnia słoneczna, suszenie osadów cienkowarstwowe, 1 hala Ostrzeszów - suszarnia słoneczna, suszenie w zmiennej warstwie, 2 hale Myszków - suszarnia hybrydowa z pompami ciepła, suszenie osadów w zmiennej warstwie, 1hala Kłodzko suszarnia hybrydowa z pompami ciepła, suszenie osadów cienkowarstwowe, 1 hala Chełm, suszarnia hybrydowa wykorzystująca biogaz, suszenie osadów w zmiennej warstwie, 4 hale Słoneczne suszarnie osadów ściekowych, 10 lat doświadczeń Strona 5

6 (*) Uwagi do tabeli: 1. Na koszty budowy suszarni słonecznych oprócz ich wariantów wykonania i wyposażenia mają wpływ, m.in. warunki gruntowe, dodatkowa infrastruktura w postaci powierzchni magazynowej, itd. Autorce chodziło jednak o wykazanie różnic w kosztach inwestycji nie na poziomie kilkunastu, czy kilkudziesięciu, ale kilkuset procent łącznej wartości inwestycji. 2. W przypadku suszarni w Kłodzku w skład wartej ponad 6 mln. złotych inwestycji wchodziła oprócz suszarni także budowa kontenerowej stacji odwadniania osadów. W przypadku Żarowa wymiana zużytej prasy do osadów oraz budowa instalacji wody technologicznej. Czym zatem cechują się TANIE, NIEZAWODNE i ENERGOOSZCZĘDNE suszarnie słoneczne? Poniżej opierając się na praktycznych przykładach przedstawiono próbę możliwie wyczerpującej odpowiedzi na zadane pytanie. Stabilizacja osadów i bieżące wprowadzanie do hal suszarniczych, jako jedynie skuteczne antidotum na odory Słoneczne suszarnie osadów ściekowych są od co najmniej kilkunastu lat z powodzeniem eksploatowane w wielu krajach tzw. zachodniej Europy, jak Niemcy, Austria czy Szwajcaria. Działają nie tylko w bezpośrednim sąsiedztwie zabudowań mieszkalnych, ale także w rejonach turystycznych, a nawet chronionych, jak np. alpejskie obszary Natura Jest to najlepszy dowód, że dobrze zaprojektowane i suszące odpowiednio przygotowane i ustabilizowane osady suszarnie szklarniowe mimo otwartych, grawitacyjnych systemów wentylacyjnych nie są źródłem uciążliwych odorów. Pozytywnych przykładów nie brakuje także i w Polsce. Należą do nich suszarnie słoneczne w Kozienicach, Tuchowie, czy Łańcucie, które mimo braku ogrzewania funkcjonują cały rok bez jakichkolwiek problemów. W przypadku suszarni w Żarach, czy Myszkowie występują okresowo problemy z odorami, ale te są ściśle powiązane z brakiem właściwej stabilizacji osadów w ciągu technologicznym oczyszczalni, zwłaszcza wczesną wiosną. Zaradzono temu instalując na tych obiektach stosunkowo tanie i proste w obsłudze systemy antyodorowe, oparte o rozpylanie w strumieniu sprężonego powietrza specjalistycznych środków chemicznych. Najbardziej burzliwe trwające wiele miesięcy protesty lokalnych społeczności spotkały suszarnie słoneczne w Antoniowie k. Ozimka, Bełchatowie, czy Ostrzeszowie. [13,14] Ta ostatnia została na chwilę obecną całkowicie wyłączona z eksploatacji. Przytoczone przykłady pokazują (wbrew niektórym opiniom publikowanym w prasie branżowej [15]), że uciążliwości odorowych nie można przyporządkować do żadnej ze stosowanych w suszarniach słonecznych przewracarek do osadów (niemalże w każdej z wymienionych suszarni są one różne). Nie można też im skutecznie zapobiec poprzez recyrkulację suszu, czy jakiekolwiek inne zabiegi technologiczne. By osady podczas przewracania i suszenia nie emitowały odorów, muszą być wcześniej odpowiednio ustabilizowane. Inaczej do rozkładu materii organicznej, zamiast w węźle do stabilizacji, dochodzić będzie w suszarniach słonecznych. Zgodnie z europejskimi doświadczeniami z eksploatacji oczyszczalni ścieków, implementowanymi do Polski pod auspicjami IGWP, pierwszą i najważniejszą zasadą dobrej przeróbki osadów ściekowych jest ich właściwa stabilizacja, tlenowa lub w wydzielonych komorach fermentacyjnych, których budowę IGWP zaleca już dla oczyszczalni o wielkości powyżej RLM. [16] Słoneczne suszarnie osadów ściekowych, 10 lat doświadczeń Strona 6

7 Zdjęcie nr 2: Położona w linii prostej 20 km od Zug Spitze słoneczna suszarnia osadów w Murnau (Okręg Garmisch-Parten-Kirchen) nie ma problemów z emisją odorów. [17] Zdjęcie nr 3: Hala suszarni słonecznej oczyszczalni w Kozienicach. Mimo, iż nieogrzewana suszarnia solarna przyjmuje osady przez cały rok i jest eksploatowana od 2007 roku nigdy nie była źródłem uciążliwych odorów. [17] Osady powinno się stabilizować nie tylko z uwagi na aspekty odorowe. Wcześniejszy rozkład materii organicznej, to istotna redukcja ogólnej masy osadów, efektywniejsze i tańsze odwadnianie, a także dużo mniejsza powierzchnia hal suszarniczych, zaś w przypadku suszarni termicznych znacznie mniejsze zużycie energii na odparowanie wody. W ogólnym rachunku ekonomicznym dobra stabilizacja osadów po prostu się opłaca. Sorry taki mamy klimat, czyli konieczność buforowania zmieniającego się wraz z porami roku natężenia promieniowania słonecznego w suszarniach słonecznych W polskich warunkach klimatycznych natężenie promieniowania słonecznego w miesiącach zimowych jest przeciętnie 9-cio krotnie niższe niż w okresie letnim. Kolejną barierą dla procesu suszenia w okresie od późnej jesieni do wiosny jest znaczna wilgotność powietrza, a to oznacza proporcjonalnie wolniejsze parowanie wody i ubytek masy suszonych osadów, podczas gdy na oczyszczalni każdego miesiąca jest wytwarzana niemalże taka sama masa odwodnionych i czekających na wysuszenie osadów. Słoneczne suszarnie osadów ściekowych, 10 lat doświadczeń Strona 7

8 Rys.1: Przykładowe zmiany najistotniejszych dla suszarni słonecznych parametrów pogodowych na przestrzeni roku. [17] Z powodu klimatycznych uwarunkowań niemożliwym do technicznego zrealizowania jest założenie ogrzewanej słonecznej suszarni hybrydowej, która stale przyjmują osady i susząc je w warstwie o jednakowej grubości będzie gwarantować odparowanie stałej ilości wody w każdym z 12 miesięcy w roku. Po pierwsze żadna oczyszczalnia ścieków nie dysponuje taką ilością nadmiarowej energii, zwłaszcza zimą kiedy biogaz i ciepło z agregatów kogeneracyjnych jest z reguły w pierwszej kolejności wykorzystywane do ogrzewania komór fermentacyjnych i pozostałych obiektów oczyszczalni. Po drugie tak znacznego deficytu energii słonecznej nie da się wyrównać poprzez pompy ciepła, choćby z uwagi na fakt ograniczonej pojemności cieplnej osadników wtórnych, maksymalnej możliwej do uzyskania temperatury medium grzewczego (50-55 o C) i wreszcie wielkości powierzchni i kubatury suszarni słonecznych, która musi być ogrzewana. Po trzecie, nawet gdyby to było technicznie możliwe, nikogo nawet w najbogatszych państwach Europy Zachodniej na to po prostu nie stać. Wiele już napisano na temat zasilanego pompami ciepła ogrzewania podłogowego w suszarniach słonecznych. [18,19] Nawet przy wielokrotnie wyższych kosztach budowy hal suszarniczych (Myszków, Kłodzko, Bełchatów, Strzelin) i kilkunastokrotnie wyższym zużyciu Słoneczne suszarnie osadów ściekowych, 10 lat doświadczeń Strona 8

9 energii elektrycznej w przeliczeniu na 1 Mg odparowywanej wody, nie są one w stanie zagwarantować lepszego efektu niż odparowanie zaledwie kilkunastu procent wody więcej w stosunku do nieogrzewanych suszarni słonecznych. Taka inwestycja nie może zatem być opłacalna. Oczyszczalnie ścieków w Niemczech stosunkowo szybko wycofały się ze stosowania tej technologii, a wspomniana już wyżej suszarnia w Murnau po trzech latach zaprzestała eksploatacji ogrzewania podłogowego. A w Polsce? U nas już pracuje lub będzie funkcjonować łącznie 8 suszarni wyposażonych w pompy ciepła. Należą do nich między innymi warta 31 mln złotych inwestycja w Bełchatowie i 19 mln złotych w Strzelinie. Jeżeli zatem suszarni słonecznych nie da się odpowiednio intensywnie dogrzewać, to jedynym wyjściem pozostaje przeczekanie zimy i gromadzenie znacznej części powstających w tym okresie osadów w halach suszarniczych. Właśnie w halach, a nie na placach składowych. O tym, że praktycznie nie da się składować osadów w pryzmach, poza suszarniami i sukcesywnie wprowadzać do procesu od wiosny do jesieni wraz z na bieżąco powstającymi osadami, świadczy przykład suszarni w Antoniowie koło Ozimka. Została ona zaprojektowana i wyposażona w przewracarkę do suszenia osadów wyłącznie w cienkiej warstwie połączonej z recyrkulacją suszu, która wg założeń miała gwarantować dodatkowe rozluźnianie złoża i intensyfikację parowania wody. Działania te miały odpowiednio wspomagać suszenie i zapobiegać zagniwaniu osadów w suszarni. [15] Tymczasem wprowadzenie do suszarni źle ustabilizowanych osadów, i jak można założyć już częściowo zagnitych osadów, uruchomiło wiosną 2014 falę protestów przeciw odorom wydobywającym się z suszarni. Protesty trwały nieprzerwanie aż do jesieni, kiedy to zdecydowano nawet o okresowym wyłączeniu suszarni z działania. Obecnie zgodnie z decyzją Burmistrza Ozimka ze stycznia 2015 roku, osady od jesieni do wiosny, a także w okresach gorszej pogody, mają być utylizowane jak przed budową suszarni, czyli wywożone bezpośrednio po ich mechanicznym odwodnieniu bez składowania i oczekiwania na proces suszenia. [20] Tyle, że w polskich warunkach klimatycznych to aż pół roku i nie po to buduje się suszarnię, by prawie połowę wytwarzanych osadów nadal utylizować w postaci mokrej. Jak zatem bezpiecznie magazynować osady, i czym różni się składowanie osadów wewnątrz i poza halami suszarniczymi? Osady w suszarniach słonecznych nie leżą w pryzmach. Są zaraz po ich dostarczeniu rozkładane w równą warstwę i regularnie napowietrzane poprzez przewracanie. Jest rzeczą nieuniknioną, że przy długo utrzymującej się fali mrozów w końcu zamarzają, ale wtedy ustają także procesy ich biologicznego rozkładu. Zima nie jest sprzyjającym okresem dla suszarni słonecznych, tym nie mniej chcąc korzystać z profitów tej technologii trzeba być odpowiednio przygotowanym na jej przetrwane poprzez właściwie wybraną technologię suszenia. Suszenie osadów w zmiennej lub cienkiej warstwie Technologia zastosowana w większości polskich suszarni, zwłaszcza tych najdłużej działających (m.in. w Kozienicach, Iławie, Żarach, Myszkowie, Łańcucie) zakłada suszenie osadów w okresie letnim, tj. w czasie gdy woda z osadów paruje najszybciej, w warstwie cm i buforowanie okresów zimy poprzez sukcesywny przyrost grubości złoża do cm. Osady są przy tym regularnie przewracane i napowietrzane na całej powierzchni i w całym przekroju warstwy, a ich struktura z mazistej i ciągliwej jest zamieniana w formę luźnego i przepuszczalnego dla powietrza i pary wodnej granulatu. Słoneczne suszarnie osadów ściekowych, 10 lat doświadczeń Strona 9

10 Rys.2: Przykładowy wykres zmiany grubości warstwy osadów w suszarni solarnej suszącej osady w zmiennej warstwie. [17] Zdjęcie nr 4: Przewracarka podczas rozgarniania i rozdrabniania dowiezionej pryzmy mokrych osadów. Osady od samego początku przybierają postać granulatu. [17] Słoneczne suszarnie osadów ściekowych, 10 lat doświadczeń Strona 10

11 Zdjęcie nr 5: Rozdrobniona i równo rozgarnięta warstwa mokrych osadów po zakończeniu automatycznego programu ZAŁADUNEK. Luźna struktura i rozwinięta powierzchnia przyspieszają parowanie wody. [17] Niektórzy dostawcy urządzeń i technologii dla suszarni słonecznych stawiają na stałe utrzymywanie w suszarniach cienkiej warstwy osadów rzędu cm bez względu na porę roku. Tyle, że jest to realizowane kosztem systemów grzewczych dużej mocy (nawet powyżej 200 kw na pojedynczą halę) opartych najczęściej na pompach ciepła lub też wymaga proporcjonalnie większej powierzchni suszenia. W przeciwnym razie osady zimą, albo będą musiały trafiać na plac składowy albo, by zwolnić miejsce na kolejne partie, być wcześniej wygarniane z hal suszarniczych, zanim zdołają osiągnąć założony stopień wysuszenia. Przykładem dobrze ilustrującym różnice między efektami suszenia w zmiennej i cienkiej warstwie jest suszarnia słoneczna funkcjonująca od 2010 roku na oczyszczalni ścieków w Żaganiu. Pierwotnie zaprojektowana do kompensowania zimowego deficytu energii słonecznej poprzez wzrost grubości złoża do cm, czyli suszenia osadów w warstwie o zmiennej grubości, miała wg założeń zagwarantować uzyskanie minimalnej zawartości suchej masy w suszu na poziomie nie niższym niż 60% s.m. oraz średniej wartości rocznej w granicach 63-68%. [21] Po zamianie technologii na suszenie w cienkiej warstwie (10-20 cm), wygarniany z niej susz w miesiącu grudniu ma dla przykładu 27%, a w styczniu 33% s.m. [22] Pytanie, czy takie osady, zasadniczo nie różniące się masą i strukturą od osadów po urządzeniach odwadniających, w ogóle można nazwać suszem. W opinii autora projektu zamiennego taki rozrzut efektów suszenia jest wymuszony sezonową zmiennością pogody i w przypadku nieogrzewanych suszarni słonecznych jest w naszych warunkach klimatycznych nie do uniknięcia. Tyle, że w sąsiadujących z Żaganiem Żarach, osady poprzez buforowanie okresu zimy i wzrost grubości warstwy złoża do 40 cm, przetrzymuje się w halach suszarniczych aż do uzyskania 70-85% s.m. w każdej wygarnianej z suszarni partii. Wymaga to jednak zwiększenia grubości suszonego i przewracanego przez przewracarki złoża osadów do cm. I jeszcze jeden praktyczny przykład tym razem z Kozienic, świadczący o tym, że prowadzenie procesu suszenia w warstwie 20 cm nie ma wiele wspólnego ze specyficznymi Słoneczne suszarnie osadów ściekowych, 10 lat doświadczeń Strona 11

12 dla Polski warunkami klimatycznymi. Tamtejsza oczyszczalnia po zakończonej niedawno rozbudowie wytwarza taką ilość osadów, iż w ciągu ostatnich dwóch lat swojej eksploatacji (2014, 2015) była w stanie maksymalnie dociążyć swoją suszarnię słoneczną, dowożąc odwodnione osady wg takiego harmonogramu, by przez cały rok utrzymywać w niej warstwę suszonego złoża o grubości między 30 a 45 cm. Dzięki takiej eksploatacji, w stosunkowo niewielkiej hali o czynnej powierzchni suszenia wynoszącej 610 m 2 zdołano odparować w roku ok. 550 Mg wody uzyskując rekordowo wysoki współczynnik efektywności na poziomie 900 kg/m 2 /rok. Dla porównania w suszarni w Kłodzku, gdzie jest realizowana technologia cienkowarstwowa (10-20 cm) uzyskuje się efektywność 856 kg H2O/m 2, ale kosztem dodatkowego ogrzewania podłogowego o mocy 210 kw, a ten sam współczynnik dla nieogrzewanej suszarni w Żarowie wynosi 590 kg H2O/m 2. [23,7] Suszarnia w Kozienicach mogła uzyskać tak dobre rezultaty, pozwalające na pełne wykorzystanie dostępnej w ciągu całego roku kalendarzowego energii słonecznej, dzięki spełnieniu dwóch warunków: wprowadzania do suszarni osadów w zmiennej ilości proporcjonalnie do sezonowych zmian warunków pogodowych (tj. suszenia latem kilkakrotnie większej masy osadów niż zimą) oraz wcześniejszej dobrej stabilizacji, dzięki której odwodnione osady nie zagniwają, ani okresowo składowane na placu magazynowym, ani podczas suszenia w suszarni słonecznej. Podane praktyczne przykłady pozwalają wyciągnąć wniosek, że technologiczne założenie prowadzenie procesu suszenia w suszarniach słonecznych w warstwie 20 cm nie jest optymalnym rozwiązaniem dla polskich warunków klimatycznych, gdyż zimą nie daje możliwości dostatecznego buforowania deficytu energii słonecznej, a latem na pełne jej wykorzystanie. Wykonanie materiałowe urządzeń i infrastruktura towarzysząca Jeżeli zestawić i porównać koszty budowy polskich suszarni słonecznych okazuje się, że ceny wykonania pojedynczych hal suszarniczych o porównywalnej powierzchni i co istotne, wydajności różnią się od siebie niemalże trzykrotnie (Tabela 1). Różnice w cenach wynikają z odmiennych typów przewracarek i ich wykonania materiałowego, a także rodzaju pokrycia hal suszarniczych. Jak pokazuje wieloletnia praktyka krajów Europy Zachodniej, gdzie technologie suszenia słonecznego o wiele wcześniej i szerzej zaczęły być stosowane, żaden z tych elementów, tak istotnie ważących na cenie inwestycji, nie ma istotnego wpływu, ani na osiągane efekty, ani na trwałość i jakość suszarni słonecznych. Pokazują to dobrze nieproporcjonalnie niskie w stosunku do kosztów inwestycji różnice w jednostkowych współczynnikach masy odparowywanej wody z jednostki powierzchni suszarni słonecznych. Przeważająca większość hal suszarniczych zarówno w Polsce, jak i zagranicą, pokryta jest płytami poliwęglanowymi lub folią (przy czym na Zachodzie Europy przeważa folia), ale przykładowo dla suszarni osadów ściekowych w Strzelinie, a także w Olkuszu wybrano cyt. wysokoprzejrzyste panele szklane. [23] Choć trudno jednoznacznie wydzielić koszty budowy obu suszarni, stanowiących część większych zadań inwestycyjnych, bez wątpienia należą one do jednych z najdroższych, jakie w Polsce powstały. Panele szklane nie są optymalnym materiałem dla suszarni słonecznych. O ile istotnie ich przepuszczalność dla światła jest o kilkanaście procent wyższa od poliwęglanu, to współczynnik izolacji termicznej, szczególnie ważny w przypadku ogrzewanych suszarni słonecznych, jest z kolei aż pięciokrotnie gorszy. Ponadto z uwagi na ciężar właściwy, szkło wymaga dużo wytrzymalszej i droższej konstrukcji hal suszarniczych. Wielokrotnie wyższych kosztów inwestycji nigdy nie będą w stanie zrekompensować hipotetycznie lepsze i trwalsze efekty suszenia. Wbrew doświadczeniom krajów dużo bogatszych, ale gospodarnie wydatkujących środki finansowe, jak Niemcy, Austria, Francja, czy Szwajcaria, gdzie wykonanie przewracarek ze stali nierdzewnej należy do rzadkości, w Polsce taki warunek jest często umieszczany w SIWZ. Tymczasem przewracarki wykonane z zabezpieczonych antykorozyjnie odpowiednich gatunków utwardzonej czarnej stali narzędziowej pracują na kilkudziesięciu Słoneczne suszarnie osadów ściekowych, 10 lat doświadczeń Strona 12

13 oczyszczalniach nie tylko bez większych remontów, ale często nawet bez wymiany części podlegających naturalnemu zużyciu, już ponad kilkanaście lat. Dzięki odpowiednio intensywnej wentylacji (podstawowy warunek dobrego suszenia), przewracarki do osadów nie są w żaden szczególny sposób narażone na korozyjne działanie wilgoci i agresywnych gazów. Istotnym problemem są natomiast, o czym się często zapomina, silne własności abrazyjne odwodnionych osadów, a w szczególności suszu, który przy przewracaniu działa na powierzchnie metali jak materiał ścierny. Warto na ten wydawałoby się oczywisty fakt zwrócić uwagę, nim zażąda się od wykonawcy zakupu i montażu o 40-50% droższego i w sumie mechanicznie mniej wytrzymałego urządzenia ze stali nierdzewnej. Kolejnym po pompach ciepła i wykonaniu materiałowym, trendem wpływającym istotnie zarówno na wzrost kosztów inwestycyjnych, jak i koszty eksploatacji, sprzecznym z ideą prostoty suszarni słonecznych jest ich obudowywanie najróżniejszymi systemami mechanicznego transportu osadów. Trend ten jest o tyle kuriozalny, że systemy te, zwłaszcza podawanie osadów do suszarni przez rurociągi podziemne i pompy wysokociśnieniowe często sam zużywa o wiele więcej energii elektrycznej niż same suszarnie. Ponadto nawet z najlepiej odwodnionych osadów czynią lepiącą się i trudną do przewracania maź. Opierając się na doświadczeniach suszarni termicznych, które nie mogą funkcjonować bez automatycznej dostawy i odbioru suszu, należałoby zwrócić uwagę, że trudne własności reologiczne osadów, w tym oblepianie, zasychanie, zamarzanie, czy wreszcie wycieranie elementów roboczych podajników, są niejednokrotnie częstszą przyczyną awarii i problemów eksploatacyjnych niż same suszarki. Bezsprzeczną zaletą suszarni słonecznych jest fakt, że takich systemów nie potrzebują, a więc czy obsługa oczyszczalni rzeczywiście nie może się bez nich obejść? Zdjęcie nr 6: Bilten, Szwajcaria załadunek mokrych osadów ładowarką. Składająca się z 4 hal suszarnia nie ma automatycznego systemu dystrybucji osadów, hale są pokryte folią, a przewracarki wykonane z czarnej stali narzędziowej. [17] Słoneczne suszarnie osadów ściekowych, 10 lat doświadczeń Strona 13

14 Zdjęcie nr 7: Wykonana z odpowiednich gatunków utwardzonej stali czarnej przewracarka WendeWolf na oczyszczalni Sargans, Szwajcaria bez śladów korozji mimo kilkunastu lat pracy. [17] Jednym z ostatnich trendów, jakie można zauważyć w suszarniach słonecznych, jest jakoby innowacyjne rozwiązanie, polegające na wprowadzeniu zasady załadunku mokrych osadów i odbioru suszu z tej samej strony hal suszarniczych. [25,26] Zaletą takiego rozwiązania ma być jakoby obniżenie ogólnych kosztów inwestycji poprzez brak konieczności wykonania drogi dojazdowej oraz bramy z tyłu suszarni. Tyle, że na tych samych obiektach (jak do tej pory dwóch w Polsce), zaprojektowano jednocześnie systemy automatycznych podajników do załadunku mokrych osadów i odbioru suszu, ogrzewanie podłogowe, suszenie w cienkiej warstwie oraz dostawę przewracarek do osadów wykonanych w całości ze stali nierdzewnej. Koszt budowy jednej tego typu hali suszarni słonecznej, która została oddana do użytku w 2015 roku to 4 mln. złotych. Przy zestawieniu tej kwoty z kosztem budowy jednej hali suszarniczej suszarni w Żarach z bramami w obu ścianach szczytowych (1,9 mln zł) trudno tu doszukać się rzeczywistych oszczędności. [26] Podsumowanie Technologie słonecznego suszenia osadów ściekowych zyskały należne uznanie i dobrze się sprawdziły na wielu polskich oczyszczalniach ścieków. Wobec zakazu utylizacji osadów ściekowych poprzez składowanie od początku 2016 roku, stanowią dla mniejszych i średnich oczyszczalni najlepszą drogę do ich ostatecznej utylizacji poprzez przyrodnicze lub termiczne wykorzystanie. Wiele obiektów, jak suszarnie słoneczne w Żarach, Kozienicach, Łańcucie, czy Chełmie udowodniły, że są to w zasadniczej większości TANIE, ENERGOOSZCZĘDNE, PROSTE i NIEZAWODNE w działaniu. Choć nie wszystkie zastosowane przy ich projektowaniu i budowie rozwiązania najlepiej się sprawdziły, a inne zweryfikuje najbliższa przyszłość, to z każdym rokiem i z każdym oddawanym obiektem jesteśmy bogatsi o własne praktyczne doświadczenia. Słoneczne suszarnie osadów ściekowych, 10 lat doświadczeń Strona 14

15 Literatura: 1. Z.Sadecka, K.Trojanowska: Blaski i cienie suszarni słonecznych, Wodociągi i Kanalizacje, 4/ W.Podewils: Best Available Techniques w suszeniu i spalaniu osadów, Wodociągi i Kanalizacje 2/ W.Dadej, A.Pecio: Efektywność ekonomiczna unieszkodliwiania osadów ściekowych na przykładzie STSOO w Lublinie, VIII Konferencja Suszenie i termiczne przekształcanie osadów ściekowych materiały konferencyjne 5. Trojanowska K.: Suszarnie słoneczne aspekty ekonomiczne. Wodociągi i Kanalizacje 5/ Projeko, Dokumentacja projektowa modernizacji i rozbudowy Oczyszczalni Ścieków w Chełmie R.Sobczyk, J.Dembińska: Suszarnia słoneczna w Antoniowie, Forum Eksploatatora VII/VIII A.Gołębiewski: Osady a sprawa polska, Wodociągi i Kanalizacje 3/ Materiały Eurotech, IST-Anlagenbau, 18. Trojanowska K.: Słońce górą. Wodociągi i Kanalizacje, 5/ Trojanowska K., Sadecka Z., Myszograj S.: Suszarnie solarne jak wybrać najlepszą technologię. Wodociągi i Kanalizacje, I/ SIWZ cz.iii: EKOTOP Sobczyk R. Słonaczna suszarnia osadów ściekowych w Żaganiu, Projekt Budowlany, Technologia 22. Sobczyk R.,Orłowski Z.: Suszarnia słoneczna w Żaganiu już funkcjonuje. Forum Eksploatatora, 9/ Sobczyk R., Sypuła M.: Doświadczenia z eksploatacji suszarni osadów na oczyszczalni ścieków w Kłodzku, Forum Eksploatatora III/IV PW Zamienny: Przebudowa i Rozbudowa oczyszczalni ścieków w Olkusz, Technologia Słoneczne suszarnie osadów ściekowych, 10 lat doświadczeń Strona 15