Termiczne przekształcanie osadów ściekowych

Transkrypt

1 Konferencja: Wykorzystanie norweskich technologii do termicznej utylizacji osadów ściekowych Lednogóra, Termiczne przekształcanie osadów ściekowych dr inż. Ryszard Wasielewski

2 Komunalne osady ściekowe wytwarzanie i kierunki zagospodarowania w latach /30 GUS 2014

3 Osady ściekowe kierunki zagospodarowania w 2013 r. Komunalne osady ściekowe Przemysłowe osady ściekowe GUS /30

4 Zmiany w strukturze odzysku i unieszkodliwiania komunalnych osadów ściekowych w perspektywie do 2020 roku KPGO /30

5 Zagospodarowanie osadów ściekowych uwarunkowania prawne Ustawa z dnia 14 grudnia 2012 r. o odpadach (Dz. U. 2013, nr 0, poz. 21 z późn. zm.) Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 9 grudnia 2014 r. w sprawie katalogu odpadów (Dz. U. 2014, nr 0, poz. 1923) Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 6 lutego 2015 r. w sprawie komunalnych osadów ściekowych (Dz. U. 2015, nr 0, poz. 257) Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 8 stycznia 2013 r. w sprawie kryteriów oraz procedur dopuszczania odpadów do składowania na składowisku odpadów danego typu (Dz. U 2013, poz. 38) 5/30

6 Termiczne przekształcanie osadów ściekowych - wyzwania Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 8 stycznia 2013 r. w sprawie kryteriów oraz procedur dopuszczania odpadów do składowania na składowisku odpadów danego typu (Dz. U. 2013, poz. 38) wprowadza z dniem 1 stycznia 2016 r. zakaz składowania na składowisku odpadów innych niż niebezpieczne i obojętne między innymi dla odpadów o kodzie , czyli dla ustabilizowanych komunalnych osadów ściekowych, jeśli nie spełnią wymagań kryterialnych zapisanych w tabeli załącznika nr 4, Parametr Jednostka graniczna Wartość graniczna Ogólny węgiel organiczny % s.m. 5 Strata przy prażeniu % s.m. 8 Ciepło spalania MgJ/kg s.m. 6 6/30

7 Termiczne przekształcanie osadów ściekowych - aspekty prawne odzysk energii rozumie się przez to termiczne przekształcanie odpadów w celu odzyskania energii, Ustawa o odpadach (Dz. U. z 2013 r, poz.21) - definicje: termiczne przekształcanie odpadów rozumie się przez to: a) spalanie odpadów przez ich utlenianie, b) inne niż wskazane w lit. a) procesy termicznego przetwarzania odpadów, w tym pirolizę, zgazowanie i proces plazmowy, o ile substancje powstające podczas tych procesów są następnie spalane unieszkodliwianie odpadów rozumie się przez to proces niebędący odzyskiem, nawet jeżeli wtórnym skutkiem takiego procesu jest odzysk substancji lub energii 7/30

8 Podstawowe wymagania techniczne dla prowadzenia termicznego przekształcania osadów ściekowych Rozporządzenie Ministra Gospodarki z 21 marca 2002r. w sprawie wymagań dotyczących prowadzenia procesu termicznego przekształcania odpadów (Dz. U. nr 37, poz. 339, z późn. zm.) Rozporządzenie Ministra Środowiska z 30 października 2014r. w sprawie wymagań w zakresie prowadzenia pomiarów wielkości emisji oraz pomiarów ilości pobieranej wody (Dz. U. nr 0, poz. 1542) Rozporządzenie Ministra Środowiska z 4 listopada 2014r. w sprawie standardów emisyjnych dla niektórych rodzajów instalacji, źródeł spalania paliw oraz urządzeń spalania lub współspalania odpadów (Dz. U. nr 0, poz. 1546) odpowiednia temperatura procesu (850 lub 1100 o C w zależności od zawartości chloru) i odpowiedni czas przebywania spalin w obszarze tej temperatury (co najmniej 2 sek.), wysoki stopień dopalenia żużli i popiołów paleniskowych (całk. zaw. węgla organicznego <3% lub udział części palnych < 5%) obowiązek prowadzenia rozszerzonego monitoringu emisyjnego obowiązek dotrzymywania podwyższonych standardów emisyjnych. 8/30

9 9/30 Parametry energetyczne komunalnych osadów ściekowych

10 Termiczne przekształcanie osadów ściekowych główne metody osad ściekowy odwadnianie suszenie monospalanie współspalanie inne procesy termiczne piece półkowe piece fluidalne piece rusztowe piece obrotowe współspalanie z odpadami komunalnymi współspalanie z węglem w cementowniach współspalanie z węglem w elektrociepłowniach piroliza zgazowanie procesy hybrydowe piece do wytapiania 10/30

11 11/30 Spalarnie osadów ściekowych w Polsce (2014 r) Lp. Oczyszczalnia Wydajność nominalna, Charakterystyka instalacji Mg s.m./rok 1. Gdynia 9000 Suszarka bębnowa, piec fluidalny, filtr workowy + skruber, własne składowisko popiołu 2. Łomża 1500 Suszarka taśmowa, piec rusztowy, multicyklon + płuczka fluidalna 3. Olsztyn 3000 Suszarka cienkowarstwowa, piec rusztowy, filtr workowy, 2 linie 4. Szczecin 9000 Suszarka taśmowa, piec rusztowy, filtr workowy, 2 linie 5. Łódź Suszarka dyskowa, piec fluidalny, multicyklon + filtr workowy, 2 linie, własne składowisko popiołów 6. Kraków Suszarka dyskowa, piec fluidalny, multicyklon + elektrofiltr + filtr workowy, zestalanie pozostałości 7. Bydgoszcz Suszarka dyskowa, piec fluidalny, reaktor półsuchy + filtr workowy + SCR 8. Zielona Góra 6700 Suszarka cienkowarstwowa, piec rusztowy, cyklon + filtr workowy 9. Kielce 6000 Suszarka dyskowa, piec fluidalny, cyklon + filtr workowy 10. Warszawa Suszarka dyskowa, piec fluidalny, multicyklon + filtr workowy + SCR, produkcja energii elektrycznej (turbina parowa), zestalanie pozostałości, 2 linie 11. Gdańsk Suszarka dyskowa, piec fluidalny, 2 x filtr workowy, zestalanie pozostałości Łączny potencjał krajowych instalacji spalania osadów Mg s.m./rok

12 12/30 Spalarnie osadów ściekowych w Polsce (2014 r) Koszty inwestycyjne mln zł/(1000 Mg/s.m.) Podstawowe koszty eksploatacyjne: Paliwo dodatkowe (biogaz, gaz ziemny lub olej opałowy w przeliczeniu na gaz ziemny): 0 20 m 3 /Mg osadu odwodnionego Energia elektryczna kwh/mg osadu odwodnionego Koszt oczyszczania spalin: Koszt sorbentów wtryskiwanych w układach oczyszczania spalin: Kwaśny węglan sodu kg/mg osadu odwodnionego Węglan lub wodorotlenek sodu ok. 20 kg/mg sadu odwodnionego Węgiel aktywny 0,1 1,6 kg/mg osadu odwodnionego Woda amoniakalna lub mocznik wtryskiwany w układach niekatalitycznej redukcji tlenków azotu (SNCR) ok. 6 dm 3 / Mg osadu odwodnionego Koszt zagospodarowania odpadów z oczyszczania spalin: Żużle i popioły (odpady inne niż niebezpieczne) zł/mg odpadu Żużle i popioły (odpady niebezpieczne) zł/mg odpadu (również dla odpadów zestalonych) Koszt załogi operatorskiej: osób

13 13/30 Spalanie osadów w złożu fluidalnym (PYROFLUID Veolia - Francja)

14 Spalanie osadów ściekowych w kotle z rusztem mechanicznym (BioCon Energy Recovery System - Francja) 14/30

15 15/30 Witryfikacja osadów ściekowych (GlassPack - USA)

16 16/30 Współspalanie osadów ściekowych z węglem brunatnym w kotle fluidalnym CFB (Barrenrath - Niemcy)

17 Współspalanie osadów ściekowych z odpadami komunalnymi (PYROMIX Veolia - Francja) Spalarnia Quimper, Francja 17/30

18 Zgazowanie osadów ściekowych w reaktorze ze złożem fluidalnym (Kopf Niemcy) 18/30

19 19/30 Piroliza osadów ściekowych (Greenlife - Austria)

20 Piroliza/spalanie osadów ściekowych (Pyrobustor Essenmann - Niemcy) 20/30 20

21 Nowe trendy w zakresie zagospodarowania popiołu ze spalania osadów ściekowych Skład chemiczny popiołu ze spalania wybranych komunalnych osadów ściekowych Próbka Al 2 O 3 CaO Fe 2 O 3 K 2 O MgO Na 2 O P 2 O 5 SiO 2 Osad A 15,6 12,3 5,4 0,5 2,5 0,3 14,0 41,6 Osad B 14,8 7,9 11,9 1,7 2,8 0,6 20,7 34,6 Osad C 15,3 10,9 5,5 1,9 3,8 0,4 26,7 31,8 Osad D 11,1 7,6 24,6 0,8 3,3 0,7 22,1 25,7 Osad E 12,9 17,1 11,2 2,1 2,6 1,1 15,8 30,4 Osad F 12,3 13,2 15,1 1,4 1,5 0,6 13,2 36,5 Osad G 16,2 20,8 2,8 1,4 1,4 0,6 18,4 30,3 Osad H 16,9 16,9 5,6 1,6 1,6 0,7 13,8 35,2 21/30

22 Nowe trendy w zakresie zagospodarowania popiołu ze spalania osadów ściekowych Naturalne złoża fosforanów wyczerpują się przy rosnącym zapotrzebowaniu (2013 r. 18 mld Mg, dostępność 115 lat). 4 kraje dysponują ponad 80% światowych rezerw rud fosforanów: Maroko i Sahara Zachodnia - 36,5%, Chiny - 23,7%, Jordania - 9,6%, RPA - 9,6%. Popiół ze spalania osadów ściekowych może zawierać podobne ilości fosforu jak naturalne rudy fosforytowe. W wielu krajach europejskich, m.in. w Niemczech obserwuje się prace legislacyjne zmierzające do zapewnienia możliwości odzysku fosforu z popiołów pochodzących ze spalania osadów ściekowych. Prace te zmierzają do wprowadzenia nakazu monoskładowania popiołu ze spalania osadów ściekowych na wydzielonych składowiskach, umożliwiających w przyszłości skierowanie go do specjalnych instalacji do odzysku fosforu co może być czynnikiem hamującym rozwój technologii współspalania osadów ściekowych z węglem lub odpadami komunalnymi. Na przestrzeni ostatnich 15 lat opracowano ponad 40 metod odzysku fosforu. 22/30

23 Zawartość frakcji biodegradowalnej w osadach ściekowych Zawartość frakcji biodegradowalnej w próbkach komunalnych osadów ściekowych określona metodą selektywnego rozpuszczania Średnio 91,1% Osady ściekowe z całą pewnością należą do grupy odpadów biodegradowalnych. Jednak zawartość frakcji biodegradowalnej oznaczona metodą selektywnego roztwarzania i przeliczona na stan suchy i bezpopiołowy wykazuje poziom nieco niższy niż 100%. Może to wynikać z niedoskonałości zastosowanej metody analitycznej, ale przede wszystkim z faktu, iż frakcja organiczna osadów ściekowych składa się również ze związków organicznych niebiodegradowalnych (np. środków powierzchniowo czynnych). 23/30

24 Aspekty ekonomiczne Osady ściekowe jako materiał palny o zerowym współczynniku emisji CO2 Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 12 września 2008 r. w sprawie sposobu monitorowania wielkości emisji substancji objętych wspólnotowym systemem handlu uprawnieniami do emisji (Dz. U. Nr 183, Poz.1142) CZĘŚĆ F Wykaz materiałów uznawanych za biomasę neutralną pod względem CO2 1. Za biomasę, której przydzielony jest wskaźnik emisji CO2 wynoszący 0 [Mg CO2/TJ lub Mg lub m3], uznaje się: 1) Grupa 1: Rośliny i części roślin między innymi: słoma, siano i trawa, liście, drewno, korzenie, pnie, kora, rośliny uprawne, w tym kukurydza i pszenżyto; 2) Grupa 2: Odpady biomasy, produkty i produkty uboczne z biomasy między innymi: odpady przemysłowe drewna, w tym odpady z obróbki i przetwórstwa drewna, wytwarzanie przedmiotów i konstrukcji drewnianych oraz powstające przy wytwarzaniu materiałów drewnopochodnych, drewno poużytkowe, w tym produkty i materiały drewniane oraz poużytkowe produkty finalne i półprodukty przetwórstwa drzewnego, odpady na bazie drewna z przemysłu celulozowego, drzewne i drewnopochodne odpady przemysłu papierniczego, np. ług czarny, surowy olej talowy, olej talowy oraz olej smołowy z produkcji celulozy, pozostałości z leśnictwa, lignina z przetwarzania roślin zawierających lignocelulozę, mączka zwierzęca, rybna i spożywcza, tłuszcze, oleje i łój zwierzęcy, rybne i spożywcze, pierwotne (biomasowe) pozostałości przy produkcji żywności i napojów, oleje i tłuszcze jadalne; nawóz zwierzęcy, pozostałości roślin uprawnych, osady ściekowe, biogaz wytwarzany podczas procesów gnilnych, fermentacji lub gazyfikacji biomasy, szlam portowy i inne szlamy i osady wodne, gaz składowiskowy; węgiel drzewny; 3) Grupa 3: Frakcje biomasy z materiałów mieszanych między innymi: frakcja biomasy z ładunku zbieranego z powierzchni zbiorników wodnych w ramach ich utrzymywania, frakcja biomasy z pozostałości mieszanych pochodzących z produkcji żywności i napojów, frakcja biomasy z kompozytów zawierających drewno, frakcja biomasy z odpadów włókienniczych, frakcja biomasy z papieru, tektury i tektury wielowarstwowej, frakcja biomasy z odpadów komunalnych i przemysłowych, frakcja biomasy ługu siarczynowego zawierająca węgiel pochodzenia organicznego, frakcja biomasy z przetworzonych odpadów komunalnych i przemysłowych; frakcja biomasy z eteru etylowo-tert-butylowego (ETBE); frakcja biomasy z butanolu; 4) Grupa 4: Paliwa, których wszystkie składniki i produkty pośrednie zostały wyprodukowane z biomasy między innymi: bioetanol, biodiesel, eteryfikowany bioetanol, biometanol, bioeter dimetylowy, bioolej i biogaz. 24/17

25 Aspekty ekonomiczne Osady ściekowe jako nośnik energii odnawialnej Ustawa z dnia 20 lutego 2015 r. o odnawialnych źródłach energii (Dz. U. 2015, nr 0, poz. 478) Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 18 października 2012 r. w sprawie szczegółowego zakresu obowiązków uzyskania i przedstawienia do umorzenia świadectw pochodzenia, uiszczenia opłaty zastępczej, zakupu energii elektrycznej i ciepła wytworzonych w odnawialnych źródłach energii oraz obowiązku potwierdzania danych dotyczących ilości energii elektrycznej wytworzonej w odnawialnym źródle energii (Dz. U. 2012, nr 0, poz.1229) Biomasa stałe lub ciekłe substancje pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego, które ulegają biodegradacji, pochodzące z produktów, odpadów i pozostałości z produkcji rolnej i leśnej oraz z przemysłu przetwarzającego ich produkty, oraz ziarna zbóż niespełniające wymagań jakościowych dla zbóż w zakupie interwencyjnym, a także ulegająca biodegradacji część odpadów przemysłowych i komunalnych, pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego, w tym odpadów z instalacji do przetwarzania odpadów oraz odpadów z uzdatniania wody i oczyszczania ścieków, w szczególności osadów ściekowych, zgodnie z przepisami o odpadach w zakresie kwalifikowania części energii odzyskanej z termicznego przekształcania odpadów. 25/30

26 Aspekty ekonomiczne Osady jako nośnik energii odnawialnej Ustawa o odpadach (Dz. U. z 2013 r, poz.21) Art Część energii odzyskanej z termicznego przekształcania odpadów zawierających frakcje biodegradowalne może stanowić energię z odnawialnego źródła energii, jeżeli są spełnione warunki techniczne zakwalifikowania części energii odzyskanej z termicznego przekształcania odpadów jako energii z odnawialnego źródła energii, o których mowa w przepisach wydanych na podstawie ust Minister właściwy do spraw środowiska w porozumieniu z ministrem właściwym do spraw gospodarki określi, w drodze rozporządzenia, warunki techniczne kwalifikowania części energii odzyskanej z termicznego przekształcania odpadów jako energii z odnawialnego źródła, kierując się możliwościami technicznymi, frakcjami biodegradowalnymi zawartymi w określonych rodzajach odpadów oraz ochroną środowiska. Obecnie istniejące przepisy wykonawcze umożliwiają kwalifikację dla: - odpadów całkowicie biodegradowalnych (Dz. U. 2012, nr 0, poz. 1229), - stałych odpadów komunalnych termicznie przekształcanych w spalarniach odpadów (Dz. U. nr 117, poz. 788 z 2010r.) 26/30

27 Zagospodarowanie osadów ściekowych w instalacji BIONOR w Łubowie Oczyszczanie ścieków Odwadnianie osadów Kompostowanie osadów Spalanie kompostu Parametry energetyczne kompostu z instalacji w Łubowie Opis Symb. Jedn. Wartość oznaczona Zawartość wilgoci w stanie roboczym W r t % 25,1 Zawartość popiołu A r % 8,3 Zawartość siarki S r t % 0,23 Wartość opałowa w stanie roboczym Q r i J/g Zawartość frakcji biodegradowalnej X daf B % 95,3 27/30

28 Zagospodarowanie osadów ściekowych w instalacji BIONOR w Łubowie Kompost wytwarzany przez firmę BIONOR w instalacji w Łubowie spełnia wymagania określone normą BN-89/ oraz przepisami rozporządzeniem Ministra Rolnictwa i Rozwoju Wsi z dnia 18 czerwca 2008 r. w sprawie niektórych przepisów ustawy o nawozach i nawożeniu (Dz. U. nr 119, poz. 765 z poźn. zm.). Kompost jest materiałem standaryzowanym o cechach produktu. Wysoka zawartość frakcji biodegradowalnej (na poziomie powyżej 95% udziału w substancji organicznej) pozwala na zaliczenie kompostu do materiałów o cechach biomasy stałej. Kocioł HKRST 10N (prod. REKA A/S - Dania), w który wyposażona jest instalacja w Łubowie, ze względu na niewielką moc cieplną (14,9 kw) nie jest objęty standardami emisyjnymi przewidzianymi w przepisach rozporządzenia Ministra Środowiska z dnia 4 listopada 2014 r. w sprawie standardów emisyjnych dla niektórych rodzajów instalacji, źródeł spalania paliw oraz urządzeń spalania lub współspalania odpadów (Dz. U r., poz.1546). 28/30

29 Zagospodarowanie osadów ściekowych w instalacji BIONOR w Łubowie Wyniki pomiarów energetyczno-emisyjnych podczas spalania kompostu w kotle HKRST 10N w Łubowie Opis Symbol Jednostka Wartość Temperatura wody na dolocie do kotła t 1 o C 47,72 Temperatura wody na wylocie z kotła t 2 o C 53,66 Moc kotła Q k kw 8,3 Temperatura spalin t sp o C 267,0 Ciąg kominowy p k Pa 23,8 Stężenie CO 2 CO 2 % 10,63 Stężenie O 2 O 2 % 8,48 Stężenie CO CO mg/m 3 u 835,7 Stężenie SO 2 SO 2 mg/m 3 u 238,1 Stężenie NO x NO x mg/m 3 u 721,7 Energetyczne wykorzystanie kompostu niesie pewne wątpliwości formalne. Przepisy prawne i normowe dla kompostu odnoszą się do wytworzenia produktu o cechach uprawniających jego wykorzystanie wyłącznie do celów nawożenia, a nie produkcji energii lub ciepła. Kocioł, w którym przeprowadzono badania jest nominalnie przeznaczony do spalania peletów drzewnych, nie kompostu. Wykonanie porównawczego testu emisyjnego spalania peletów drzewnych i kompostu mogłoby wyjaśnić, czy energetyczne wykorzystanie kompostu w badanym kotle nie prowadzi do zwiększenia emisji zanieczyszczeń i pogorszenia warunków środowiskowych. 29/30

30 Podsumowanie Termiczne przekształcanie osadów ściekowych jest niezbędnym elementem gospodarki odpadami, ze względu na ograniczone możliwości ich rolniczego wykorzystania oraz zakaz składowania osadów ściekowych nie spełniających określonych kryteriów jakościowych. Istnieje wiele metod termochemicznej konwersji osadów ściekowych jednak dla odzysku energii najczęściej stosowane są procesy spalania/współspalania z paliwami kopalnymi. Działalność w zakresie odzysku energii z osadów ściekowych wiąże się z koniecznością spełniania wymagań formalno-prawnych i technicznych dla procesu termicznego przekształcania odpadów. Popiół ze spalania osadów ściekowych może zawierać podobne ilości fosforu jak naturalne rudy fosforytowe. Obserwowane są liczne działania badawcze w kierunku wykorzystania popiołu z osadów ściekowych jako surowca do produkcji fosforu. Odzysk energii z osadów ściekowych może przynieść operatorowi instalacji dodatkowe korzyści związane z rozliczaniem unikniętej emisji ditlenku węgla oraz produkcją energii elektrycznej zaliczanej do energii pochodzącej z odnawialnych źródeł energii. Osady ściekowe są bowiem odpadem o bardzo wysokiej zawartości frakcji biodegradowalnej. zastosowana przez firmę BIONOR Sp. z o. o. w Łubowie technologia oczyszczania ścieków w połączeniu z wytwarzaniem kompostu z osadów ściekowych oraz jego energetyczne wykorzystanie do produkcji ciepła stanowi przykład udanego kompleksowego rozwiązania technologicznego dla małych instalacji. 30/30

31 DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ INSTYTUT CHEMICZNEJ PRZERÓBKI WĘGLA ul. Zamkowa 1; Zabrze Telefon: Fax: Internet: NIP: Regon: