FERMENTACJA METANOWA W PRZETWARZANIU ODPADÓW KOMUNALNYCH DOŚWIADCZENIA EKSPLOATACYJNE I PROJEKTOWANE WYMOGI BAT

Transkrypt

1 FERMENTACJA METANOWA W PRZETWARZANIU ODPADÓW KOMUNALNYCH DOŚWIADCZENIA EKSPLOATACYJNE I PROJEKTOWANE WYMOGI BAT JACEK CHRZĄSTEK STRABAG UMWELTTECHNIK GMBH INŻYNIERIA I BUDOWA INSTALACJI OCHRONY ŚRODOWISKA V Bałtyckie Forum Biogazu czerwiec 2016

2 STRABAG UMWELTTECHNIK GMBH KOMPETENTNY PARTNER W PRZETWARZANIU FRAKCJI BIODEGRADOWALNEJ Ponad 70 inżynierów procesowych i technologów z prawie czterdziestoletnim stażem w zakresie technologii kompostowania i fermentacji odpadów (Zell am See 1978) Biura w Niemczech (Drezno), Polsce, Austrii, Francji, Rumunii, Białorusi Obszar działania: cały świat, ze szczególnym uwzględnieniem Europy Środkowej Zakres działania: od Konsultanta do Generalnego Wykonawcy Core Business: projektowanie, dostawa i rozruch technologii na miarę Oferowane technologie: Kompostowanie od membranowych do komorowych z automatycznym za i rozładunkiem Sucha fermentacja Mokra fermentacja Wzbogacanie biogazu Zespół w Polsce 7 osób ze wsparciem polskich struktur koncernu Strabag Zakończone inwestycje : MBP Tychy jako Generalny Wykonawca, rozruch maj 2014, odbiór listopad 2014, MBP Stalowa Wola Dostawca Technologii fermentacji odbiór grudzień 2015 W realizacji/ zakończone: technologia fermentacji : MBP Kielce (w trakcie rozruchu), technologia kompostowania: 3 zakłady MBP w centralnej Polsce MBP Ljubliana, Helsinki, Liege Modernizacja MBP Lemgo 1 Seite 2

3 STRABAG UMWELTTECHNIK GMBH Obiekty referencyjne w Polsce i bezpośrednim sąsiedztwie Kompostownie Instalacje fermentacji Biogazownie rolnicze Obiekty w budowie 1 Seite 3

4 OBECNE TRENDY I DOCELOWY MODEL FUNKCJONOWANIA INSTALACJI FERMENTACJI METANOWEJ W POLSCE DZIŚ: Jedyny sensowny sposób przetworzenia frakcji 0-80mm Wydzielanie i przetwarzanie frakcji 0-80mm z Odpadów Komunalnych Zmieszanych (OKZ) z pominięciem popiołów i części twardych Modernizacja istniejących zakładów MBP poprzez dobudowanie węzła fermentacji Bezinwestycyjne zwiększenie przepustowości istniejących kompostowni poprzez skrócenie fazy tlenowej Współpraca z wieloma technologiami kompostowania i stabilizacji w tym pryzmowymi, membranowymi (AT4 pofermentatu <20) Obniżenie uciążliwości odorowych istniejących instalacji kompostowania i stabilizacji Seite 4

5 OBECNE TRENDY I DOCELOWY MODEL FUNKCJONOWANIA INSTALACJI FERMENTACJI METANOWEJ W POLSCE JUTRO: Model docelowy selektywna zbiórka odpadów zielonych i kuchennych zastępująca OKZ Przetwarzanie selektywnie zebranych odpadów biodegradowalnych w kierunku produkcji kompostu i biogazu Możliwość stopniowej implementacji modelu docelowego bez zmiany w technologii czy konieczności dodawania np. materiału strukturalnego Współfermentacja odpadów podnoszących produkcję biogazu z przetwórstwa spożywczego, zielonych, restauracyjnych w tym tłuszczów Seite 5

6 DANE Z WYBRANYCH INSTALACJI

7 CENTRO DE TRATAMIENTO DE RESIDUOS VALLADOLID, HISZPANIA Inwestor U.T.E. Planta de Tratamiento de Valladolid Lokalizacja Valladolid/Hiszpania Proces Przygotowanie wsadu /Bufor / Sucha fermentacja Przepustowość t/a frakcji podsitowej 0-80mm z MSW Zakres robót projekt technologiczny, inżynieria procesowa, dostawa wyposażenia, rozruch Start Seite 7

8 CENTRO DE TRATAMIENTO DE RESIDUOS VALLADOLID, SPAIN Valladolid średnie wyniki: 103 Nm³/t wsadu Metan 65,5 % 4 Seite 8

9 AD FACILITY ECOPARC 1, BARCELONA, HISZPANIA Inwestor UTE Ecoparc Lokalizacja Barcelona/Spain Proces Mezofilna mokra fermentacja/ kompostowanie tunelowe Przepustowość Calkowita: t/a Fermentacja ze stabilizacją tlenową: t/a frakcji podsitowej Kompostownia: t/a selektywnie zbieranych bio Zakres robót Inżyniering, dostawa i montaż wyposażenia, AKPiA, rozruch, nadzór eksploatacyjny Start 2001 Zamknięcie

10 AD FACILITY ECOPARC 1, BARCELONA, SPAIN 101 Nm³/t wsadu 4 Metan 67 %

11 AD FACILITY MONDERCANGE, LUXEMBOURG Segregowane u źródła odpady kuchenne i zielone Zbiórka do pojemników Zmieszane zielone i kuchenne z terenów wiejskich Niska zawartość zanieczyszczeń Zanieczyszczenia usuwane przy doczyszczaniu kompostu 4

12 AD FACILITY MONDERCANGE, LUXEMBOURG MONDERCANGE DANE OPERACYJNE od do Odpady przyjęte Średni załadunek Produkcja biogazu Dzienna produkcja biogazu Średnia produkcja biogazu ton 44,5 ton/d Nm³ Nm³/d 134,4 Nm³/t Średnia zawartość metanu 56,1 % 4

13 AD FACILITY VALORSUL, LISBON, PORTUGAL Klient Valorsul S. A., Lisbon Wykonawca Konsorcjum: Linde/Koch de Portugal/Edifer Lokalizacja Amadora, Lizbona/Portugalia Proces Przygotowanie mechaniczne Termofilowa mokra fermentacja/ kompostowanie tunelowe, utylizacja biogazu w CHP Przepustowość t/a bioodpadów z targowisk, restauracji, stołówek Scope of work Projektowanie, wykonawstwo pod klucz, rozruch, nadzór eksploatacyjny Start

14 AD FACILITY VALORSUL, LISBON, PORTUGAL Tydzień Odpady resteuracyjne Odpady z targowisk Razem Biogaz Biogaz/t wsadu t 259 t 598 t Nm³ 151,7 Nm³/t t 349 t 532 t Nm³ 183,2 Nm³/t t 306 t 565 t Nm³ 163,5 Nm³/t t 368 t 669 t Nm³ 153,2 Nm³/t Razem t Nm³ 162 Nm³/t 4

15 MASTER, TYCHY, POLSKA Klient Master Odpady i Energia Wykonawca STRABAG Lokalizacja Tychy, ul Lokalna 11 Proces Instalacje technologiczne: mechanicznego przetwarzania odpadów z linią do produkcji RDF, fermentacji wraz z przygotowaniem wsadu i odwodnienia pofermentatu intensywnej stabilizacji tlenowej (kompostownia) Instalacja dojrzewania stabilizatu węzeł kogeneracji z instalacją odsiarczania biogazu oczyszczania powietrza z płuczka kwaśną i biofiltrem oraz wentylacji technologicznej kurtyn powietrznych i dezodoryzacji Przepustowość t/a zmieszanych odpadów komunalnych Zakres prac Projektowanie, budowa pod klucz, rozruch Zakończenie 5 miesięcznego rozruchu,

16 MASTER, TYCHY, POLSKA Produktywność biogazu w komorach fermentacyjnych Komora 30C10 Komora 30C20 Tydzień Wsad do fermentera Mg/tydzień Biogaz m3/tydzień Biogaz m3/mg wsadu Tydzień Wsad do fermentera Mg/tydzień Biogaz m3/tydzień Biogaz m3/mg wsadu 42/ / / / / / / Razem / / / / / / / Razem

17 MZK STALOWA WOLA, POLSKA Wyniki: Uzysk biogazu: 120 Nm3/tonę wsadu Efektywność procesu wg VDI >98% Klient MZK Stalowa Wola Wykonawca STRABAG Lokalizacja Stalowa Wola, Grabskiego Proces Instalacje technologiczne: mechanicznego przetwarzania odpadów z linią do produkcji RDF, fermentacji wraz z przygotowaniem wsadu i odwodnienia pofermentatu intensywnej stabilizacji tlenowej (kompostownia) Instalacja dojrzewania stabilizatu węzeł kogeneracji z instalacją odsiarczania biogazu Przepustowość fermentacji t/a frakcji podsitowej ze zmieszanych odpadów komunalnych Zakres prac Projektowanie, budowa, rozruch Zakończenie rozruchu,

18 PRODUKCJA BIOGAZU Z RÓŻNYCH MATERIAŁÓW WSADOWYCH Frakcja organiczna wydzielona ze zmieszanych odpadów komunalnych - wysoka zawartość zanieczyszczeń - materiały opakowaniowe, tworzywa - szkło i inerty (w Polsce popiół) % DS, % VS and 60 % VSb Segregowane u źródła bioodpady, zmieszane odpady bio i zielone zbierane w pojemnikach: - niska zawartość zanieczyszczeń (typowo 3-5 %) - wyższa zawartość trudnorozkładalnych odpadów zielonych % DS, % VS and % VSB Segregowane u źródła odpady żywnościowe i targowiskowe: - odpady z restauracji i stołówek - odpady z przetwórstwa spożywczego - odpady z targowisk - przeterminowana żywność - duża zawartość zanieczyszczeń opakowaniowych - mała ilość odpadów ogrodowych/zielonych % DS, % VS and % VSb Nm³/t wsadu Nm³/t wsadu Nm³/t wsadu

19 FERMENTER TYPU LARAN Seite 19

20 SUCHA FERMENTACJA METANOWA W POZIOMYM REAKTORZE TŁOKOWYM wstępne przetwarzanie załadunek mieszadła biogaz System opróżniania komory pofermentat Plug Flow Reactor odwodnienie Recyrkulacja wody procesowej dla optymalizacji wilgotności odciek 2 Seite 20

21 CHARAKTERYSTYKA PROCESU SUCHEJ FERMENTACJI Typoszereg Fermentorów od 1100 m³ do m³ pojemności Pełna automatyka bezobsługowy, jednostopniowy proces Wysoka, stabilna produktywność biogazu na skutek przepływu tłokowego, duża redukcja substancji organicznej, ciągła praca komory fermentacyjnej 24/365 Wysokie obciążenie komory fermentacyjnej ładunkiem substancji organicznej oraz krótki czas retencji w porównaniu do komór z systemem pełnego mieszania. Zapobieganie rozwarstwianiu się fermentatu poprzez jego strefowe, lokalne mieszanie. Zachodzące na siebie mieszadła minimalizujące sedymentację i umożliwiające sukcesywny transport sedymentu do systemu opróżniania Wyjątkowo odporny na zużycie, podciśnieniowy system opróżniania fermentora firmy STRABAG Wysoka niezawodność i dyspozycyjność na skutek zastosowania kilku solidnych mieszadeł napędzanych niezależnie, osadzonych na krótkich wałach o niskich naprężeniach skrętnych. Zintegrowany system ogrzewania, poprzez elementy grzejne wbudowane w podłogę i ściany komory fermentacyjnej Elastyczny dobór różnych substratów, o zmiennej zawartości suchej masy do 50% Niezawodne funkcjonowanie komory fermentacyjnej przy różnych poziomach napełnienia 2 Seite 21

22 MOKRY FERMENTATOR CYRKULACYJNY Z MIESZANIEM ZA POMOCĄ BIOGAZU Wstepnie przetworzone odpady Pulper Woda procesowa Biogaz Sito bębnowe Fermenter odwodnienie Pofermentat Zawiesinowanie Sedymenty Frakcja pływająca Zbiornik buforowy i hydrolizy Cieplo procesowe Woda nadmiarowa 3 Seite 22

23 MOKRY FERMENTATOR CYRKULACYJNY Z MIESZANIEM ZA POMOCĄ BIOGAZU Wymuszony przepływ pionowy (mieszanina woda - gaz) Wsad do fermentatora Opcjonalnie: Podgrzewanie reaktora poprzez dwuścienną rurę wnoszącą Dysze dla usuwania szumowin Lanca do iniekcji biogazu Iniekcja powietrza dla redukcji H 2 S Recyrkulacja biogazu do rury wznoszącej [jako opcja dla specjalnych warunków procesowych] Biogaz do użycia Odpływ z fermentatora Rura wznosząca Recyrkulacja osadu dennego Usuwanie szumowin 3 Seite 23

24 CHARAKTERYSTYKA PROCESU Charakterystyka i zalety procesu Reaktory pionowe Zredukowane zapotrzebowanie na teren Fermentat o niskiej zawartości zanieczyszczeń odseparowanych w procesie przygotowania wsadu Duża elastyczność i dostosowanie do różnych substratów Wysoka stabilność procesu wynikającą z całkowitego wymieszania materiału o dużej objętości Wysoka efektywność rozkładu i produktywność biogazu System redukcji H 2 S w komorze bez użycia reagentów Skimmer do zbierania frakcji pływającej Reaktor cyrkulacyjny o pojemności roboczej do m³ 3 Seite 24

25 PROJEKT DOKUMENTU REFERENCYJNEGO BAT Charakterystyka Procesów Fermentacji Metanowej Rozdział 4.3 Charakterystyka biochemiczna procesów Rodzaje substratów i kierunki zagospodarowania pofermentatu Przygotowanie substratów: Segregacja u źródła Scentralizowana separacja Skład i właściwości energetyczne biogazu Przetwarzanie i kierunki zagospodarowania biogazu Przetwarzanie i kierunki zagospodarowania pofermentatu Schemat instalacj fermentacji Technologie fermentacji metanowej i ich zastosowania Higienizacja i stabilizacja Emisje do środowiska z procesów fermentacji Technologie redukcji emisji Zużycie energii, wody i materiałów eksploatacyjnych 3 Seite 25

26 PROJEKT DOKUMENTU REFERENCYJNEGO BAT Charakterystyka Procesów Fermentacji Metanowej Rozdział 4.3 Tabela 4.17 Przetwarzanie i zagospodarowanie biogazu (podsumowanie) Przetwarzanie Zagospodarowanie Osuszanie Kogeneracja (21 z 28) Filtr z węgla aktywnego Energia elektryczna (4 z 28) Dozowanie związków żelaza Ogrzewanie (1 z 28) Biologiczne mokre odsiarczanie Napęd pojazdów (2 z 28) Separacja CO 2 3 Seite 26

27 PROJEKT DOKUMENTU REFERENCYJNEGO BAT Charakterystyka Procesów Fermentacji Metanowej Rozdział 4.3 Rysunek 4.17 Przetwarzanie i zagospodarowanie biogazu 3 Seite 27

28 PROJEKT DOKUMENTU REFERENCYJNEGO BAT Charakterystyka Procesów Fermentacji Metanowej Rozdział 4.3 Kierunki zagospodarowania pofermentatu Zagospodarowanie ciekłego pofermentatu jako nawóz płynny bez uprzedniej stabilizacji tlenowej Zagospodarowanie stałego pofermentatu jako kompost po uprzednim ustabilizowaniu w procesie tlenowym (kompostowanie) Zagospodarowanie pofermentatu o nieakceptowalnej zawartości zanieczyszczeń w procesach termicznej utylizacji (paliwo komponowane jest z pofermentatu i zanieczyszczeń separowanych na etapie przygotowania wsadu (tworzywa) - srednia wartość opałowa 16,5 MJ/kg, zawartośc suchej masy 66% 3 Seite 28

29 PROJEKT DOKUMENTU REFERENCYJNEGO BAT Charakterystyka Procesów Fermentacji Metanowej Rozdział 4.3 Schemat generalny instalacji fermentacji 3 Seite 29

30 PROJEKT DOKUMENTU REFERENCYJNEGO BAT Charakterystyka Procesów Fermentacji Metanowej Rozdział 4.3 Technologie fermentacji metanowej i ich zastosowania 3 Seite 30

31 PROJEKT DOKUMENTU REFERENCYJNEGO BAT Konkluzje BAT Rozdział 6 Wybrane techniki odnoszące się do procesów fermentacji BAT 11 spalanie gazu w pochodni wyłącznie w przypadkach awaryjnych BAT 12 - Projektowanie pochodni i ich monitoring BAT 17 Efektywność energetyczna BAT 31 Ograniczenie emisji odorów BAT 32 - Dopuszczalne emisje odorów (H2S, NH3) BAT 35 Monitoring procesów beztlenowych BAT 37 Techniki redukcji pyłu i zw. organicznych 3 Seite 31

32 PROJEKT DOKUMENTU REFERENCYJNEGO BAT Konkluzje BAT Rozdział 6 BAT 35 Monitoring procesów beztlenowych Wdrożenie systemu monitoringu manualnego i lub automatycznego dla: zapewnienia stabilnej pracy reaktora zminimalizowania problemów eksploatacyjnych zapewnienia systemu wczesnego ostrzegania dla zapobieżenia awariom Monitoring kluczowych parametrów takich jak: ph i zasadowość Temperatura i jej rozkład Ładunek hydrauliczny Ładunek substancji organicznych Stężenie lotnych kwasów tłuszczowych Amoniak Stosunek C:N Ilość i skład biogazu Ciśnienie biogazu Stężenie H2S Poziom napełnienia i piany 3 Seite 32

33 PROJEKT DOKUMENTU REFERENCYJNEGO BAT Konkluzje BAT Rozdział 6 BAT 11 spalanie gazu w pochodni W celu zapobieżenia emisjom do powietrza z pochodni, BAT dopuszcza stosowanie spalania w pochodni wyłącznie w celach bezpieczeństwa oraz nierutynowych warunkach eksploatacyjnych (np. rozruch, wyłączanie) przy użyciu dwóch technik: Prawidłowe projektowanie Prawidłowe zarządzanie 3 Seite 33

34 PROJEKT DOKUMENTU REFERENCYJNEGO BAT Konkluzje BAT Rozdział 6 BAT 12 - Projektowanie pochodni i ich monitoring W celu zapobieżenia emisjom do powietrza z pochodni, gdy spalanie w pochodni jest niemożliwe do uniknięcia BAT zaleca stosowanie dwóch technik: Prawidłowe projektowanie pochodni (optymalizacja ciśnienia, wysokości typu ) Monitoring i rejestracja parametrów spalania pozwalająca na sklasyfikowanie emisji i uniknięcia w przyszłości podobnych przypadków 3 Seite 34

35 PROJEKT DOKUMENTU REFERENCYJNEGO BAT Konkluzje BAT Rozdział 6 BAT 17 Efektywność energetyczna W celu osiągnięciu efektywności energetycznej w przetwarzaniu odpadów BAT zaleca stosowanie dwóch technik: Opracowanie i wdrożenie planu efektywności energetycznej Opracowanie szczegółowego bilansu energetycznego 3 Seite 35

36 PROJEKT DOKUMENTU REFERENCYJNEGO BAT Konkluzje BAT Rozdział 6 BAT 31 Ograniczenie emisji odorów W celu ograniczenia emisji odorów i ulepszenia ogólnej efektywności środowiskowej w przetwarzaniu odpadów BAT zaleca stosowanie poniższej techniki: Selekcja materiału wsadowego (Wstępna selekcja, przyjęcie i sortowanie materiału wsadowego w celu osiągnięcia prawidłowego bilansu azotu i uniknięcia wprowadzania do procesów biologicznych związków dla nich toksycznych) 3 Seite 36

37 PROJEKT DOKUMENTU REFERENCYJNEGO BAT Konkluzje BAT Rozdział 6 BAT 32 - Dopuszczalne emisje odorów (H2S, NH3) W celu ograniczenia zorganizowanych emisji emisji substancji odorowych (H2S, NH3) z procesów biologicznego przetwarzania odpadów BAT wymaga stosowania biofiltra i wprowadza następujące dopuszczalne średnioroczne poziomy emisji BAT AEL: NH3 0,1-10,0 mg/nm3 H2S 0,1-1,0 mg/nm3 (użycie płuczki wodnej przed biofiltrem skutecznie obniża emisję) 3 Seite 37

38 PROJEKT DOKUMENTU REFERENCYJNEGO BAT Konkluzje BAT Rozdział 6 BAT 37 Techniki redukcji pyłu i zw. organicznych W celu ograniczenia emisji pyłów i LZO do powietrza atmosferycznego BAT nakazuje stosowania jednej z poniższych technik lub ich kombinacji (w uzupełnieniu do BAT 32): Filtr workowy Mokra płuczka Oksydacja termiczna i wprowadza następujące dopuszczalne średnioroczne poziomy emisji BAT AEL: Pył 2,0-5,0 mg/nm3 Suma LZO 5,0-15,0 mg/nm3 3 Seite 38

39 PROJEKT DOKUMENTU REFERENCYJNEGO BAT Podsumowanie Oferowane przez Strabag Umwelttechnik technologie fermentacji metanowej spełniają wymogi określone w projekcie nowego dokumentu referencyjnego Technologie te odpowiadają na wyzwania stawiane przez projektowane konkluzje BAT 3 Seite 39

40 MASTER TYCHY Seite 40

41 STRABAG STRABAG Umwelttechnik GmbH Inżynieria i budowa instalacji ochrony środowiska jacek.chrzastek@strabag.com Copyright by STRABAG 2015 Seite 41