SEWAGE SLUDGE CLASSIFICATION BASED ON ELEMENTARY ANALYSIS

KLASYFIKACJA OSADÓW ŚCIEKOWYCH NA PODSTAWIE ANALIZY ELEMENTARNEJ SEWAGE SLUDGE CLASSIFICATION BASED ON ELEMENTARY ANALYSIS Arkadiusz Ostojski Politechnika Gdańska, Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska,Narutowicza 11/12, 80-322 Gdańsk, e-mail: arkusost@pg.gda.pl ABSTRACT The objective of the paper are sewage sludge analises fron WWTP Swarzewo and Dembogórze. Elementary analises of sewage sludge after different stage of processing enables for their clasification in the systematics proposed by Kempa, Van Krevelena or Jurkiewicz. Sewage slidge could be characterised by variety of fizical, chemical and bilogical properites. E. Kempa based on Van Krevelena and Jurkiewicz systematic worked out sevage sludge systematic. According to Kempa first stage in systematic is estimation of hydrohen, carbon and amonium content as well as ashe content. In the paper the result of sludge analisis of both WWTPs applied for Kempa systematic were presented. Key words: sewage sludge, systematic, prperites, processing WSTĘP Osady ściekowe charakteryzowane są przez szereg parametrów fizycznych, chemicznych i biologicznych. Brak jest jednak systematyki umożliwiającej łatwą ich identyfikację. Jako pierwszy w Polsce próbę opracowania systematyki i klasyfikacji osadów podjął Kempa [1976], opierając się na przystosowaniu wybranych oznaczeń z analizy paliw stałych do klasyfikacji osadów ściekowych. Kempie po wykonaniu analiz elementarnych udało się włączyć osady ściekowe do systematyki Van Krevelena (opracowanej dla węgla i paliw stałych) [Van Krevelen, 1950; Van Krevelen i Schuyer 1959], poprzez znalezienie charakterystycznego dla nich pola/obszaru. Wyznaczając dla osadów sumaryczny wzór chemiczny udało się również rozszerzyć systematykę Jurkiewicza (dla związków organicznych) [Jurkiewicz, 1955; Jurkiewicz i Rosiński 1968]. Był to pierwszy etap w kierunku usystematyzowania osadu, określenia jego uwodnienia, uwęglenia i uazotowienia. Rozkład biochemiczny lub chemiczny osadu powoduje zmianę składu elementarnego, a co za tym idzie zmianę jego punktu/obrazu w układzie współrzędnych systematyki. Opierając się na założeniach przedstawionych przez Kempę oraz wynikach analiz elementarnych osadów z oczyszczalni ścieków w Dębogórzu oraz Swarzewie znaleziono charakterystyczny dla nich obraz/punkt w układzie Van Krevelena oraz Jurkiewicza. SYSTEMATYKA Van KREVELENA Van Krevelen zaproponował przedstawienie paliw w płaskim układzie współrzędnych, gdzie na osi odciętych x podano ilorazy atomowe O/C, a na rzędnych y = H/C (z pominięciem N, S, P i mikroelementów). Zakładając czterowartościowość węgla, maksymalna wartość rzędnej wynosi 4 zaś odciętych x = O/C 2. Diagram Van Krevelena został później zmodyfikowany przez Meunieura [1962], który przyjął dla tych paliw sumaryczny wzór chemiczny CH y O x (x, y współrzędne z diagramu). Względna masa molekularna (M) odniesiona do atomu węgla wynosi: C 12,1 H O 100 = = = M = 16x + 1,008y + 12,01 (1) 1,008y 16x M Modyfikacja Meunieura dała lepszy obraz chemicznej budowy niż procentowy udział masowy pierwiastków C, H i O. Analizując osady (znając ich skład chemiczny) z różnych oczyszczalni Kempie udało się określić ich obraz w systematyce Van Krevelena,

40 co pozwala na wnioskowanie o właściwościach paliwowych osadów. Obszar charakterystyczny dla osadów ściekowych zlokalizowany jest powyżej parasola Van Krevelena, nad obszarem torfów (Rys. 1). Rys. 1. Obszar osadów ściekowych w układzie klasyfikacyjnym Van Krevelena [Kempa, 1997] SYSTEMATYKA JURKIEWICZA Systematyka Jurkiewicza zakłada, że wszystkie związki organiczne można przedstawić w ortogonalnym układzie współrzędnych o osiach: x = 0 - C A y = 0 - H A (2) ograniczonych przeciwprostokątną H A C A. Powstaje w ten sposób równoboczny trójkąt prostokątny. Najważniejsze w omawianej systematyce jest znaczenie funkcji H A = f H (C A ), gdzie C A i H A są procentowym udziałem liczby wymienionych atomów w danym związku chemicznym. Dla węglowodorów suma C A +H A =100%, dla związków wieloskładnikowych przyjmuje postać: C A + H A + O A + N A + S A = 100% (3) Procentowy udział węgla i wodoru otrzymywany jest z analizy elementarnej i wyrażany jest w procentach atomowych. Jurkiewicz opracował systematykę przede wszystkim dla węglowodorów aromatycznych i alifatycznych. Dla przedstawienia innych grup związków organicznych, autor ten sporządził odrębne diagramy dla kwasów organicznych, ketonów, alkoholi, fenoli i innych. Gdy substancja badana ma ogólny wzór chemiczny C n H m O a, wtedy wykazuje ona stopień aromatyzacji: 4C A W = (4) H Paliwa o różnym stopniu uwęglenia mają różne wartości W. Osady ściekowe nie są związkami jednorodnymi i nie pasuje tu dokładnie żadna z matryc związków organicznych, przygotowanych przez Jurkiewicza. Według badań Kempy [1976] osady z miejskich oczyszczalni ścieków mieszczą się na ogół w kwadracie ograniczonym następującymi współrzędnymi: 23,5% C 33,3% H A A A 52,4% 57,5% (5) oraz ukośną linią H A C A. Dla osadów ściekowych W przybiera wartości w granicach 2 4. Ogólne zestawienie wyniki uzyskane przez Kempę [1976] przedstawiono w Tab. 1 oraz na Rys. 2.

41 Tabela 1.Średnie wartości C A, H A oraz stopnia aromatyzacji W przy różnej zawartości substancji niepalnej uzyskane przez Kempę dla układu Jurkiewicza [Kempa, 1976] Rodzaj substancji C A H A Stopień aromatyzacji Osady surowe 32,5 51,1 2,6 Osady przefermentowane 32,5 51,1 2,6 Osady czynne 29,6 50,1 2,3 Osady ustabilizowane 27,1 47,3 2,3 Półkoksy z wytlewania osadów ściekowych 50,0 37,6 5,4 Rys. 2. Schemat klasyfikacyjny Jurkiewicza z powierzchniami osadów ściekowych [Kempa, 1976] 2. OSADY ŚCIEKOWE Z DĘBOGÓRZA I SWARZEWA Analizie elementarnej poddano osady ściekowe z Dębogórza (osad po prasach oraz po suszeniu, bezpośrednio przed spaleniem w piecu fluidalnym) oraz ze Swarzewa (osad po prasie, osad wzbogacony energetycznie z miałem, trocinami, zrębkami, spalany w piecu pirolitycznym oraz osad z wapnem oraz z popiołem). Uzyskany obraz wyników analiz osadów na poszczególnych etapach przeróbki przedstawić ma zachodzące w osadach zmiany. Przede wszystkim potwierdzić należy przydatność odpowiednio przygotowanych osadów z Dębogórza (wysuszonych) oraz Swarzewa (wzbogaconych energetycznie) do spalania. Dowodem ich walorów energetycznych może być ich obraz w układzie współrzędnych zlokalizowany w okolicy obszaru węgla brunatnego lub torfu. 2.1. Osady ściekowe z Dębogórza i Swarzewa w systematyce Van Krevelena-Kempy Dla wyznaczenia miejsca osadów na diagramie Van Krevelena, konieczne jest obliczenie ilorazów atomowych x i y dla suchej substancji organicznej osadów bez siarki i fosforu zgodnie z warunkiem: C + N + O + H = 100% (6)

42 gdzie: C, N, O, H zawartość pierwiastków w próbce wyrażona w % wagowych. Na etapie badań laboratoryjnych nie udało się wyznaczyć zawartości wodoru (H) i tlenu (O) w próbkach dla każdego z tych pierwiastków oddzielnie. Do znalezienia obrazu/punktu na diagramie dla osadów konieczne jest rozdzielenie zawartości tych pierwiastków. Wykorzystując ogólne wzory biomasy osadu przefermentowanego podane przez Kempę dla osadów z Dębogórza otrzymano: C 10 H 15 NO 4 M mol = 213 (masa molowa) (7) oraz osadów surowych dla Swarzewa: C 11,8 H 18,45 NO 4,84 251,5 (masa molowa) (8) można obliczyć procentową zawartość wodoru i tlenu w badanych próbkach, tak więc: Dębogórze wzór (7); H = 7,04%, O = 30,05% s.m. organicznej, Swarzewo wzór (8); H = 7,34%, O = 30,79% s.m. organicznej. Literatura podje podobne zawartości wodoru i tlenu, np. dla przeciętnej substancji palnej osadu zmieszanego (60% osad wstępny, 40% osad nadmierny) z niemieckich aglomeracji miejskich H 7%, O 38% [Sükrü Solmaz, 1998], dla osadów pofermentacyjnych z Czech H 5%, O 25% [Stasta i wsp., 2005], natomiast w duńskich oczyszczalniach ścieków wodór występuje w ilości 7 8%, a tlen 29 31% [Simonsen i wsp., 1996]. Dla osadów z obu oczyszczalni przyjęto H = 7,5% i O = 30%. Ilorazy atomowe obliczono (Tab. 2 i 3) według następujących wzorów: H M C O M C y = x = (9) C M C M H gdzie: M C, M H, M O masy molowe węgla, wodoru oraz tlenu; C, H, O zawartość pierwiastków w suchej masie organicznej osadu w % wagowych O osady Tabela 2. Obliczenie ilorazów atomowych x = O/C, y = H/C dla osadów po prasach i po suszeniu (Dębogórze) Materiał po prasach Zawartość pierw. zgodnie z warunkiem C+N+O+H =100% Dla ogólnego wzoru biomasy wg Kempy Zawartość wodoru i tlenu wg H = 7,5%, O = 30% [% s.m.] [% s.m.] - - [% s.m.] - - C N O+H H O y=h/c x=o/c H O y=h/c x=o/c 42,21 6,68 51,11 9,70 41,41 2,74 0,74 10,22 40,89 2,89 0,73 58,70 13,16 28,15 5,34 22,80 1,08 0,29 5,63 22,52 1,14 0,29 58,26 12,26 29,48 5,60 23,89 1,14 0,31 5,90 23,59 1,21 0,30 54,88 13,31 31,81 6,04 25,77 1,31 0,35 6,36 25,45 1,38 0,35 Średnia 53,51 11,35 35,14 6,67 28,47 1,57 0,42 7,03 28,11 1,65 0,42 osady po suszeniu 58,66 12,13 29,21 5,54 23,67 1,13 0,30 5,84 23,37 1,19 0,30 74,34 11,75 13,91 2,64 11,27 0,42 0,11 2,78 11,13 0,45 0,11 57,57 12,73 29,70 5,64 24,06 1,17 0,31 5,94 23,76 1,23 0,31 50,86 11,02 38,12 7,24 30,89 1,70 0,46 7,62 30,50 1,79 0,45 48,09 6,71 45,20 8,58 36,62 2,13 0,57 9,04 36,16 2,24 0,56 Średnia 57,90 10,87 31,23 5,93 25,30 1,31 0,35 6,25 24,98 1,38 0,35

43 Tabela 3. Obliczenie ilorazów atomowych x = O/C, y = H/C dla osadów po prasie, osadów wzbogaconych energetycznie oraz pryzmowanych z popiołem lub wapnem (Swarzewo) osady Materiał po prasie Zawartość pierw. zgodnie z warunkiem C+N+O+H =100% Dla ogólnego wzoru biomasy wg Kempy Zawartość wodoru i tlenu wg H = 7,5%, O = 30% [% s.m.] [% s.m.] - - [% s.m.] - - C N O+H H O y=h/c x=o/c H O y=h/c x=o/c 42,83 3,33 53,83 10,36 43,47 2,88 0,76 10,77 43,07 2,99 0,75 46,63 10,34 43,03 8,28 34,75 2,12 0,56 8,61 34,43 2,20 0,55 48,29 11,19 40,51 7,80 32,72 1,92 0,51 8,10 32,41 2,00 0,50 50,61 8,63 40,77 7,85 32,92 1,85 0,49 8,15 32,61 1,92 0,48 57,75 7,31 34,94 6,73 28,21 1,39 0,37 6,99 27,95 1,44 0,36 48,55 7,44 44,01 8,47 35,54 2,08 0,55 8,80 35,21 2,16 0,54 Średnia 49,11 8,04 42,85 8,25 34,60 2,04 0,54 8,57 34,28 2,12 0,53 osady wzbogacone energetycznie 61,85 4,54 33,61 6,47 27,14 1,25 0,33 6,72 26,89 1,29 0,33 56,21 4,20 39,59 7,62 31,97 1,62 0,43 7,92 31,67 1,68 0,42 54,27 3,08 42,64 8,21 34,43 1,80 0,48 8,53 34,11 1,87 0,47 58,88 2,61 38,51 7,41 31,10 1,50 0,40 7,70 30,81 1,56 0,39 63,31 3,29 33,40 6,43 26,97 1,21 0,32 6,68 26,72 1,26 0,32 Średnia 58,90 3,55 37,55 7,23 30,32 1,47 0,39 7,51 30,04 1,53 0,39 osad + popiół 46,79 7,93 45,28 8,72 36,57 2,22 0,59 9,06 36,23 2,31 0,58 43,11 7,38 49,50 9,53 39,97 2,63 0,70 9,90 39,60 2,74 0,69 Średnia 44,95 7,66 47,39 9,12 38,27 2,43 0,64 9,48 37,91 2,52 0,64 osad + wapno 43,61 6,30 50,08 9,64 40,44 2,63 0,70 10,02 40,07 2,74 0,69 62,26 6,97 30,77 5,92 24,85 1,13 0,30 6,15 24,62 1,18 0,30 47,08 6,98 45,94 8,84 37,09 2,24 0,59 9,19 36,75 2,33 0,59 Średnia 50,98 6,75 42,26 8,14 34,13 2,00 0,53 8,45 33,81 2,08 0,52 Uzyskane obrazy osadów wpisano w diagram Van Krevelena, rozszerzając systematykę Kempy o osady z oczyszczalni Dębogórze oraz Swarzewo. Różnice między sposobem obliczenia zawartości wodoru i tlenu nie wpływają znacząco na uzyskane wyniki. Na Rys. 3 widać, iż zarówno suszenie osadów w Dębogórzu jak i wymieszanie osadów z miałem, trocinami i wiórami poprawia ich właściwości energetyczne. Osady po prasie z Dębogórza punkt 1 (Rys. 3) po suszeniu w suszarce przesuwają się w kierunku obszaru paliw klasycznych do punktu 2. Osad po prasie ze Swarzewa z punktu 3 po wymieszaniu go z miałem węglowym i trocinami przemieszcza się do punktu 4. Osady po prasie pochodzące ze Swarzewa charakteryzują się niską zawartością węgla (poniżej 49% s.m. organicznej). Powoduje to, że ich obraz oddalony jest znacznie od obszaru paliw klasycznych. Udało się jednak wykazać podobieństwo niektórych osadów do węgla brunatnego lub torfu.

44 Rys. 3. Miejsce osadów ściekowych z Gdyni Dębogórza (po prasach, po suszeniu) oraz ze Swarzewa (po prasie, wzbogaconych energetycznie, pryzmowanych z wapnem oraz popiołem) w układzie Van Krevelena 1 osad z Dębogórza po prasach, 2 osad z Dębogórza po suszeniu, 3 osad ze Swarzewa po prasie, 4 osad wzbogacony energetycznie ze Swarzewa, 5 pryzmowane osady z popiołem z węgla brunatnego ze Swarzewa, 6 pryzmowane osady z wapnem ze Swarzewa Oznaczenia _K oraz _S,BiN przy liczbach 1 6 odnoszą się do sposobu wyznaczenia zawartości wodoru i tlenu: _K - wg ogólnych wzorów biomasy osadów Kempy (dla Dębogórza jak dla osadów przefermentowanych, dla Swarzewa surowych) _S,BiN wg składu osadów w duńskich oczyszczalniach wg Simonsena i wsp. [1996] 2.2. Osady ściekowe z Dębogórza i Swarzewa w systematyce Jurkiewicza-Kempy Dla znalezienia obrazu osadów ściekowych w systematyce Jurkiewicza obliczyć należy procentowy udział węgla, azotu, tlenu i wodoru zgodnie z wzorem (3). Procentowy udział węgla i wodoru otrzymywany jest z analizy elementarnej i wyrażany jest w procentach atomowych. Dla osadów obliczono ich stopień aromatyzacji W zgodnie z wzorem (4). W Tab. 4 i 5 oprócz wyników obliczeń procentowego atomowego udziału pierwiastków przedstawiono obliczenia stopnia aromatyzacji oraz podano ogólne wzory organicznej biomasy osadów z Dębogórza oraz Swarzewa. Tab. 4 przedstawia obliczenia zawartości pierwiastków w procentach atomowych dla zawartości węgla i wodoru (w % wagowych) wyznaczonych według ogólnych wzorów biomasy osadów przefermentowanych (Dębogórze) oraz osadów surowych (Swarzewo). Tab. 5 przedstawia obliczenia zawartości pierwiastków w procentach atomowych dla zawartości węgla i wodoru (w % wagowych) wyznaczonych według składu osadów w duńskich oczyszczalniach. Wyniki obliczeń przedstawiono na Rys. 4 (Dębogórze)

45 oraz Rys. 5, 6 i 7 (Swarzewo). Uzyskane obrazy badanych osadów ściekowych z Dębogórza (rys. 4) oraz Swarzewa (rys. 5 7) wpisały się w obszar wyznaczony dla osadów przez Kempę. Wszystkie wyznaczone wartości średnie dla osadów znalazły się w obszarze osadowym. Średnie wartości stopnia aromatyzacji, zgodnie z informacją podana przez Kempę [1976], zawarte są w przedziale 2 4. Wyjątek stanowią pryzmowane osady z popiołem ze Swarzewa, dla których średni stopień aromatyzacji wynosi ok. 1,6. Niska wartość W świadczy o niskim uwęgleniu próbek, co jest zrozumiałe kiedy w suchej masie osadu blisko 70% stanowi popiół. Oznaczenia {K} oraz {S,BiN} na Rys. 4 7 odnoszą się do sposobu wyznaczenia zawartości wodoru i tlenu wg ogólnych wzorów biomasy osadów Kempy (dla Dębogórza jak dla osadów przefermentowanych, dla Swarzewa jak dla surowych) lub składu osadów w duńskich oczyszczalniach wg Simonsena i wsp. [1996] Tabela 4. Obliczenie udziału procentowego pierwiastków C A, H A, N A, O A oraz stopnia aromatyzacji osadów dla udziału procentowego H i O w próbce s.m. osadów wg ogólnego wzoru biomasy (Dębogórze jak dla osadu przefermentowanego C 10 H 15 NO 4 gdzie H = 7,04%, O = 30,05%; Swarzewo jak dla osadu surowego C 11,8 H 18,45 NO 4,84 gdzie H = 7,34%, O = 30,79%) [Kempa, 1976] Materiał Dębogórze osady po prasach Zawartość pierwiastków w zgodnie z warunkiem C+N+O+H=100% Udział procentowy pierwiastków Stopień aromat. [% s.m.] [%] C N H O C A H A N A O A W K 42,21 6,68 9,70 41,41 21,69 59,39 2,94 15,97 1,46 58,70 13,16 5,34 22,80 38,94 42,22 7,49 11,35 3,69 58,26 12,26 5,60 23,89 37,98 43,47 6,86 11,69 3,49 54,88 13,31 6,04 25,77 34,83 45,65 7,25 12,28 3,05 Średnia 53,51 11,35 6,67 28,47 33,36 47,68 6,13 12,82 2,92 58,66 12,13 5,54 23,67 38,36 43,21 6,81 11,62 3,55 74,34 11,75 2,64 11,27 59,79 25,30 8,10 6,80 9,45 57,57 12,73 5,64 24,06 37,45 43,69 7,11 11,75 3,43 50,86 11,02 7,24 30,89 29,97 50,80 5,57 13,66 2,36 Dębogórze osady po suszeniu 48,09 6,71 8,58 36,62 26,20 55,69 3,13 14,98 1,88 Średnia 57,90 10,87 5,93 25,30 38,35 43,74 6,14 11,76 4,13 42,83 3,33 10,36 43,47 21,23 61,19 1,42 16,17 1,39 46,63 10,34 8,28 34,75 25,87 54,75 4,92 14,47 1,89 48,29 11,19 7,80 32,72 27,54 52,99 5,47 14,00 2,08 50,61 8,63 7,85 32,92 28,72 53,06 4,20 14,02 2,16 57,75 7,31 6,73 28,21 34,93 48,47 3,79 12,81 2,88 Swarzewo osady po prasie 48,55 7,44 8,47 35,54 26,59 55,30 3,50 14,61 1,92 Średnia 49,11 8,04 8,25 34,60 27,48 54,29 3,88 14,35 2,05 61,85 4,54 6,47 27,14 37,90 47,23 2,39 12,48 3,21 56,21 4,20 7,62 31,97 32,19 52,00 2,07 13,74 2,48 54,27 3,08 8,21 34,43 30,06 54,16 1,46 14,31 2,22 58,88 2,61 7,41 31,10 34,08 51,12 1,29 13,51 2,67 Swarzewo osady wzbogacone energetycznie 63,31 3,29 6,43 26,97 38,84 47,00 1,73 12,42 3,31 Średnia 58,90 3,55 7,23 30,32 34,61 50,30 1,79 13,29 2,78 46,79 7,93 8,72 36,57 25,30 56,17 3,68 14,84 1,80 Swarz. osad + popiół 43,11 7,38 9,53 39,97 22,34 58,83 3,28 15,55 1,52 Średnia 44,95 7,66 9,12 38,27 23,82 57,50 3,48 15,20 1,66 43,61 6,30 9,64 40,44 22,45 59,14 2,78 15,63 1,52 62,26 6,97 5,92 24,85 39,54 44,82 3,80 11,84 3,53 47,08 6,98 8,84 37,09 25,27 56,56 3,22 14,95 1,79 Średnia 50,98 6,75 8,14 34,13 29,09 53,51 3,27 14,14 2,28 Swarzew o osad + wapno Ogólny wzór osadu C 5,5 H 8 NO 2 C 6 H 7 NO 2 C 7 H 14 NO 3,5 C 19,5 H 28 NO 7,5 C 7 H 16,5 NO 4,5 C 9 H 16,5 NO 4, 5

46 Tabela 5. Obliczenie udziału procentowego pierwiastków C A, H A, N A, O A oraz stopnia aromatyzacji osadów dla udziału procentowego H i O w próbce s.m. osadów wg procentowego składu H i O w oczyszczalniach duńskich H = 7,5% i O = 30% [Simonsen i wsp., 1996] Materiał Zawartość pierwiastków w Udział procentowy zgodnie z warunkiem pierwiastków C+N+O+H=100% [% s.m.] [%] C N H O C A H A N A O A W K Stopień aromat. Ogólny wzór osadu Dębogórze osady po prasach 42,21 6,68 9,70 41,41 21,06 60,77 2,86 15,31 1,39 58,70 13,16 5,34 22,80 38,13 43,57 7,33 10,98 3,50 58,26 12,26 5,60 23,89 37,17 44,82 6,71 11,30 3,32 54,88 13,31 6,04 25,77 34,05 47,02 7,08 11,85 2,90 Średnia 53,51 11,35 6,67 28,47 32,60 49,04 6,00 12,36 2,78 Dębogórze osady po suszeniu 58,66 12,13 5,54 23,67 37,55 44,56 6,66 11,23 3,37 74,34 11,75 2,64 11,27 59,04 26,33 8,00 6,63 8,97 57,57 12,73 5,64 24,06 36,65 45,05 6,95 11,35 3,25 50,86 11,02 7,24 30,89 29,22 52,19 5,43 13,15 2,24 48,09 6,71 8,58 36,62 25,49 57,08 3,05 14,38 1,79 Średnia 57,90 10,87 5,93 25,30 37,59 45,04 6,02 11,35 3,92 Swarzewo osady po prasie 42,83 3,33 10,36 43,47 20,76 62,18 1,39 15,67 1,34 46,63 10,34 8,28 34,75 25,36 55,77 4,82 14,05 1,82 48,29 11,19 7,80 32,72 27,01 54,01 5,37 13,61 2,00 50,61 8,63 7,85 32,92 28,17 54,08 4,12 13,63 2,08 57,75 7,31 6,73 28,21 34,32 49,48 3,72 12,47 2,77 48,55 7,44 8,47 35,54 26,07 56,32 3,43 14,19 1,85 C5,5H8NO2 C6H7,5NO2 C7H14,5NO3,5 Średnia 49,11 8,04 8,25 34,60 26,95 55,31 3,81 13,94 1,98 61,85 4,54 6,47 27,14 37,25 48,24 2,35 12,16 3,09 Swarzewo osady wzbogacone energetycznie 56,21 4,20 7,62 31,97 31,59 53,02 2,03 13,36 2,38 54,27 3,08 8,21 34,43 29,47 55,18 1,44 13,91 2,14 58,88 2,61 7,41 31,10 33,45 52,14 1,27 13,14 2,57 63,31 3,29 6,43 26,97 38,19 48,01 1,70 12,10 3,18 C19,5H29NO7,5 Średnia 58,90 3,55 7,23 30,32 33,99 51,32 1,76 12,93 2,67 Swarz. osad + popiół 46,79 7,93 8,72 36,57 24,79 57,19 3,61 14,41 1,73 43,11 7,38 9,53 39,97 21,87 59,84 3,21 15,08 1,46 Średnia 44,95 7,66 9,12 38,27 23,33 58,51 3,41 14,75 1,60 Swarzewo osad + wapno 43,61 6,30 9,64 40,44 21,98 60,14 2,72 15,16 1,46 62,26 6,97 5,92 24,85 38,90 45,82 3,74 11,55 3,40 47,08 6,98 8,84 37,09 24,76 57,58 3,15 14,51 1,72 Średnia 50,98 6,75 8,14 34,13 28,55 54,51 3,20 13,74 2,19 C 7 H 17 NO 4,5 C 9 H 17 NO 4,5

47 80 HA 70 60 50 osad po prasach {K} =33,4; H A =47,7; W=2,92 osad po prasach {S,BiN} =32,6; H A =49,0; W=2,78 osad po suszeniu {K} =38,3; H A =43,7; W=4,13 osad po suszeniu {S,BiN} =37,6; H A =45,0; W=3,92 40 obszar osadów wg Kempy 30 20 20 30 40 50 60 70 80 C A osad po suszeniu {K} osad po prasach {K} osad po suszeniu {S,BiN} osad po prasach {S,BiN} Rys. 4. Miejsce osadów ściekowych z Gdyni Dębogórza po prasach oraz po suszeniu na schemacie klasyfikacyjnym Jurkiewicza wraz z obszarem osadowym wg Kempy [1976] 80 HA 70 60 50 osad po prasach {K} =27,5; H A =54,3; W=2,05 osad po prasach {S,BiN} =26,9; H A =55,3; W=1,98 osad + popiół {K} =23,8; H A =57,5; W=1,66 osad + popiół {S,BiN} =23,3; H A =58,5; W=1,60 40 obszar osadów w g Kempy 30 20 20 30 40 50 60 70 80 osad+popiół {K} po prasie {K} C A osad+popiół {S,BiN} po prasie {S,BiN} Rys. 5. Miejsce osadów ściekowych ze Swarzewa po prasie oraz wzbogaconych energetycznie na schemacie klasyfikacyjnym Jurkiewicza wraz z obszarem osadowym wg Kempy [1976]

48 80 HA 70 60 50 osad po prasach {K} =27,5; H A =54,3; W=2,05 osad po prasach {S,BiN} =26,9; H A =55,3; W=1,98 osad + popiół {K} =23,8; H A =57,5; W=1,66 osad + popiół {S,BiN} =23,3; H A =58,5; W=1,60 40 obszar osadów wg Kempy 30 20 20 30 40 50 60 70 80 C A osad+popiół {K} po prasie {K} osad+popiół {S,BiN} po prasie {S,BiN} Rys. 6. Miejsce osadów ściekowych ze Swarzewa po prasie oraz pryzmowanych z popiołem z węgla brunatnego na schemacie Jurkiewicza wraz z obszarem osadowym wg Kempy [1976] 80 HA 70 60 50 osad po prasach {K} =27,5; H A =54,3; W=2,05 osad po prasach {S,BiN} =26,9; H A =55,3; W=1,98 osad + wapno {K} =29,1; H A =53,5; W=2,28 osad + wapno {S,BiN} =28,5; H A =54,5; W=2,19 40 obszar osadów wg Kempy 30 20 20 30 40 50 60 70 80 C A osad+wapno {K} po prasie {K} osad+wapno {S,BiN} po prasie {S,BiN} Rys. 7. Miejsce osadów ściekowych ze Swarzewa po prasie oraz pryzmowanych z wapnem na schemacie klasyfikacyjnym Jurkiewicza wraz z obszarem osadowym wg Kempy [1976]

49 3. WNIOSKI Przeprowadzone badania w oczyszczalniach ścieków Dębogórzu oraz Swarzewie pozwoliły na sformułowanie następujących wniosków: 1. Osady są dobry nośnikiem energii. Pod względem wartości opałowej podobne są do niskiej jakości węgla brunatnego lub torfu. Obraz osadów z Dębogórza (po suszeniu punkt 2 na Rys. 3) oraz ze Swarzewa (wzbogacony energetycznie punkt 4 na Rys. 3) na diagramie Van Krevelena znalazło się w pobliżu torfów i węgli. 2. Opracowana przez Kempę systematyka osadów ściekowych na bazie klasyfikacji Van Krevelena (dla węgla i paliw stałych) oraz Jurkiewicza (dla związków organicznych) została rozszerzona o osady z Dębogórza i Swarzewa, po umiejscowieniu ich na odpowiednich diagramach. 3. Systematyka osadów ściekowych proponowana przez Kempę [1976, 1997] została w niniejszej pracy potwierdzona i może być rekomendowana do szerszego stosowania. MEUNIEUR J. (1962): Vergasung fester Brennstoffe und die oxidative Umwandlung von KOHLENWASSERSTOFFEN; VERLAG CHEMIE, WEINHEIM. SÜKRÜ SOLMAZ (1998): Termiczne unieszkodliwianie osadów ; Korrespondenz Abwasser 1998 (45) Nr 10; Gaz, Woda i Technika Sanitarna marzec 1999: załącznik 1-8. SIMONSEN N., BISGAARD C., NIELSEN B. (1996): Characterisation of sludge as fuel and improved sludge incineration system; In: 10th EWPCA Symposium "Sludge Treatment and Reuse" IFAT '96, Krueger A/S Technical Division, Denmark, Munich (manuscript). STASTA P., BORAN J., BEBAR L., STEHLIK P., ORAL J. (2005): Thermal processing of sewage sludge ; Thermal Engineering 26, 1420-1426. LITERATURA JURKIEWICZ. J. (1955): Próba ujęcia systematyki związków organicznych w układzie współrzędnych ortogonalnych i jej zastosowanie w praktyce. Rocz. Chemii 29, 325. JURKIEWICZ J, ROSIŃSKI S. (1968): Karbochemia; PWN, Warszawa. KEMPA E. (1976); Systematyka osadów ściekowych; Prace Naukowe Instytutu Inżynierii Ochrony Środowiska Politechniki Wrocławskiej Nr 35, Monografie Nr 12; Wrocław. KEMPA E. (1997): Systematyka osadów ściekowych; W: J. Bień (Red.): Materiały Międzynarodowej Konferencji Naukowo- Technicznej Osady ściekowe: odpad czy surowiec?, Częstochowa czerwiec 1997: 7-35. KREVELEN van D. W. (1950): Graphicalstatistical method for the study of structure and reaction processes of coal; Fuel. 29, 269. KREVELEN van D. W., SCHUYER J. (1959): Węgiel Chemia węgla i jego struktury; PWN, Warszawa.