Czysta Energia

Czysta energia z biogazu!

Czym jest biogaz?

Surowcem do produkcji biogazu mogą być prawie wszystkie organiczne odpady produkcji rolniczej. Szczególnie przydatne ze względu na skład są odchody zwierzęce w postaci gnojowicy lub obornika. Skład chemiczny biogazu jest następujący: metan CH4 (52 – 85%), CO2 (14 – 18%), siarkowodór H2S (0,08 – 5,5%), wodór H2 (0 – 5%), tlenek węgla CO (0 – 2,1%), azot N2 (0,6 – 7,5%), tlen O2(0,2 – 0,1%). Metan jest gazem łatwopalnym, nietrującym, bezwonnym i znacznie lżejszym od powietrza. Spalanie następuje według następującego wzoru: CH4 + 2O2 –> 2H2O + CO2 W czasie spalania 1 m3 metanu powstaje około 1,6 kg wody w postaci pary; do spalenia 1 m3 metanu potrzeba około 10 m3 powietrza.

Pozysk biogazu z natury

Wykorzystanie biogazu powstałego w wyniku fermentacji biomasy ma przed sobą przyszłość. To cenne paliwo gazowe zawiera 50-70% metanu, 30-50% dwutlenku węgla oraz niewielką ilość innych składników (azot, wodór, para wodna). Surowcem do produkcji biogazu są odchody zwierzęce, odpady roślinne, ścieki… . Wydajność procesu fermentacji zależy od temperatury i składu substancji poddanej fermentacji. Prawidłowa temperatura fermentacji wynosi 30-35°C dla bakterii mezofilnych i 50-60°C dla bakterii termofilnych. Utrzymanie takich temperatur w komorach fermentacyjnych zużywa się od 20-50% uzyskanego biogazu.

Budowa zbiornika biogazu

http://www.ilawskiewodociagi.pl/images/sattler.png

Zbiornik firmy Sattler składa się z trzech powłok przymocowanych pierścieniem stalowym do fundamentu. Biała powłoka zewnętrzna utrzymuje kształt kulisty dzięki parciu powietrza nawiewanego przez dmuchawę. Wewnątrz znajduje się żółta powłoka która zmienia swoją pojemność w zależności od napływu i odpływu gazu. Gaz znajduje się pomiędzy powłoką denną, rozpostartą na płycie fundamentowej, a powłoką wewnętrzną.

http://www.ilawskiewodociagi.pl/images/gallery/galery_27.jpg

Powietrze nadmuchiwane znajduje się pomiędzy zewnętrzną a wewnętrzną powłoką. Dmuchawa działająca w ruchu ciągłym nawiewa powietrze przodem pomiędzy powłokę zewnętrzną a wewnętrzną, dzięki czemu stabilizuje ciśnienie gazu i wyrównuje różnicę pomiędzy dopływem a rozbiorem gazu Stały nadmuch powietrza utrzymuje również zbiornik w stabilności i zabezpiecza go przed odkształceniem podczas silnego wiatru. Nadmiar powietrza uchodzi wężem prowadzonym wzdłuż przewodu powietrza nawiewanego. Zawór bezpieczeństwa działa na zasadzie zamknięcia słupem cieczy niezamarzającej i zabezpiecza powłoki przed wzrostem ciśnienia roboczego, ustalonego dla danej pojemności zbiornika(od 20 do 11 Mbar). Do przestrzeni gazowej wprowadzone są trzy rury stalowe (rura dopływowa i odpływowa gazu i rura kondensatu. Fundament żelbetowy wykonuje się w oparciu o wytyczne firmy sattler, po dostawie rur pierścieni mocujących, śrub, zaworu bezpieczeństwa i dmuchawy. Zawór bezpieczeństwa i dmuchawę umieszcza się przy zbiorniku na osobnych fundamentach. Po wykonaniu fundamentu i połączeniu zaworu bezpieczeństwa do rury gazowej dokonuje się montażu powłok. Na szczycie powłoki zewnętrznej znajduje się miernik poziomu biogazu z którego sygnał 4-20mA wykorzystany jest do skierowania odbioru gazu i pochodni. Elektroniczne urządzenia sterujące montowane są przy montażu powłok.

Energia z biogazu

http://www.ilawskiewodociagi.pl/images/gallery/galery_29.jpg

Biogaz służy do wytwarzania energii elektrycznej w generatorze, jednocześnie generator chłodzony cieczą służy też do ogrzewania budynków na oczyszczalni w Dziarnach oraz osadu fermentującego.

Powiatowa słoneczna suszarnia osadów na oczyszczalni ścieków w Iławie

Postęp cywilizacyjny i rozwój nowych technologii w ochronie środowiska przejawia się wzrostem inwestycji proekologicznych, tym bardziej, że pojawiło się
w ostatnich latach wiele możliwości pozyskiwania środków finansowych na finansowanie takich inwestycji. Wodociągi  umiejętnie wykorzystując ścieżki dostępu, a także solidnie przygotowując odpowiednie wnioski o finansowanie inwestycji, modernizują przestarzałą infrastrukturę wdrażając mało znane niekonwencjonalne rozwiązania służące zarówno obniżeniu kosztów oczyszczania ścieków, jak również  zmniejszające uciążliwość  oczyszczalni dla środowiska.

        Iławskie Wodociągi Sp. z o.o. posiadają nie tylko duże doświadczenie
w zarządzaniu systemem wodno-kanalizacyjnym miasta Iławy, ale także w pozyskiwaniu środków finansowych na realizację licznych projektów inwestycyjnych nie tylko na oczyszczalni ścieków, ale także w innych zakładach firmy (Centralna Przepompownia Ścieków, sieć wodociągowa). Firma pozyskała środki między innymi
z programu PHARE-2001 oraz Phare 2002 Fundusz Dotacji Inwestycyjnych (4 wnioski), Programu Phare 2002 Fundusz Wsparcia na Doradztwo (1 wniosek), Program ZPORR w ramach Priorytetu  3.

Dodatkowo Wodociągi otrzymały dotacje z Duńskiej Agencji Ochrony Środowiska oraz Ekofunduszu na inwestycje pt „I etap modernizacji oczyszczalni ścieków w Dziarnach”. Inwestycja ta przyniosła Spółce wyróżnienie w Ogólnopolskim konkursie „Modernizacja Roku 2002”. Obecnie w spółce realizowany jest II etap modernizacji oczyszczalni ścieków w Dziarnach k. Iławy i przepompowni ścieków w Iławie. W ramach inwestycji wykonywane są m.in. prace:

  • ocieplenie komór WKFZ (2 szt.) i łącznika między komorami
  • montaż mieszadeł fermentowanego osadu (ABS)
  • montaż wymienników ciepła (Alfa Laval)
  • modernizacja węzła ciepłowniczego
  • wymiana rurociągów w obrębie komór fermentacyjnych
  • montaż zagęszczarek osadu surowego i nadmiernego (biologicznego)
  • wymiana pomp podających osady i montaż maceratora ( Vogelsang)
  • wymiana kraty schodkowej (Meva Pol) i montaż zastawek

Po wykonaniu modernizacji prognozujemy wzrost ilości uzyskiwanego biogazu o ok. 20 % z tej samej ilości ścieków. Wartość realizowanej inwestycji to 3 470 000 zł, z tego 1 711 000 zł dofinansowane jest z funduszy UE.
Dotychczas wykonane inwestycje (m.in. powłokowy zbiornik na biogaz Sattler, komputerowy system sterowania dosyłu ścieków, wymiana pomp (FLYGT) tłoczących ścieki, agregat kogeneracyjny (MAN), wymiana oświetlenia terenu na energooszczędne) spowodowały spadek kosztów oczyszczalni ścieków związanych z zakupem  energii elektrycznej z Zakładu Energetycznego. W przeliczeniu spowodowało spadek kosztów energii  z 23 groszy do 5 groszy za oczyszczenie  m3 ścieków).
Aktualnie spółka produkuje ok.60% energii elektrycznej i 100 % energii cieplnej zużywanej na oczyszczalni ścieków w Dziarnach.

Nowoczesna, sprawna infrastruktura techniczna warunkuje rozwój społeczno – gospodarczy regionu oraz przyczynia się do zachowania i poprawy walorów przyrodniczych województwa. Jednym z celów operacyjnych jest tutaj rozwój infrastruktury technicznej na rzecz ochrony środowiska zgodnej z normami Unii Europejskiej. Modernizacja infrastruktury oczyszczalni ścieków w Dziarnach, podejmowana z uwagi na konieczność zachowania odpowiednich parametrów oczyszczania ścieków, w pełni wpisuje się w ten cel.
Jedną z najnowszych inwestycji zrealizowanych na oczyszczalni w Dziarnach jest słoneczna suszarnia osadów ściekowych obsługująca miasto i gminę Iława. Wartość inwestycji ok. 3 500 000 zł. Na jej realizację pozyskano środki w formie dotacji z Ekofunduszu w Warszawie w wysokości 1 725 000 zł oraz pożyczkę z WFOŚiGW w Olsztynie (1 125 000 zł), a 10 % stanowiły środki własne Spółki.
Realizacja projektu polegającego na budowie słonecznej suszarni osadów ściekowych w pełni wpisuje się w zadania Fundacji w dziedzinie ochrony środowiska, które mają nie tylko istotne znaczenie w skali regionu czy kraju, ale także wpływają na osiągnięcie celów ekologicznych w skali europejskiej, a nawet światowej uznanych za priorytetowe przez społeczność międzynarodową.
O wyborze słonecznego suszenia osadów zadecydowały następujące aspekty:

I. Aspekt – ekonomiczny:

Do suszenia osadów wykorzystuje się darmową energie słońca, a niezbędny nakład dodatkowej energii jest stosunkowo mały.  Dla zwiększenia efektywności suszenia i elastyczności procesu wykorzystane zostaną wysoko wydajne urządzenia typu pompy ciepła oraz ciepła odpadowego i energia elektryczna ze spalania biogazu. Bezpośrednie korzyści płyną z tytułu zmniejszenia masy końcowej osadu (do 90%), a co się z tym wiąże oszczędności na transporcie, magazynowaniu i dalszym zagospodarowaniu osadu.

II. Aspekt – ekologiczny:

Technologia suszenia osadów z wykorzystaniem energii słonecznej nie powoduje zwiększonej emisji CO2. Nie ma potrzeby stosowania dodatkowo paliw kopalnych. Bilans energii oparty jest na stosowaniu poszanowania energii. Nie do przecenienia jest bezpieczeństwo zdrowotne i brak negatywnego wpływu na środowisko przyrodnicze.

III. Aspekt – zrównoważonego rozwoju:

w wyniku suszenia jako produkt końcowy uzyskuje się wysuszony, ustabilizowany biologicznie, neutralny zapachowo, łatwy do przechowywania osad stanowiący nowy rodzaj paliwa. Korzystanie z takiego paliwa wykluczy w części wykorzystywanie paliw konwencjonalnych. Można założyć, że w wielu przypadkach spalanie biogazu z fermentacji osadów i wysuszonych osadów wyłącznie na oczyszczalni, może stanowić o jej samowystarczalności w odniesieniu do bilansu paliw niezbędnych do jej funkcjonowania.

IV. Aspekt – dywersyfikacja kierunków zagospodarowania osadów:

Uzyskiwany susz osadowy nadal nadaje się do dalszego przyrodniczego (w tym rolniczego) zagospodarowania. Jego stosowanie i aplikacja jest zdecydowanie łatwiejsza niż osadów wyłącznie po mechanicznym odwodnieniu (wirówki). Możliwość przechowywania suszu w okresach zimy pozwala na spełnienie ustawowego zakazu stosowania osadów na gruntach zamarzniętych i pokrytych śniegiem.
W przypadku niestabilności składu jakościowego suszu, uniemożliwiającego jego przyrodnicze wykorzystanie, jak również w przypadku ustawowego zakazu stosowania w rolnictwie, oczyszczalnia posiadała będzie możliwość legalnej utylizacji osadów w kierunku energetycznym  np. jako paliwo alternatywne.
Prowadzona dotychczas gospodarka osadami na oczyszczalni w Dziarnach polegała na ich odwadnianiu: zarówno mechanicznym z wykorzystaniem wirówek, jak również naturalnym odwadnianiu na poletkach ociekowych.
Odwodnione osady mieszane były ze słomą, innymi dodatkami organicznymi i poddawane procesowi kompostowania w pryzmach dynamicznych. Kompostowanie prowadzone było na utwardzonym i uszczelnionym placu przy wykorzystaniu ogólnie dostępnego sprzętu rolniczego (ciągnik z ładowarką, rozrzutnik obornika). Zaprojektowana technologia pozwalała na uzyskanie kompostu nadającego się do dalszego przyrodniczego wykorzystania.
Realizowana do tej pory metoda odzysku komunalnych osadów ściekowych, jaką było kompostowanie, okazała się jednak mało konkurencyjna pod względem nakładów eksploatacyjnych. Problemem pozostawało ciągłe utrzymanie dobrej jakości produktu końcowego – kompostu, oraz problemy z jego zbytem. Również problematyczne staje się pozyskiwanie niezbędnych dodatków organicznych do kompostowania (słoma, trociny, odpady drzewne), które lokalnie wykorzystywane są w celach energetycznych, bądź w przypadku słomy stanowią cenny półprodukt do produkcji kompostu pieczarkowego, a co za tym idzie cena jej zakupu z roku na rok systematycznie wzrasta.
W przypadku wykorzystywania poletek osadowych do odwadniania osadów problematyczne, szczególnie w warunkach krajowych okazują się anomalie pogodowe. Zbyt krótki okres trwania miesięcy bezopadowych nie sprzyjał odwadnianiu osadów na poletkach, a zaleganie osadów na dużych powierzchniach poletek bez ich napowietrzania powodowało powstawanie stref beztlenowych i wydzielanie nieprzyjemnych zapachów podczas suszenia. W okresach ciepłej pory roku miliony muszek bytujących na osadach odwadnianych na poletkach stanowiły również poważną uciążliwość.
Biorąc dotychczasowe doświadczenia w gospodarowaniu osadami, a także niedoskonałość krajowych przepisów ochrony środowiska podjęto decyzję o realizacji technologii ekstensywnego suszenia z możliwością uzyskiwania produktu końcowego – suszu, nadającego się zarówno do dalszego przyrodniczego stosowania jak i możliwego do wykorzystania w celach energetycznych. Wizyty na oczyszczalniach w Rzeszowie i innych niemieckich oczyszczalniach potwierdziły celowość zastosowania do suszenia osadów systemów solarnych. Zaprojektowana słoneczna suszarnia realizowana na oczyszczalni w Dziarnach stanowi element ciągu technologicznego gospodarki osadami. Jest ona inwestycją w pełni proekologiczną. Nie powoduje zwiększonej emisji CO2, a do suszenia wykorzystywana jest przede wszystkim energia ze źródeł odnawialnych. Nie ma, zatem potrzeby stosowania dodatkowo paliw kopalnych. Bilans energii oparty jest na stosowaniu poszanowania energii.
W przypadku oczyszczalni w Dziarnach, ze względu dysponowania dużą ilością terenu można było pozwolić sobie na realizację obiektu suszarni słonecznej przypominającej swoim wyglądem szklarnię o wielkości w rzucie 12 na 128 m i wysokości w kalenicy do 6 m.
W założeniach przyjęto, że podstawowym źródłem suszenia osadów będzie energia słoneczna. Nie mniej jednak wzorując się na doświadczeniach oczyszczalni ścieków z Murnau (Niemcy) zastosowano dodatkowo ogrzewaną posadzkę, której zadaniem jest utrzymywanie dodatnich temperatur, szczególnie w okresach braku słońca, nocą, czy też okresach jesieni i zimy.
Ciepło do podgrzewania posadzki uzyskiwane jest dzięki pompie ciepła, której dolne źródło stanowi jeden z osadników wtórnych z zainstalowanymi kolektorami – systemem odbioru ciepła i nośnikiem ciepła jakim jest substancja glikolowa.
Rozwiązanie takie jest jedynym w swoim rodzaju, dotychczas funkcjonującym w Polsce. Górne źródło ciepła stanowi system rur grzewczych zatopionych w posadzce hali, w których ze względów na zabezpieczenie przed zamarznięciem w okresie ujemnych temperatur, nośnikiem ciepła jest również substancja glikolowa.
Dodatkowe wspomagające źródło ciepła dla posadzki stanowi energia cieplna  ze spalania biogazu wytwarzanego z fermentacji osadów ściekowych, rozważa się również przekazywanie rurami preizolowanymi nadmiarowego ciepła powstającego w kogenaratorze przetwarzającym energię zawartą w biogazie z osadów pościekowych na energię elektryczną. Niekonwencjonalne rozwiązania systemu odzysku i wykorzystania ciepła do suszenia osadów, funkcjonowania ciepłowni hybrydowej jak i rozwiązanie samej suszarni osadów zaprojektowane zostało przez firmę dr inż. Romana Sobczyka – EKOTOP z Piły. Było ono wynikiem wspólnych wyjazdów, dyskusji, rozważań koncepcyjnych, szukania możliwych najlepszych dostępnych technologii. Przy wyborze rozwiązań kierowano się przede wszystkim zasadą niskiej energochłonności instalacji i niskich kosztów eksploatacyjnych, a jednocześnie uzupełnianiem i przenikaniem się nowoczesnych technologii mających na celu uzyskanie produktu końcowego znajdującego zastosowanie zarówno w energetyce jak również tradycyjnego rolniczego wykorzystania.
Zasadniczym elementem zastosowanej technologii słonecznego suszenia osadów jest poruszająca się po torach jezdnych (bocznych nawach) przewracarka osadów „Wendewolf” (IST), która jednocześnie rozplantowuje osad równomierną warstwą po całej powierzchni hali, przewraca osad i umożliwia docieranie powietrza do cząsteczek osadu, transportuje wzdłuż hali, a jednocześnie umożliwia tworzenie tzw. pryzm higienizacyjnych.
Dzięki ciągłej pracy i możliwości przyjmowania na bieżąco świeżego osadu nie ma potrzeby budowy składowiska dla osadu odwodnionego mechanicznie, co w przypadku suszarni pracujących cyklicznie jest niezbędne. W zastosowanej technologii ważne jest, że przerzucarka nie tylko przewraca i przesuwa osad wzdłuż hali, ale ma także możliwość usypywania pryzm o wysokości 50 cm  co ułatwia załadunek i odbiór wysuszonego granulatu z hali suszarniczej.
W procesie suszenia słonecznego wykorzystuje się efekt cieplarniany powstający w suszarni pokrytej powłoką (poliwęglanem) przepuszczającą światło słoneczne.  Siłą napędową procesu suszenia w hali jest różnica ciśnień cząstkowych pary wodnej w powietrzu suszącym i pary nasyconej w warstwie nad powierzchnią osadów. Nakład pracy w zaprojektowanym systemie jest niewielki. Osad ściekowy automatycznie dostarczany jest przenośnikiem ślimakowym (po wirówkach) na początek hali do strefy przyjmowania osadu. Stąd przerzucarka rozprowadza osad do dalszej zasadniczej części hali i odpowiednio, w zależności od panujących na zewnątrz warunków atmosferycznych przerzuca i przesuwa osad wzdłuż hali. Dzięki przekazywanym sygnałom z zainstalowanej w suszarni „stacji meteo”, rejestrującej wilgotność powietrza na zewnątrz i w środku hali, temperatury oraz siłę wiatru, komputer urządzenia przerzucającego osady steruje zarówno pracą przerzucarki jak i systemem włączania i wyłączania wentylatorów oraz otwierania i zamykania uchylnych okien w kalenicy hali. W przypadku wzrostu wilgotności powietrza wewnątrz hali kalenica zostaje uchylona, a wilgotne powietrze usuwane jest na zewnątrz.  W wyniku systematycznej pracy przerzucarki powstają strefy jednakowo wysuszonego osadu. Im bliżej końca hali tym większy stopień wysuszenia osadu. Po zakończeniu procesu suszenia  odbiór osadu odbywa się na końcu hali.
Analiza rentowności słonecznej suszarni osadów ściekowych w większości przypadków (Niemcy, Szwajcaria, Francja, Austria) wyraźnie pokazuje, że jest to przedsięwzięcie opłacalne.
Dofinansowanie inwestycji ze środków pomocowych pozwala na znaczne zmniejszenie kosztów inwestycyjnych, a tym samym szybką amortyzację budowli i urządzeń. Pierwszy rok eksploatacji iławskiej suszarni osadów ściekowych będzie polem doświadczalnym pozwalającym na obiektywną ocenę jej pracy, a także porównanie dotychczasowych kosztów eksploatacyjnych. Można mieć również nadzieję, że ciągłe zmiany przepisów ochrony środowiska będą preferowały podobne rozwiązania dając zielone światło innym wodociągom, które zechcą zainwestować w podobne rozwiązania.