Rozporządzenie ministra gospodarki z dnia 16.07.2015 w sprawie dopuszczania odpadów do składowania na składowiskach (Dz.U.2015 poz. 1277) określa kryteria dopuszczenia do składowania osadów ściekowych o kodzie odpadu 19 08 05. Jednym z tych kryteriów jest wartość maksymalnego ciepła spalania nie mniejsza niż 6 MJ/ kg suchej masy osadu. W praktyce oznacza to zakaz składowania osadów ściekowych od dnia wejścia Rozporządzenia czyli od 1 stycznia 2016 roku.
Według statystyk podawanych oficjalnie przez Główny Urząd Statystyczny zagospodarowanie osadów poprzez ich składowanie oraz rekultywację nieużytków systematycznie spada. Na przykład dla składowania od wartości 151 tys. ton s.m.o w 2006 do 21 tys. ton s.m.o w 2016. Zagospodarowanie rolnicze utrzymuje się na niemal stałym poziomie (w 2016 roku było to 116 tys. ton s.m.o). Tak samo kompostowanie (32 tys. ton s.m.o w 2016 roku). Natomiast zauważalny wzrost obserwuje się w przypadku metod termicznych (spalanie i suszenie). W 2006 roku było to zaledwie 6 tys. ton s.m.o, natomiast w 2016 już 101 tys. ton s.m.o, a więc niemal równy poziom zagospodarowaniu rolniczemu.
Strategia postępowania z komunalnymi osadami ściekowymi na lata 2019 – 2022 przewiduje oprócz oczywistego zapobiegania i zmniejszania powstawaniu osadów, zagospodarowanie poprzez termiczne przekształcenie oraz produkcję nawozów i środków poprawiających właściwości gleby. Jest to jeden z czterech punktów tzw. celów strategicznych podanych przez Ministerstwo. Kolejnym jest nacisk na wykorzystanie substancji biogennych ze szczególnym uwzględnieniem technologii odzysku fosforu.
Patrząc na dane NFOŚ i GW obserwuje się niedociążenie wybudowanych w Polsce spalarni, które mogłyby przyjąć osady ściekowe gdyby tylko osady te były odpowiednio przygotowane do spalania. Przede wszystkim chodzi tu o osiągnięcie stopnia odwodnienia na poziomie >90% s.m.o.
Spośród dostępnych technologii suszenia osadów największe wykorzystanie mają:
- Suszarnie termiczne
- Suszarnie niskotemperaturowe wykorzystujące pompy ciepła
- Suszarnie solarne i hybrydowe wykorzystujące energię słoneczną
W wyniku procesu suszenia, w zależności od zastosowanej technologii oraz rodzaju i jakości odwodnionego osadu otrzymuje się susz o zawartości suchej masy od 60 do 95%. Najważniejszym czynnikiem wpływającym na koszty eksploatacyjne jest oczywiście zużycie energii liczone zazwyczaj w kWh na tonę odparowanej wody. Dla laika może się wydawać, że najmniejsze jednostkowe zużycie energii będzie występowało w przypadku suszarni solarnych ponieważ w tej technologii wykorzystuje się energię słoneczną. Jest to prawda do pewnego stopnia. Zazwyczaj w bilansach energetycznych pomija się bowiem koszt energii spożytkowywanej na potężny układ wentylacji, oraz urządzenia wspomagające proces takie jak przewracarki oraz płyty grzewcze. Aby utrzymać proces na stabilnym poziomie należy bardzo często dogrzewać płyty podłogowe, na których suszy się osad oraz stosować odpowiednio duże wentylatory do odprowadzania oparów. Przy tym należy spodziewać się znacznej emisji odorów z takiej suszarni.
Suszarnie termiczne wykorzystujące paliwo opałowe w postaci gazu ziemnego mają stanowczo najwyższy jednostkowy współczynnik zużycia energii (780-1000 kWh/t H2O) jednak niekiedy nie ma to większego znaczenia, szczególnie w przypadku gdy oczyszczalnia decydująca się na taką technologię jest jednocześnie właścicielem biogazowni z układem kogeneracji i posiada własne nadwyżki ciepła lub gazu. I w takim przypadku należy zbilansować pewne zużycie energii niezależne od zużycia paliwa opałowego (jest to ok. 100 kWh/t H2O).
Zdecydowanie najbardziej czytelne i stabilne jest zużycie energii w przypadku suszarni niskotemperaturowych. Suszarnie te wykorzystują pompy ciepła oraz urządzenia wspomagające (głównie przenośniki osadu) wyposażone jedynie w silniki elektryczne. Zatem ilość zużywanej energii jest prosta do obliczenia, a jednostkowe zużycie zależy tylko i wyłącznie od ilości odparowanej wody. Przy czym im lepszy jest efekt suszenia tym mniejsze staje się jednostkowe zużycie energii. Producenci tej technologii zazwyczaj podają wartość 300 – 400 kWh/t H2O. Suszarnie niskotemperaturowe do procesu suszenia używają powietrza w obiegu zamkniętym w związku z czym nie ma w tym przypadku emisji odorów ani innych odpadów. Poprzez stosowanie względnie niskich temperatur (40 – 80 C) urządzenia te są całkowicie bezpieczne w eksploatacji i wymagają minimalnych nakładów na obsługę. Raz dobrze ustawiona technologia gwarantuje utrzymanie jakości suszu na stałym i wysokim poziomie.
Suszarnia niskotemperaturowa to urządzenie, w którym osad transportowany jest przenośnikami o perforowanych taśmach, przez które przepływa suche i ciepłe powietrze. Powietrze usuwa nadmiar wilgoci z osadu zwiększając swą wilgotność i ochładzając się do temperatury ok. 20 C. W drugim obiegu krąży czynnik chłodniczy, który w parowniku ochładza powietrze do niemal 0 C wykraplając przy tym z niego wodę, która odprowadzana jest z układu do kanalizacji. Pompa ciepła przetłacza czynnik chłodniczy ogrzewając go ponownie przed wprowadzeniem do skraplacza. W skraplaczu czynnik oddaje ciepło suchemu powietrzu, które osiąga temperaturę do 80 C. Skroplony czynnik chłodniczy rozpręża się i powtórnie dostaje się do parownika gdzie ochładza kolejną porcję powietrza. Suche i ciepłe powietrze ze skraplacza wentylowane jest do komory suszarni, gdzie dostaje się pomiędzy taśmy z osadem. W ten sposób proces przebiega cyklicznie w sposób ciągły. W zależności od wymagań, co do stopnia wysuszenia suszarnia może być wyposażona w dwie lub trzy taśmy. Wysuszony osad wydostaje się na zewnątrz w postaci suszu i pakowany jest do pojemników lub worków.
Produkowane suszarnie występują w rozmiarach określonych przez ilość możliwej do odparowania wody. Urządzenia zaczynają się w typoszeregu od całkiem małych (100 kg H2O/d) obsługujących zazwyczaj niewielkie zakłady przemysłowe do bardzo dużych (48 t H2O/d) mających zastosowanie w oczyszczalniach miejskich. Budowa większych jednostek jest modularna to znaczy, że składa się z powtarzających się modułów połączonych ze sobą szeregowo, z których każdy wygląda tak samo i działa na tej samej zasadzie. W związku z tym istnieje możliwość zwiększenia przepustowości urządzenia podczas jego eksploatacji poprzez dostawienie kolejnych jednostek.
Konsorcjum EKOFINN-POL i TECHFINN właśnie uruchomiło pierwszą z dwóch obecnie budowanych w Polsce suszarni niskotemperaturowych bazujących na technologii pomp ciepła.
Suszarnia spełnia wygórowane założenia projektowe czyli suszenia do poziomu min 90% s.m. przy zużyciu energii poniżej 400 kWh / t H20.
Przyjęta technologia zakłada współdziałanie dwóch linii suszarniczych przygotowanych do przyjmowania osadów komunalnych ( ok. 90 000 RLM) i przemysłowych. Osad odwodniony uprzednio w stacji wirówek dowożony jest do zbiorników buforowych zlokalizowanych poza halą suszarni. Stąd pompowo osad transportowany jest do układu kondycjonowania osadu przed procesem suszenia. Osad odbierany jest z suszarni do kontenerów ( 30 m3) oraz systemu pakowania suszu w worki Big-Bag, a częściowo zawracany na początek układu.
Badania wydajności suszarni potwierdziły jej wysoką sprawność i wyjątkowo niskie zużycie energii. Jej rzeczywiste jednostkowe zużycie energii w granicach 300 – 400 kWh / t H20 przy przeciętnych cenach zakupu energii elektrycznej w oczyszczalniach ścieków stanowi koszt wysuszenia 1 t osadu w granicach 110 – 150 zł.
Oczywiście nie każdy zakład komunalny lub przemysłowy stać na inwestycje wielomilionową, nie każdy posiada odpowiednie zaplecze techniczne i infrastrukturę. Mniejsze oczyszczalnie również borykają się z narastającym problemem zagospodarowania osadów i tu z pomocą przychodzi dużo tańsza inwestycyjnie technologia tzw. granulacji osadów.
Czym jest granulacja osadów? Z chemicznego punktu widzenia jest to reakcja wysokoreaktywnego tlenku wapna z wodą zawartą w odwodnionym osadzie z wydzieleniem dużych ilości ciepła, w wyniku której powstaje ustabilizowany i zhigienizowany produkt w postaci granulatu osadowo-wapnowego. Produkt ten może mieć zastosowanie jako środek poprawiający jakość gleby, na co można dostać oficjalny certyfikat łącznie z pozwoleniem wprowadzenia produktu do obrotu handlowego. W szczególności środek ten jest dobrze przyjmowany przez rolników posiadających gleby kwaśne i ubogie w wapń.
Zestaw urządzeń niezbędnych dla prowadzenia granulacji nie wymaga budowy dodatkowej infrastruktury. Przeważnie instalację udaje się zaaplikować w istniejących pomieszczeniach na końcu układu odwadniania osadów. Sercem instalacji jest mieszalnik WILK, w którym utrzymuje się odpowiednią temperaturę poprzez dozowanie precyzyjnej ilości wapna. Niezbędne jest również doposażenie zakładu w silos na wapno o stosownej wielkości (30 m3).
Stosując różne kombinacje szybkości mieszania i temperatury można uzyskać produkt o różnym rozmiarze granulek i składzie w stosunku do zawartości wapna. Przy podejmowaniu decyzji, co do inwestycji w tej technologii warto się zastanowić nad kilkoma ważnymi kryteriami jakie powinny być spełnione. Po pierwsze biorąc pod uwagę sensowność eksploatacji, instalacja granulacji dedykowana jest dla oczyszczalni średniej wielkość, w których ilość ścieków nie przekracza 3-4 tys m3/d. Wynika to w głównej mierze z ilości zużywanego wapna jaką dla tej wielkości należy się spodziewać. Wychodząc od ilości suchej masy osadu 180 kg smo/h (jest to maksymalna ilość przyjmowana dla średniej wielkości prasy taśmowej np. MONOBELT NP08CK) i zakładając średnie zużycie wapna w granulatorze na poziomie 3,5kg/kg smo otrzymuje się bowiem zużycie 3,5 t CaO/d czyli przy założeniu pracy 5 dni w tygodniu (i ok. 5-6 godzin dziennie) 17,5 t CaO na tydzień. Silos 30 m3 pokryje więc zapotrzebowanie około dwóch tygodni pracy układu.
Posiadając pozwolenie na sprzedaż granulatu jako środek poprawiający jakość gleby Zakład Komunalny powinien rozeznać, czy będzie miał wystarczający rynek zbytu. Z 1 m3 osadu (przed odwodnieniem) powstaje ok. 200 kg granulatu. Tak więc dla wyżej omawianej wielkości oczyszczalni należy się spodziewać około 10 ton granulatu na dobę. Zaś przyjmując koszt wapna jako główny koszt eksploatacyjny (ok. 400 zł/ tCaO), w przeliczeniu kosztów na tonę osadu odwodnionego wychodzi około 280 zł/t. Jeżeli więc Zakład Komunalny nie ma tańszych możliwości oddania osadu do dalszej przeróbki, inwestycja w linię granulacji osadów jest jak najbardziej uzasadniona.
Przede wszystkim Użytkownik pozbywa się kłopotu odpadu ponieważ osad nie jest już kwalifikowany jako odpad o kodzie 19 08 05 tylko jako produkt. Procedura pozyskiwania odpowiedniego pozwolenia na wprowadzenie produktu do obrotu trwa około roku i wymaga uprzedniego posiadania własnej linii do granulacji ponieważ właścicielem pozwolenia musi być producent, a więc w tym przypadku zakład, na którego terenie znajduje się instalacja. Firma Ekofinn-Pol dostarczyła w Polsce dziesięć tego typu instalacji i skutecznie przeprowadza w imieniu inwestora procedurę certyfikacyjną.
Podsumowując, w artykule zostały przedstawione dwie technologie zagospodarowania osadów pochodzących z oczyszczalni ścieków. Są to niskotemperaturowe suszarnie osadu oraz granulacja osadu. Metody te dedykowane są dla dużych miejskich oczyszczalni (suszenie) oraz średnich gminnych oczyszczalni (granulacja) oraz zakładów przemysłowych posiadających własną oczyszczalnię. Obie technologie bezpośrednio wpisują się strategię zagospodarowania osadów na lata 2019-2020 nakreśloną przez Ministerstwo. W artykule zostały przedstawione kryteria ekonomiczne oraz techniczne prezentowanych metod.
dr inż. Michał Świsłowski
