słoneczne suszarnie osadów ściekowych

Ekonomika słonecznych suszarni osadów ściekowych – pierwsza dekada polskich doświadczeń Cz. II

W Polsce w minionej dekadzie oddano do eksploatacji niemal 30 suszarni słonecznych lub hybrydowych. Mimo ogólnego podobieństwa, zrealizowane obiekty różnią się od siebie rodzajem i wykonaniem materiałowym przewracarek do osadów, systemami wentylacji i ogrzewania oraz sposobem dostarczania i ewakuacji osadów. W efekcie, jak się okazuje, niestety, nie wszystkie suszarnie – wbrew podstawowym założeniom – okazały się energooszczędne, proste, niezawodne i tanie w budowie i eksploatacji. Dlaczego?

Słoneczne suszarnie osadów ściekowych są od co najmniej kilkunastu lat z powodzeniem eksploatowane w wielu krajach Europy Zachodniej, jak Niemcy, Austria czy Szwajcaria. Działają nie tylko w bezpośrednim sąsiedztwie zabudowań mieszkalnych, ale także w rejonach turystycznych, a nawet chronionych, np. w alpejskich obszarach Natura 2000. Jest to najlepszy dowód na to, że dobrze zaprojektowane i suszące odpowiednio przygotowane i ustabilizowane osady suszarnie szklarniowe mimo otwartych, grawitacyjnych systemów wentylacyjnych nie są źródłem uciążliwych odorów.

Skuteczne antidotum na odory

Pozytywnych przykładów nie brakuje także w Polsce. Należą do nich m.in. suszarnie słoneczne w Kozienicach, Tuchowie, Łańcucie, które – mimo braku ogrzewania – funkcjonują cały rok, bez jakichkolwiek problemów. Problemów z odorami nie mają także suszarnie hybrydowe w Iławie, Końskich, Chełmie, Morągu, a także Żarów, Żagań itd., tj. zasadnicza większość obiektów działających w naszym kraju, choć nie wszystkie suszarnie słoneczne przyjmują osady także w zimie.

W przypadku suszarni w Żarach czy Myszkowie występują okresowo problemy z odorami, ale te są ściśle powiązane z brakiem właściwej stabilizacji osadów w ciągu technologicznym oczyszczalni, zwłaszcza wczesną wiosną. Zaradzono temu, instalując na tych obiektach stosunkowo tanie i proste w obsłudze systemy antyodorowe, oparte na rozpylaniu w strumieniu sprężonego powietrza specjalistycznych środków chemicznych. Najbardziej burzliwe, trwające wiele miesięcy protesty lokalnych społeczności spotkały suszarnie słoneczne w Antoniowie k. Ozimka, Bełchatowie czy Ostrzeszowie1, 2. Ta ostatnia została nawet całkowicie wyłączona z eksploatacji.

Przytoczone przykłady pokazują (wbrew niektórym opiniom publikowanym w prasie branżowej3), że uciążliwości odorowych nie można przyporządkować do żadnej ze stosowanych w suszarniach słonecznych przewracarek do osadów (niemalże w każdej z wymienionych borykających się z problemami suszarni są one różne). Nie można też im skutecznie zapobiec poprzez recyrkulację suszu czy jakiekolwiek inne zabiegi technologiczne. By osady podczas przewracania i suszenia nie emitowały odorów, muszą być wcześniej odpowiednio ustabilizowane. Inaczej do rozkładu materii organicznej, zamiast w węźle do stabilizacji, dochodzić będzie w suszarniach słonecznych.

Zgodnie z europejskimi doświadczeniami z eksploatacji oczyszczalni ścieków, implementowanymi do Polski pod auspicjami Izby Gospodarczej „Wodociągi Polskie” (IGWP), pierwszą i najważniejszą zasadą dobrej przeróbki osadów ściekowych jest ich właściwa stabilizacja, tlenowa lub w wydzielonych komorach fermentacyjnych, których budowę IGWP zaleca już dla oczyszczalni o wielkości powyżej 15 tys. RLM4.

słoneczna suszarnia osadów ściekowych

Fot. 1. Położona w linii prostej 20 km od Zug Spitze słoneczna suszarnia osadów w Murnau (Okręg Garmisch-Parten-Kirchen) nie ma problemów z emisją odorów.

suszarnia słoneczna Kozienice
Fot. 2. Hala suszarni słonecznej oczyszczalni w Kozienicach. Mimo iż nieogrzewana suszarnia solarna przyjmuje osady przez cały rok i jest eksploatowana od 2007 r., nigdy nie była źródłem uciążliwych odorów5.

Osady powinno się stabilizować nie tylko z uwagi na aspekty odorowe. Wcześniejszy rozkład materii organicznej to istotna redukcja ogólnej masy osadów, efektywniejsze i tańsze odwadnianie, a także dużo mniejsza powierzchnia hal suszarniczych, zaś w przypadku suszarni termicznych – znacznie mniejsze zużycie energii na odparowanie wody. W ogólnym rachunku ekonomicznym dobra stabilizacja osadów po prostu się opłaca.

Sorry, taki mamy klimat…

W polskich warunkach klimatycznych natężenie promieniowania słonecznego w miesiącach zimowych jest przeciętnie dziewięciokrotnie niższe niż latem. Kolejną barierą dla procesu suszenia w okresie od późnej jesieni do wiosny jest znaczna wilgotność powietrza, co oznacza proporcjonalnie wolniejsze parowanie wody i ubytek masy suszonych osadów, podczas gdy na oczyszczalni każdego miesiąca jest wytwarzana niemalże taka sama masa odwodnionych i czekających na wysuszenie osadów.

energia promieniowania słonecznegosuszarnia słoneczna temperatura i wilgotnośćRys. 1 i 2. Przykładowe zmiany najistotniejszych dla suszarni słonecznych parametrów pogodowych na przestrzeni roku5.

Z powodu uwarunkowań klimatycznych, niemożliwe do technicznego zrealizowania jest założenie ogrzewanej słonecznej suszarni hybrydowej, która stale przyjmuje osady i, susząc je w warstwie o jednakowej grubości, będzie gwarantowała odparowanie stałej ilości wody w każdym z 12 miesięcy w roku. Po pierwsze, żadna oczyszczalnia ścieków nie dysponuje taką ilością nadmiarowej energii, zwłaszcza zimą, kiedy biogaz i ciepło z agregatów kogeneracyjnych jest z reguły w pierwszej kolejności wykorzystywane do ogrzewania komór fermentacyjnych i pozostałych obiektów oczyszczalni. Po drugie, tak znacznego deficytu energii słonecznej nie da się wyrównać poprzez pompy ciepła, choćby z uwagi na fakt ograniczonej pojemności cieplnej osadników wtórnych, maksymalnej możliwej do uzyskania temperatury medium grzewczego (50-55oC) i wreszcie wielkości powierzchni i kubatury suszarni słonecznych, która musi być ogrzewana. Po trzecie, nawet gdyby to było technicznie możliwe, nikogo nawet w najbogatszych państwach Europy Zachodniej na to po prostu nie stać.

Wiele już napisano na temat zasilanego pompami ciepła ogrzewania podłogowego w suszarniach słonecznych6, 7. Nawet przy dużo wyższych kosztach budowy hal suszarniczych (Myszków, Kłodzko, Bełchatów, Strzelin) i kilkunastokrotnie wyższym zużyciu energii elektrycznej w przeliczeniu na 1 Mg odparowywanej wody, nie są one w stanie zagwarantować lepszego efektu niż odparowanie zaledwie kilkunastu procent wody więcej w stosunku do nieogrzewanych suszarni słonecznych. Taka inwestycja nie może zatem być opłacalna.

Oczyszczalnie ścieków w Niemczech stosunkowo szybko wycofały się ze stosowania tej technologii, a wspomniana już wyżej suszarnia w Murnau po trzech latach zaprzestała eksploatacji ogrzewania podłogowego. A w Polsce? U nas już pracuje lub będzie funkcjonowało łącznie osiem suszarni wyposażonych w pompy ciepła. Należą do nich m.in. warta 31 mln zł inwestycja w Bełchatowie i 19 mln zł w Strzelinie.

Tymczasem, jeżeli suszarni słonecznych nie da się odpowiednio intensywnie dogrzewać, to jedynym wyjściem pozostaje przeczekanie zimy i gromadzenie znacznej części powstających w tym okresie osadów w halach suszarniczych. Właśnie w halach, a nie na placach składowych. O tym, że praktycznie nie da się składować osadów w pryzmach, poza suszarniami i sukcesywnie wprowadzać do procesu od wiosny do jesieni wraz z na bieżąco powstającymi osadami, świadczy przykład suszarni w Antoniowie k. Ozimka. Została ona zaprojektowana i wyposażona w przewracarkę do suszenia osadów wyłącznie w cienkiej warstwie, połączonej z recyrkulacją suszu, która – wg założeń – miała gwarantować dodatkowe rozluźnianie złoża i intensyfikację parowania wody. Działania te miały odpowiednio wspomagać suszenie i zapobiegać zagniwaniu osadów w suszarni3. Tymczasem wprowadzenie do suszarni źle ustabilizowanych i – jak można założyć – już częściowo zagnitych osadów, uruchomiło wiosną 2014 r. falę protestów przeciw odorom wydobywającym się z suszarni. Sprzeciw trwał nieprzerwanie aż do jesieni, kiedy to zdecydowano nawet o okresowym wyłączeniu suszarni z działania. Obecnie, zgodnie z decyzją Burmistrza Ozimka ze stycznia 2015 r., osady od jesieni do wiosny, a także w okresach gorszej pogody, mają być unieszkodliwiane jak przed budową suszarni, czyli wywożone bezpośrednio po ich mechanicznym odwodnieniu, bez magazynowania i oczekiwania na proces suszenia8. Tyle że w polskich warunkach klimatycznych to aż pół roku i nie po to buduje się suszarnię, by prawie połowę wytwarzanych osadów nadal unieszkodliwiać w postaci mokrej.

Jak zatem bezpiecznie magazynować osady i czym różni się składowanie osadów wewnątrz i poza halami suszarniczymi? Osady w suszarniach słonecznych nie leżą w pryzmach. Zaraz po ich dostarczeniu rozkładane są w równą warstwę i regularnie napowietrzane poprzez przewracanie. Jest rzeczą nieuniknioną, że przy długo utrzymującej się fali mrozów w końcu zamarzają, ale wtedy ustają także procesy ich biologicznego rozkładu. Zima nie jest sprzyjającym okresem dla suszarni słonecznych, tym niemniej, chcąc korzystać z profitów tej technologii, trzeba być odpowiednio przygotowanym na jej przetrwanie, poprzez właściwie wybraną technologię suszenia.

Suszenie osadów w zmiennej lub cienkiej warstwie

Technologia zastosowana w większości polskich suszarni, zwłaszcza tych najdłużej działających (m.in. w Kozienicach, Iławie, Żarach, Myszkowie, Łańcucie), zakłada suszenie osadów w okresie letnim, tj. w czasie, gdy woda z osadów paruje najszybciej, w warstwie 10-20 cm, i buforowanie okresów zimy poprzez sukcesywny przyrost grubości złoża do 30-40 cm. Osady są przy tym regularnie przewracane i napowietrzane na całej powierzchni i w całym przekroju warstwy, a ich struktura z mazistej i ciągliwej jest zamieniana w formę luźnego i przepuszczalnego dla powietrza i pary wodnej granulatu.

zmiana grubości warsty osadu ściekowego

Rys. 3. Przykładowy wykres zmiany grubości warstwy osadów w suszarni solarnej suszącej osady w zmiennej warstwie3.

Przewracarka osadów ściekowych
Fot. 3. Przewracarka podczas rozgarniania i rozdrabniania dowiezionej pryzmy mokrych osadów. Osady od samego początku przybierają postać granulatu5.

osad ściekowy
Fot. 4. Rozdrobniona i równo rozgarnięta warstwa mokrych osadów po zakończeniu automatycznego programu ZAŁADUNEK. Luźna struktura i rozwinięta powierzchnia przyspieszają parowanie wody5.

Niektórzy dostawcy urządzeń i technologii dla suszarni słonecznych stawiają na stałe utrzymywanie w suszarniach cienkiej warstwy osadów rzędu 10-20 cm, bez względu na porę roku. Tyle że jest to realizowane kosztem systemów grzewczych dużej mocy (nawet powyżej 200 kW na pojedynczą halę), opartych najczęściej na pompach ciepła lub też wymaga proporcjonalnie większej powierzchni suszenia. W przeciwnym razie osady zimą albo będą musiały trafiać na plac składowy, albo – by zwolnić miejsce na kolejne partie – być wcześniej wygarniane z hal suszarniczych, zanim zdołają osiągnąć założony stopień wysuszenia.

Przykładem dobrze ilustrującym różnice między efektami suszenia w zmiennej i cienkiej warstwie jest suszarnia słoneczna, funkcjonująca od 2010 r. na oczyszczalni ścieków w Żaganiu. Pierwotnie zaprojektowana do kompensowania zimowego deficytu energii słonecznej poprzez wzrost grubości złoża do 40-45 cm, czyli suszenia osadów w warstwie o zmiennej grubości, miała – wg założeń – zagwarantować uzyskanie minimalnej zawartości suchej masy w suszu na poziomie nie niższym niż 60% oraz średniej wartości rocznej w granicach 63-68%8. Po zamianie technologii na suszenie w cienkiej warstwie (10-20 cm), wygarniany z niej „susz” w grudniu ma np. 27% s.m., a w styczniu – 33% s.m.9. Rodzi się zatem pytanie, czy takie osady, zasadniczo nieróżniące się masą i strukturą od osadów po urządzeniach odwadniających, w ogóle można nazwać suszem. Zdarzają się opinie, że taki rozrzut efektów suszenia jest wymuszony sezonową zmiennością pogody i w przypadku nieogrzewanych suszarni słonecznych jest w naszych warunkach klimatycznych nie do uniknięcia. Tyle że w sąsiadujących z Żaganiem Żarach osady, poprzez buforowanie okresu zimy i wzrost grubości warstwy złoża do 40 cm, przetrzymuje się w halach suszarniczych aż do uzyskania 70-85% s.m. w każdej wygarnianej z suszarni partii. Wymaga to jednak zwiększenia grubości suszonego i przewracanego przez przewracarki złoża osadów do 40-45 cm.

I jeszcze jeden praktyczny przykład, tym razem z Kozienic, świadczący o tym, że prowadzenie procesu suszenia w 20-centymetrowej warstwie nie ma wiele wspólnego ze specyficznymi dla Polski warunkami klimatycznymi. Tamtejsza oczyszczalnia, po zakończonej niedawno rozbudowie, wytwarza taką ilość osadów, że w ciągu ostatnich dwóch lat jej eksploatacji (2014-2015) była w stanie maksymalnie dociążyć swoją suszarnię słoneczną, dowożąc odwodnione osady wg takiego harmonogramu, by przez cały rok utrzymywać w niej warstwę suszonego złoża o grubości między 30 a 45 cm. Dzięki takiej eksploatacji, w stosunkowo niewielkiej hali o czynnej powierzchni suszenia wynoszącej 610 m2, zdołano odparować w roku ok. 550 Mg wody, uzyskując rekordowo wysoki współczynnik efektywności na poziomie 900 kg/m2/rok. Dla porównania, w suszarni w Kłodzku, gdzie jest realizowana technologia cienkowarstwowa (10-20 cm), uzyskuje się efektywność 856 kg H2O/m2, ale kosztem dodatkowego ogrzewania podłogowego o mocy 210 kW, a ten sam współczynnik dla nieogrzewanej suszarni w Żarowie wynosi 590 kg H2O/m2 (10, 11). Suszarnia w Kozienicach mogła uzyskać tak dobre rezultaty, pozwalające na pełne wykorzystanie dostępnej w ciągu całego roku kalendarzowego energii słonecznej, dzięki spełnieniu dwóch warunków: wprowadzania do suszarni osadów w zmiennej ilości, proporcjonalnie do sezonowych zmian warunków pogodowych (tj. suszenia latem kilkakrotnie większej masy osadów niż zimą), oraz wcześniejszej dobrej stabilizacji, dzięki której odwodnione osady nie zagniwają, ani okresowo składowane na placu magazynowym, ani podczas suszenia w suszarni słonecznej.

Podane praktyczne przykłady pozwalają wyciągnąć wniosek, że technologiczne założenie prowadzenia procesu suszenia w suszarniach słonecznych w 20-centymetrowej warstwie nie jest optymalnym rozwiązaniem dla polskich warunków klimatycznych, gdyż zimą nie daje możliwości dostatecznego buforowania deficytu energii słonecznej, a latem na pełne jej wykorzystanie.

Źródła:

  1. www.e-belchatow.pl 
  2. www.24opole.pl 
  3. Sobczyk R., Dembińska J.: Suszarnia słoneczna w Antoniowie. „Forum Eksploatatora” VII-VIII/2013.
  4. Gołębiewski A.: Osady a sprawa polska. „Wodociągi-Kanalizacja” 3/2015.
  5. Materiały Eurotech, IST-Anlagenbau.
  6. Trojanowska K.: Słońce górą. „Wodociągi-Kanalizacja” 5/2011.
  7. Trojanowska K., Sadecka Z., Myszograj S.: Suszarnie solarne – jak wybrać najlepszą technologię. „Wodociągi-Kanalizacja” 1/2012.
  8. SIWZ cz. III: EKOTOP Sobczyk R.: Słonaczna suszarnia osadów ściekowych w Żaganiu. Projekt Budowlany. Technologia.
  9. Sobczyk R., Orłowski Z.: Suszarnia słoneczna w Żaganiu już funkcjonuje. „Forum Eksploatatora” IX/2012.
  10. Sobczyk R., Sypuła M.: Doświadczenia z eksploatacji suszarni osadów na oczyszczalni ścieków w Kłodzku. „Forum Eksploatatora” III-IV/2011.
  11. www.pws-zarow.pl 

fot. na otwarcie sozosfera.pl

reklama

 

reklama

reklama

reklama