Małe i średnie, gminne lub miejskie oczyszczalnie ścieków komunalnych mogą wykorzystywać fermentację metanową do wytwarzania energii i efektywnego zagospodarowania osadów ściekowych.

Rozwój i coraz tańsze technologie pozwalają na przesunięcie „w dół” umownego progu, czyli skali oczyszczalni, przy której zachowana jest opłacalność inwestycji. Teraz ów próg to poziom przepustowości od 0,5 do 3 tys. m³ ścieków na dobę, a nie jak uważano wcześniej minimum 5 tys. m³/dobę.

Kiedyś tylko w rolnictwie

Z podobną sytuacją spotykaliśmy się jeszcze trzy lata temu w sektorze rolniczym. Wówczas dominowały poglądy, że wymagany jest areał upraw powyżej 300 ha i obsada bydła minimum kilkaset sztuk. Mentalnie nie dopuszczano także możliwości eksploatacji małej biogazowni zasilanej jedynie gnojowicą. Tymczasem, dzięki zastosowaniu dostępnych technologii, już 19 użytkowników w Polsce i ponad 220 w Europie eksploatuje mikrobiogazownie BIOLECTRIC^® zasilane gnojowicą pochodzącą od 60 do 300 krów mlecznych. Te instalacje, o mocach od 10 do 50 kW_e, nie wymagają dodawania żadnych ko-substratów, a co najważniejsze – gnojowica swoją charakterystyką w zakresie uzysku biogazu jest zbliżona do osadów z oczyszczalni komunalnych.

Dzisiaj także w gminnej oczyszczalni ścieków

Technologię efektywnej fermentacji gnojowicy i osadów ściekowych w mikrobiogazowniach opracował BIOLECTRIC NV w Belgii, natomiast w Polsce rozwiązania te wdraża i serwisuje NATURALNA ENERGIA.plus Sp. z o.o. Pierwsza instalacja pracująca na bazie zagęszczonych osadów z małej oczyszczalni ścieków funkcjonuje w Knokke-Heist w Belgii.

Knokke-Heist – instalacja mikrobiogazowa 22 kW_e produkująca 130 MWh_e/rok

Kolejne instalacje są w trakcie przygotowania, a nasze doświadczenie pokazuje, że:

• nie ma dwóch identycznych oczyszczalni ścieków: różnią się konstrukcją, wyposażeniem, składem ścieków i ładunkiem przyjmowanych zanieczyszczeń oraz sposobem zagospodarowania osadu;
• każdorazowo zastosowanie w mikrobiogazowni osadów będzie wymagało przeprowadzenia audytu;
• mikrobiogazownia BIOLECTRIC^® nie wymaga żadnych zmian konstrukcyjnych, a jedynie odpowiedniego skonfigurowania seryjnie wytwarzanych komponentów:
• dobrania wielkości komory fermentacyjnej do dostępnej jakości i ilości zagęszczonych osadów,
• dobrania mocy układu kogeneracyjnego do ilości i jakości wytwarzanego biogazu,
• skonfigurowania oprogramowania zapewniającego optymalne warunki fermentacji mezofilowej osadu;
• zakres zmian adaptacyjnych po stronie oczyszczalni uzależniony jest od stosowanych w niej technologii oraz oczekiwań inwestora:
• maksymalizacji uzysków energetycznych i korzyści finansowych – osobne pozyskanie osadu wstępnego (świeżego) oraz nadmiernego i osobne ich zagęszczenie oraz zmieszanie przed poddaniem fermentacji w mikrobiogazowni,
• minimalizacji nakładów inwestycyjnych – jednak przy zachowaniu satysfakcjonujących uzysków energetycznych i ekonomicznych: wykorzystanie dostępnego potencjału energetycznego zawartego tylko w zagęszczonym osadzie nadmiernym (przykład Knokke-Heist).

Mikrobiogazownia 33 kW_e produkująca do 200 MWh_e/rok

Podstawowe parametry mikrobiogazowni BIOLECTRIC^®

• Układ kogeneracyjny o mocy od 11 do 50 kW_e
• Komora fermentacyjna o pojemności od 100 do 600 m³
• Powierzchnia zabudowy od 180 do 460 m²
• Minimalna ilość zagęszczonego osadu na dobę: 10 t
• Automatyczne zasilenie substratem i opróżnianie fermentatora
• Zdalny monitoring i sterowanie: możliwość przyłączenia do nadrzędnych układów zarządzania/scada
• Ilość wytworzonej energii: od 80 do 360 MWh_e/rok +60 do 450 MWh_th/rok

Wielkość nakładów inwestycyjnych gwarantujących poprawną pracę mikrobiogazowni uzależniona jest od stopnia wyposażenia i stanu technicznego gminnej oczyszczalni oraz od wyboru zakresu inwestycji. Okres zwrotu nakładów powiązany jest natomiast z energochłonnością procesów oczyszczania oraz ponoszonych kosztów zagospodarowania osadów.

W celu zobrazowania tych zależności posłużymy się przykładem oczyszczalni o przepływie 2000 m³ ścieków dobę.

Nakłady inwestycyjne zawierają pełne koszty wyposażenia oraz prac projektowych i wykonawczych poniesionych zarówno po stronie oczyszczalni, jak i instalacji mikrobiogazowej. W ramach kalkulacji oszczędności uwzględniono wartość unikniętego lub ograniczonego kosztu zakupu energii elektrycznej i ciepła oraz wywozu częściowo odwodnionego osadu do utylizacji. Nie wolno zapomnieć o możliwości suszenia i higienizacji osadu, np. przy użyciu ciepła z kogeneracji.

Czy zawarte w przykładzie nakłady inwestycyjne są w zasięgu możliwości finansowych gminy? Przy zauważalnym wzroście cen energii elektrycznej i dostępnych dla gmin form wsparcia odpowiedź powinna być twierdząca. Należy bowiem do katalogu korzyści dodać możliwość zredukowania odorów i zagospodarowania metodą R10 przefermentowanych osadów. Rozproszone gospodarstwa hodowlane te możliwości już wykorzystują. Teraz kolej na rozproszone oczyszczalnie gminne, których liczba i łączny potencjał w Polsce jest także imponujący.

Adam Orzech i Witold Woroszyłło