Osady ściekowe źródłem własnej energii gminy

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 kWe, 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 kWe produkująca 130 MWhe/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 kWe produkująca do 200 MWhe/rok

Podstawowe parametry mikrobiogazowni BIOLECTRIC®

  • Układ kogeneracyjny o mocy od 11 do 50 kWe
  • 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 MWhe/rok +60 do 450 MWhth/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.

Wybrany wariant inwestycji:

Pozycja analizy

Maksymalizacji uzysków energetycznych Minimalizacji nakładów inwestycyjnych
Układ kogeneracyjny 44 kWe i 90 kWth 22 kWe i 45 kWth
Wielkość komory fermentacyjnej [m3] 600 500
Łączny nakład inwestycyjny [tys. PLN netto] 2450 1570
Roczne koszty eksploatacyjne [tys. PLN netto] 123 78
Produkcja energii elektrycznej i ciepła/rok 352 MWhe + 430 MWhth 128 MWhe + 140 MWhth
Uniknięty koszt w skali roku [tys. PLN netto] 430 249

 

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

This post is also available in: polski

bem