Doświadczenia z Eksploatacji Oczyszczalni Ścieków na Przykładzie Suszarni Słonecznej w Kłodzku
- Szczegóły
Szybki postęp badań naukowych jest charakterystyczną cechą współczesnego rozwoju ludzkości, szczególnie widoczną w naukach technicznych. Nieustanny i dynamiczny rozwój zmusza do zacieśnienia współpracy projektantów z ośrodkami naukowo-badawczymi. Koszt lepiej i na wyższym poziomie opracowanego projektu jest stosunkowo niewielki, lecz umożliwia on zamortyzowanie urządzeń w krótszym czasie.
Kłodzko, zlokalizowane w centrum Kotliny Kłodzkiej, jest najdalej wysuniętą na południe Polski miejscowością, dla której firma EKOTOP z Piły zaprojektowała słoneczną suszarnię osadów. Pozwolenie na budowę uzyskano w 2008 roku, a budowa trwała od października 2009 r. do czerwca 2010 r. W czerwcu nastąpiło jej oficjalne uruchomienie i przekazanie do eksploatacji.
Zaprojektowana suszarnia jest hybrydą wykorzystującą energię słoneczną i ciepło ścieków oczyszczonych. Suszarnia znajduje się na terenie oczyszczalni ścieków przy ul. Fabrycznej w bezpośrednim sąsiedztwie rzeki Nysy Kłodzkiej. Oczyszczalnia ta w lipcu 1997 roku została zniszczona przez katastrofalną powódź, a jej odbudowa wraz z modernizacją trwała do kwietnia 1999 r.
Obecna przepustowość oczyszczalni ścieków wynosi 25000m3/d dla części mechanicznej i 12500m3/d dla części biologicznej. Oczyszczalnia pracuje w systemie niskoobciążonego osadu czynnego z końcowym strącaniem fosforu i wyposażona jest w komory napowietrzania z wydzielonymi strefami napowietrzania.
Kotlina Kłodzka to rejon Polski o najniższym rocznym promieniowaniu słonecznym wynoszącym 996 kWh/m2. Korzystając z danych meteorologicznych charakteryzujących warunki klimatyczne Kotliny Kłodzkiej zaprojektowano dwa ciągi suszarnicze, na które składają się dwie hale o łącznej przepustowości 2500t osadów odwodnionych w ciągu roku. Wodociągi Kłodzkie podjęły decyzję o podzieleniu inwestycji na dwa etapy. W pierwszym zrealizowana została jedna hala o przepustowości 1300 t osadu wraz ze stacją odwadniania osadu, gwarantującą wysoki stopień mechanicznego odwodnienia osadu zadawanego do hali.
Przeczytaj także: Jak przeprowadzić doświadczenie z osmozą i ziemniakiem?
Takie ulokowanie stacji mechanicznego odwadniania skraca drogę poboru osadów z OKF i umożliwia bezpośrednie zadawanie odwodnionych osadów do suszarni. Odbywa się ono w układzie automatycznym za pośrednictwem systemu przenośników spiralnych zadająco-rozprowadzających. Osady o zawartości 24% suchej masy zadawane są na początek zrealizowanej hali suszarniczej, o łącznej długości 120 m i szerokości 10 m. Na końcu hali wydzielony został magazyn suszu o długości 25 m. Łączna czynna powierzchnia suszarnicza stanowi 885 m2.
Przyjęta technologia suszenia osadów polega na rozkładaniu osadu odwodnionego warstwą grubości ok. 10 cm na posadzce, cyklicznemu ich mieszaniu i przesuwaniu wzdłuż suszarni przez przerzucarkę, która operuje na całej długości i szerokości hali. Utrzymywanie cienkiej warstwy osadów znacząco usprawnia i przyspiesza proces suszenia, a także zapobiega zagniwaniu złoża, natomiast w okresie ujemnych temperatur umożliwia prowadzenie suszenia, gdyż nie dopuszcza do przemarzania osadów.
Sposób operowania przerzucarki osadu pokazano na rysunku. Przerzucarka wykonując jeden obrót wału równocześnie nabiera w jedną „rynnę” osad i wysypuje go z drugiej. Suszarnia korzysta z dwóch alternatywnych źródeł ciepła: efektu cieplarnianego - uzyskanego dzięki wykorzystaniu energii słonecznej i posadzce ogrzewanej energią cieplną uzyskaną przez kaskadę pomp ciepła ze ścieków oczyszczonych.
Dotychczasowa praktyka eksploatacyjna, zarówno krajowa, jak i zagraniczna, dowodzi, że ogrzewanie podłogowe jest efektywnym sposobem dostarczania ciepła z zewnątrz, szczególnie do osadów (odwodnionych mechanicznie) o dużej zawartości wody (80%-70%). Osady w formie mazistej charakteryzują się dużym ciepłem właściwym, dobrze przylegają do podłoża i mają wysoki współczynnik przewodności cieplnej. Dzięki takim właściwościom możliwe jest przekazanie do osadów stosunkowo dużych mocy cieplnych, głównie w pierwszej fazie suszenia. Wówczas z osadów o dużym stopniu uwodnienia odparowuje tzw. woda wolna niezwiązana, a parowanie przebiega tak, jak ze swobodnego lustra wody.
Kolektor dolnego źródła stanowi wymiennik ciepła umiejscowiony w osadniku wtórnym. Ciepło odzyskane ze ścieków zasila kaskadę pomp ciepła o łącznej mocy cieplnej 210 kW, która zlokalizowana została w budynku starej pompowni ścieków.
Przeczytaj także: Domowy eksperyment z balonem
Suszenie osadów w Kłodzkiej suszarni w miesiącach od lipca 2010 do października 2010 prowadzone było wyłącznie słońcem. W listopadzie i grudniu 2010 uruchomiono ogrzewanie podłogowe w suszarni. Z końcem grudnia zrezygnowano z wykorzystania ogrzewania podłogowego i odłączono zasilanie. Pomimo ujemnych temperatur w styczniu i lutym proces suszenia prowadzony był i jest nieprzerwanie z powodzeniem bez wspomagania ogrzewaną posadzką.
W miesiącu lipcu i sierpniu proces suszenia osadów ze względu na wyjątkowo duże nasłonecznienie i wysokie temperatury przebiegał bardzo sprawnie. W miesiącach tych dokonywano szeregu testów technologicznych, opomiarowania i regulacji zarówno stacji odwadniania osadów, jak i instalacji suszarni. Właściwie prowadzony proces monitorowano od początku września, do końca grudnia 2010 r.
W opisywanym okresie obserwacji od września do grudnia, sucha masa osadu pobieranego z OKF do stacji mechanicznego odwadniania kształtowała się w przedziale od 3,5 do 3,9% s.m., średnio 3,6% s.m. Po mechanicznym odwodnieniu uzyskano wzrost zawartości suchej masy w osadzie wprowadzanym do suszarni w przedziale od 24,2 do 25,8% średnio 25,5% s.m. Sucha masa osadu wysuszonego przekazywanego do magazynu kształtowała się w przedziale od 88,5% w miesiącu wrześniu do 64,7% w miesiącu grudniu. Średnia wartość suchej masy suszu uzyskanego w tych miesiącach kształtowała się na poziomie 74,1%.
W okresie od września do końca grudnia 2010 roku do suszarni wprowadzono łącznie ponad 322 t osadu o średniej zawartości suchej masy 25,5%. Osad wysuszono do średniej wartości 74,1%, a jego ilość kształtowała się na poziomie 112 t, co spowodowało 2,8 krotną redukcję jego masy.
Przeprowadzone pomiary zużycia energii elektrycznej wykorzystanej do wysuszenia 1 tony odwodnionych osadów wykazały, że w miesiącu wrześniu zużyto 17,6 kWh/t, a w październiku 19,8 kWh/t. Energia elektryczna wykorzystywana była wyłącznie do zasilania urządzeń hali: układu rozprowadzającego osady do hali, przerzucarki, wentylatorów, silników okien dachowych, oświetlenia. W listopadzie i w grudniu uruchomiono instalację pomp ciepła.
Przeczytaj także: Osmoza: biologia i praktyka kulinarna
Należy w tym miejscu zaznaczyć, że zarówno listopad jak i grudzień 2010 roku były wyjątkowo mroźnymi miesiącami obfitującymi w opady śniegu. Wg danych IMGW dla tego okresu, najniższe temperatury w Kłodzku sięgały w miesiącu listopadzie -10°C, a w grudniu - 25°C.
Biorąc pod uwagę koszt zużycia energii elektrycznej w przeliczeniu na złotówki na tonę odwodnionego, wprowadzonego do suszarni osadu wynosił on odpowiednio: 4,4 zł/t we wrześniu, 4,9 zł/t w październiku, 27,0 zł/t w listopadzie i 82,2 zł/t w grudniu. Podane wartości odnoszą się do całości energii skonsumowanej przez kompletną instalację z tym, że we wrześniu i październiku dotyczą wyłącznie energii zużytej przez urządzenia suszarni zaś w listopadzie i grudniu odpowiednio uwzględniają energię zużytą przez pompy ciepła.
Wykorzystanie ogrzewania podłogowego w miesiącach zimowych o wyjątkowo niekorzystnych warunkach atmosferycznych stwarza inwestorowi możliwość nieprzerwanego prowadzenia procesu. Przyjęta technologia suszenia umożliwia ciągłe pozyskiwanie suszu, a przede wszystkim gwarantuje, że osady znajdujące się wewnątrz hali nie zagniją w wyniku przemrożenia wierzchniej warstwy składowanego złoża.
Wstępna ocena suszu pobranego ze stycznia i lutego wykonana w zakładowym laboratorium potwierdza, że zawiera on ok. 60% suchej masy. Aktualnie suszenie odbywa się bez wspomagania ogrzewaną podłogą.
W zaprojektowanej hybrydowej suszarni osadów dla oczyszczalni w Kłodzku zastosowano pierwszy w Polsce system recyrkulacji osadu, realizowany z wykorzystaniem jednej maszyny - przerzucarki, bez konieczności angażowania dodatkowego wyposażenia, czy dodatkowej energii. Sama technologia suszenia zakładająca rozkładanie na posadzce osadu w możliwie cienkich warstwach, umożliwia efektywne prowadzenie suszenia osadu również w miesiącach zimowych.
Zaangażowanie dodatkowego źródła ciepła (w tym przypadku ogrzewanej posadzki) pokazało, że prowadzenie procesu suszenia w tej technologii może być realizowane w układzie ciągłym, bez zakłóceń również w miesiącach o skrajnie niskich temperaturach (listopad, grudzień). Dodatkowe wspomaganie słonecznego suszenia, jak sugeruje sama nazwa jest uzupełnieniem podstawowego źródła energii i nie narzuca konieczności jego wykorzystywania przez okrągły rok. W przypadku suszarni słonecznej, której funkcjonowanie i efektywność uzależnione są przede wszystkim od warunków atmosferycznych jest ono przysłowiową „deską ratunku” na wypadek wyjątkowo mroźnej zimy, czy okresów deszczowych i bezsłonecznych.
Wykorzystanie wspomagania suszenia w przypadku suszarni w Kłodzku w omawianym przypadku przez 2 miesiące w roku stanowi niewątpliwy wzrost kosztów zużycia energii elektrycznej. W skali poddanych suszeniu w ciągu roku 1300 t osadów, koszt wysuszenia 1 tony wprowadzonego osadu wzrośnie zaledwie o ok. 5 zł. Jest to jednak opłata za komfort i pewność, że osady mogą bezspornie być suszone również zimą, a proces nie zostanie zatrzymany z powodu zamarznięcia wrzuconych do wnętrza osadów. Jest to również gwarancja osiągnięcia zakładanego w projekcie efektu ekologicznego, który przekłada się na zamknięcie dofinansowania inwestycji.
Zapewne nikt z ekspertów technologii słonecznego suszenia osadów, a już w zupełności moja skromna osoba, nie neguje że suszenie osadów wyłącznie słońcem jest najtańsze. Z jednej prostej przyczyny - efekt cieplarniany uzyskiwany jest przy odpowiednio zaprojektowanej hali „za darmo”. Trzeba jednak pamiętać, że wielkość hali bądź ich liczba decyduje o możliwości wysuszenia odpowiedniej ilości osadów i tu, pojęcie „za darmo” nabiera praktycznego wymiaru, który przekłada się na wielkość inwestycji, a tym samym na koszty jej realizacji. Ma to szczególne znaczenie w późniejszej eksploatacji i wpływa na wysokość kosztów eksploatacyjnych.
Należy pamiętać, że koszt suszenia osadów to nie tylko koszt zużycia energii elektrycznej, ale również inne składniki, wśród których największy procent stanowi amortyzacja inwestycji. Czasami, z pozoru droższa inwestycja w praktyce okazuje się jednak tańsza eksploatacyjnie, a sam fakt, że zależna od warunków atmosferycznych suszarnia słoneczna może się od nich uniezależnić (poprzez wprowadzenie dodatkowych źródeł ogrzewania) jest zrozumiały wyłącznie dla jej eksploatatora, nad którym jak „Miecz Damoklesa” wisi uzyskanie zapisanego w umowie o dofinansowanie inwestycji, tzw. efektu ekologicznego - czyli wysuszenia całej partii wytworzonych osadów niezależnie od warunków atmosferycznych.
Podsumowanie Kosztów Zużycia Energii Elektrycznej
Poniższa tabela przedstawia podsumowanie kosztów zużycia energii elektrycznej w Kłodzkiej suszarni osadów w okresie wrzesień-grudzień 2010:
| Miesiąc | Zużycie energii elektrycznej (kWh/t) | Koszt energii elektrycznej (zł/t) | Ogrzewanie podłogowe |
|---|---|---|---|
| Wrzesień | 17,6 | 4,4 | Nie |
| Październik | 19,8 | 4,9 | Nie |
| Listopad | - | 27,0 | Tak |
| Grudzień | - | 82,2 | Tak |
tags: #doświadczenia #z #eksploatacji #oczyszczalni #ścieków
