Sušení kalů Karel Hartig

Transkript

1 Sušení kalů Karel Hartig SWECO Hydroprojekt a. s., Táborská 31, Praha 4 1

2 Stávající stav kontaminace kalů V rámci projektu Optimalizace nakládání s kaly z komunálních čistíren odpadních vod byly analyzovány vzorky kalů z 15 velkých ČOV (nad EO) a 13 malých ČOV bylo sledováno složení kalů s těmito výsledky: Mikrobiologie - 50 % vzorků nesplňuje v některém z parametrů limity kategorie II (problematické termotolerantní koliformní bakterie a 22 % vzorků nesplňuje kategorii II ani v parametru enterokoky. Halogenové organické sloučeniny AOX nepatří mezi problematické parametry. Pouze 1 vzorek mírně překračoval limit Polycyklické aromatické uhlovodíky - PAU - byly zjištěny ve všech vzorcích kalů. Hodnoty se pohybovaly v rozmezí od 0,1 21,7 mg/kg sušiny. Limitní hodnotu 10 mg/kg sušiny přesahovalo cca 20 % vzorků Polychlorované bifenily obsah PCB nepatří mezi problematické parametry. Pouze 1 vzorek vysoce překračoval limitní hodnotu. 2

3 Podmínky platné pro odstraňování kalů Pro odstraňování kalů nelze používat libovolné metody, protože použitelné metody odstranění stabilizovaných kalů musí splňovat různá kritéria. Hlavní kritéria lze shrnout do několika bodů: Použitá metoda musí plně vyhovovat platné domácí (i mezinárodní) legislativě v oblasti ochrany životního prostředí Použitá metoda musí být akceptována veřejností Použitá metoda by měla maximálně využívat energii a cenné látky z kalů za současné minimalizace nákladů a celkové potřeby energie Použitá metoda musí být po technické stránce spolehlivá a ekonomicky přijatelná Počet Akceptovatelnost technologie zpracování kalů veřejností nelze opomíjet a v současnosti ovlivňuje především možnost použití spalování a termické destrukce kalů a to bez ohledu na ekonomickou stránku použití této metody. 3

4 Možnosti řešení Sušení kalů první a pravděpodobně nutná předúprava K dispozici především 2 systémy pásová sušárna rozšířená fluidní sušárna investičně náročnější Oba systémy jsou bez problémů akceptovatelné, výběr závisí na místních podmínkách a na požadavcích na usušený kal. Pro menší kapacity je možné využití i solárního sušení. Při sušení zůstávají limitované polutanty zadržené v kalu, v průběhu sušení se odstraní dusík ve formě amonných iontů, těkavé látky a voda. Kal je hygienicky zabezpečený. Při sušení kalu se předpokládá jeho další termická úprava, která je často zaměřena i na získávání fosforu. Možnosti termického zpracování kalů: spoluspalování kalů spalování kalů pyrolýza zplyňování 4

5 Požadavky sušárny na energii Na odpaření jedné tuny vody za normálního tlaku je teoretická spotřeba energie 627 kwh. Dalších 93 kwh na ohřev vody ze 20 C na 100 C a 14 kwh na ohřev tuhého materiálu. Přímé tepelné ztráty představují o něco více než 100 kwh, 20 % povrchem sušárny a 80 % vzhledem k přeměně energie. Je známo, že ztráty kouřovými plyny mohou dosáhnout 30 % a 40 % přiváděné energie. V moderních zařízeních mohou být tyto ztráty značně sníženy recirkulací, a průměrná spotřeba tepla je okolo 930 kwh/t H 2 O 5

6 Předpokládané procesní schéma nakládání s čistírenským kalem Procesní schéma nakládání s čistírenským kalem Kal se doporučuje: stabilizovat odvodnit usušit spalovat spoluspalovat pyrolýza zplyňování 6

7 Údaje o provozu pásové sušárny konvekční sušící proces (prouděním vzduchu) izolovaný podtlakový plně automatický systém teplota horké vody: C procesní teplota: 60 C 130 C spotřeba elektrické energie: 0,05 0,09 kwh/kg odparu spotřeba tepelné energie: 0,85 0,9 kwh/kg odparu vstupní sušina: % výstupní sušina: 70 - >90% 7

8 PELETIZAČNÍ JEDNOTKA kal se sušinou 18 38% excelentní prostup vzduchu pórovitou rovnoměrně rozprostřenou vrstvou kalu velký kontaktní povrch (kal vzduch) stálý výsledek na výstupu stabilní kalový granulát minimální prašnost výstupního granulátu 8

9 MOŽNÉ POLUTANTY V ODPADNÍM VZDUCHU amonniak (NH 3 ) sirovodík (H 2 S) merkaptany např. (CH 3 ) 2 S (Dimethyl sulfid) prach organické zapáchající složky (nižší mastné kyseliny a pod.) 9

10 MNOŽSTVÍ ODPADNÍHO VZDUCHU MNOŽSTVÍ ZÁVISLÉ NA SUŠÍCÍM SYSTÉMU: Sušící systém s a nebo bez KONDENZAČNÍ JEDNOTKY S kondenzací cca m³/h (pro všechny vel. sušárny) = vzduch unikající z pásové sušárny cca m³/h Bez kondenzace cca m³/h m³/h = čerstvý vzduch / systém čištění odp. vzduchu 10

11 ÚPRAVA ODPADNÍHO VZDUCHU Čištění vzduchu odcházejícího ze sušárny - 1 Kyselinová pračka vzduchu a následný biofiltr kyselina předchází tvorbě uhličitanu vápenatého reakce kyseliny s amoniakem tvořící síran amonný Čištění vzduchu odcházejícího ze sušárny - 2 Kyselinová pračka, alkalická pračka a biofiltr zásada reaguje se sirovodíkem Kyselinová pračka, alkalická a oxidační pračka oxidace s roztokem chlornanu pro oxidaci pachových složek 11

12 Usušený kal 12

13 Pásová sušárna kalů 13

14 Hrubá bilance energie při čištění OV Energie obsažená v přitékající odpadní vodě Spotřeba energie spotřeba elektrické energie na čištění OV spotřeba energie na ohřev kalu *) tepelná energie na sušení kalu elektrická energie na sušení kalu celkem kwh/d kwh/d kwh/d kwh/d 750 kwh/d kwh/d *) možno snížit rekuperací tepla ze sušení kalu Produkce energie elektrická energie z bioplynu tepelná energie z kogenerace spalné teplo kalu (70 % konverze) celkem kwh/d kwh/d kwh/d kWh/d 14

15 Typické hodnoty výhřevnosti kalů Aktivovaný kal Primární kal Anaerobně stabilizovaný kal 20,7 24,4 MJ/kg org.suš. 23,3 27,9 MJ/kg org.suš. 22,1 24,4 MJ/kg org.suš. Z porovnání vyplývá, že výhřevnost organického podílu kalu se technologií čištění odpadních vod významně nemění (složení buněk není příliš proměnné) 15

16 Sušení kalů Existuje mnoho typů sušáren V současnosti se za nejlepší dají považovat pásové a fluidní sušárny Hlavní problémy sušáren Zamezení tvorby prachu Minimalizace ovlivnění procesu sušení klihovou fází Zamezení možnosti výbuchu při sušení a skladování úsušků Hitem poslední doby jsou nízkoteplotní sušárny, které využívají nízkokalorické teplo. Dosahují obvykle sušinu nad 85 % 16

17 Fluidní sušárny Fluidní sušárny jsou nepřímo vyhřívané sušárny Princip fluidní sušárny je založen na přivádění turbulentně proudícího vzduchu/plynu, dokud se nevytvoří fluidní lože Ve fluidním loži jsou granule kalu intenzivně míchány a odpařená voda a prach jsou odváděny z lože pryč Energie potřebná k odpaření vody se dodává topnými trubkami, které jsou umístěny ve fluidním loži Velikost granulí je obvykle 1 5 mm a lze dosáhnout 95 % sušiny granulí Cirkulační plyn se skládá z plynů obsažených v kalu, lehce prchavých látek a obsah kyslíku v něm nepřesahuje 3%. Tím je zajištěna auto inertizace se zabezpečením proti výbuchu a vzniku požáru. Cirkulační plyny se před vrácením zpět do sušárny zbavují prachu v cyklónu a vodní páry v chladiči 17

18 Reálné údaje fluidní a pásové sušárny Na konkrétní nabídce fluidní sušárny byly získány následující hlavní parametry spotřeby energií: Potřeba tepelné energie 822,7 kwh/t odpařené vody Průměrná spotřeba elektrické energie 85,1 kwh/t odpařené vody Množství provozní vody 20,4 m 3 /t odpařené vody Množství odpadní vody 21,3 m 3 /t odpařené vody Na konkrétní nabídce pásové sušárny byly získány následující hlavní parametry spotřeby energií: Potřeba tepelné energie 899,6 kwh/t odpařené vody Průměrná spotřeba elektrické energie 61,8 kwh/t odpařené vody Množství provozní vody 32,6 m 3 /t odpařené vody 18

19 Pásové sušárny Pásové sušárny patří mezi konvekční sušárny Mohou sušit kal přímo přes adhezní fázi na sušinu cca 90 % Odvodněný kal se obvykle vytláčí pomocí trysek na pás ve formě nudliček Odvodněný kal musí být alespoň v pastovité formě, tj. obvykle nad 20 % Pásové sušárny obvykle zahrnují 2 pásy s různou rychlostí pohybu (0,5 a 0,1 m/min) V současné době převládá použití nízkoteplotních sušáren, u kterých se udržuje konstantní teplota vzduchu Pásové sušárny mají vynikající flexibilitu k získání proměnného obsahu sušiny v usušeném kalu Nízkoteplotní sušárny mohou mít problémy při dosažení sušiny kalu nad 85 % 19

20 Solární sušárny Existují dvě hlavní podmínky, které musí být splněny při sušení kalů. Jedná se o dodání příslušně velké tepelné energie a následný odtah vlhkosti ve formě par. Přestup tepelné energie je možný třemi způsoby, které lze kombinovat. Solární sušárny využívají k sušení kalu sluneční energii. Byly vyvinuty z kalových polí. Odvodněný kal je dopraven do skleníku, rozprostřen po jeho dně a zdrojem tepla je sluneční energie. Rychlost sušení však závisí na intenzitě slunečního záření. Kolísání sušicí kapacity je minimalizováno pomocí řízené ventilace a systému obracení kalu na dně skleníku. Intenzita ventilace je řízena na základě kontinuálního měření teploty a vlhkosti vzduchu venku a uvnitř skleníku. V zimních měsících může být provoz solární sušárny intenzifikován pomocí podlahového topení o tepelném výkonu W/m2. Hlavním zdrojem tepelné energie však zůstává sluneční záření. Provoz solární sušárny je ekonomický, ale výkon sušárny je přímo úměrný úhrnu slunečního záření. Vzhledem k požadované ploše sušárny je nezbytné při plánovaném použití solární sušárny počítat s větším záborem plochy na sušárnu v porovnání s ostatními metodami sušení kalů. 20

21 Znečištění kondenzátu Znečištění kondenzátu tvoří těkavé látky obsažené v dušeném kalu, jako je amoniak, nižší mastné kyseliny a další těkavé látky odcházející s vodní parou. Druhým podílem znečištění kondenzátu jsou prachové podíly, které se do kondenzátu dostávají v průběhu kondenzace. Koncentrace kondenzátu závisí především na množství skrápěcí vody, protože množství vlastního kondenzátu je dáno množstvím odstraněné vody ze sušeného kalu. CHSK BSK5 NL N-NH4 Nc Pc mg/l 745 mg/l do mg/l cca 500 mg/l 650 mg/l 60 mg/l Kondenzát ze sušení kalů zvyšuje zatížení ČOV o 2 5 % (Nc) 21

22 Celkový pohled na fluidní sušárnu 22

23 Plnící rukáv cisteren na usušený kal 23

24 Výstup z pásové sušárny 24

25 Pohled do solární sušárny 25

26 Závěr V blízké budoucnosti nastane rozvoj v používání technologií na totální destrukci organické hmoty stabilizovaných kalů, které z různých důvodů nelze uplatnit v zemědělství a při rekultivacích. Sušení odvodněných kalů je ve většině případů nezbytnou předúpravou kalů před jejich konečným odstraněním tepelnou destrukcí s výjimkou spalování pouze odvodněných kalů Sušení kalů umožňuje diverzifikaci likvidace úsušků kalů různými metodami, takže producent usušených kalů nebude závislý pouze na jednom odběrateli. Tato nezávislost je z ekonomického i technického a legislativního hlediska vítaná. Sušením kalu a následným energetickým využitím úsušků lze zvýšit procento využití energie obsažené v kalech Kal je obnovitelný zdroj energie a energetické využívání kalů neovlivňuje bilanci CO 2 na Zemi Lze plně pokrýt energetické potřeby nezbytných procesů a produkovat elektrickou energii s možností dosažení soběstačnosti ČOV 26

27 Díky za pozornost 27