1. PROČ VYVÁŽET PENÍZE NA SKLÁDKU?

Transkript

1 . s. a t k e j r p r d y H c e w S kalu í n á v ň zply a Sušení dklad p í n v Prac

2 1. PROČ VYVÁŽET PENÍZE NA SKLÁDKU? Kal je materiál, který vzniká na všech kmunálních čistírnách dpadních vd, prt je nevyhnutelným dpadem a sučasně bnvitelným zdrjem energie při čištění dpadních vd. Kalvé hspdářství je nedílnu sučástí čištění dpadních vd. Samtné řešení významně vlivňuje eknmiku prvzvatele, vliv na živtní prstředí i lidsku ppulaci. Vlba správné kncepce kalvéh hspdářství sice není jednduchá, je však velice důležitá. Mnžství kalu vzrůstá s rstucím pdílem čištěných dpadních vd, se zvyšujícími se pžadavky na kvalitu vypuštěných dpadních vd, díky účinnějšímu bilgickému čištění i srážení na ČOV. Primárním cílem kalvéh hspdářství je zabránit nepříznivým vlivům na ŽP a lidsku ppulaci. Odpadvá plitika ptlačuje ukládání dpadů, tedy i kalů a pdpruje: zabránění jejich vzniku, minimalizaci, recyklaci, získání energie, materiálvé využití. Snahu je dcílit stavu, který by byl trvale udržitelný. Nacházel by se tedy na průniku zájmů splečnsti, hspdářství a živtníh prstředí. Obrázek 1: Schéma udržitelnéh rzvje na sutku tří základních částí 1 (13)

3 2. NEKONEČNÝ PROBLÉM NEBO MOŽNOST ENERGETICKÉ SOBĚSTAČNOSTI? 2.1 POPIS KALOVÉHO HOSPODÁŘSTVÍ Něklik základních údajů: Kaly představují 1-2% bjemu čištěných vd, je v nich bsažen 50 80% znečištění, tvří cca 50% prvzních nákladů ČOV. Základní způsby a mžnsti zpracvání kalů lze zbrazit v následujícím schématu: Aktivace PK VK Přebytečný kal SSK Kndicinace Zahušťvání Předúprava Kmpst Sušení Anaerbní Stabilizace Odvdnění Skládka Zemědělství Termické zpracvání Obrázek 2: Obecné schéma zpracvání čistírenskéh kalu 2 (13)

4 Jak je znázrněn na schématu výše, existují hlavní tři prudy finálníh zpracvání kalů, které v sbě zahrnují spustu dalších variant a kmbinací. Samtnu vlbu řešení pak mezující další parametry, které mhu být častkrát pr vhdnu vlbu limitující. Výtěžnst energie pr nejrzšířenější způsb zpracvání kalu, anaerbní stabilizaci, je cca na úrvni 30-40% z celkvé energie bsažené v kalu. Je prt lgické, že jsu v sučasnsti stále více zvažvány prcesy, které by výslednu výtěžnst ještě zvýšili. Prtže knkrétní pdmínky a vlba finálníh zpracvání kalu mhu významně vlivňvat eknmicku a eklgicku stránku kalvéh hspdářství, měl by se prvzvatel tut prblematiku důsledně zabývat. 2.2 PODMÍNKY PRO KALOVÉ HOSPODÁŘSTVÍ Řešení kalvéh hspdářství by měl splňvat něklik základních parametrů: Sulad s dmácí a mezinárdní legislativu Legislativa ČR je kmpaktní s legislativu EU. Trendy v ČR prt dpvídají trendům v EU. Např. pdle směrnice Rady 1999/31/ES, skládkách dpadů, má být d knce rku 2010 snížen mnžství bidegradabilních dpadů (zahrnuje i čistírenské kaly) ukládaných na skládky na 75 % jejich prdukce v rce 1995, d rku 2020 se má ukládání bilgicky rzlžitelných dpadů snížit až na 35 % prdukce dpadů v rce Ukládání vysce bilgických kalů na skládky je chápán jak přesuvání prblémů buducím generacím. Ve vyspělých zemích prt nelze skládkvání kalu pvažvat za udržitelnu variantu, ale za krajní způsb řešení. Veřejná přijatelnst metdy Obecně je rzšířen názr, že minimalizace rizika a akceptvatelnst veřejnsti by měla mít přednst před cenu navrhvané technlgie. Samtná vlba technlgie by prt měla být nejlepším veřejně průchzím řešením. Z tht důvdu není mžné pvažvat masivní rzvj spalvání kalů za veřejně průchzí. Obdbně je prblematická i varianta příméh zemědělskéh využití. Přijatelné z hlediska ŽP V rámci EU jsu v sučasné dbě stále více prsazvány a prefervány pstupy, které snižují celkvu prdukci skleníkvých 3 (13)

5 plynů a mají příznivý dpad na živtní prstředí. Jak vhdné kritérium prt může být pužita např. uhlíkvá stpa (carbn ftprint) resp. analýza živtníh cyklu (life cycle assesment = LCA). Není přijatelné, aby kalvé hspdářství byl škdlivé na lidské zdraví. Neměl by být ani ptenciálním rizikem na lidské zdraví. Prtže v sučasnsti není splehlivě definvané a kntrlvatelné sledvání bsahu škdlivin jak: furany, dixiny, těžké kvy, mžný přens Kreuz Jacbsvy chrby, salmnela a další, lze pužití přímé aplikace v zemědělství pvažvat za velice limitující. Technická splehlivst Je třeba, aby byl řešení kalvéh hspdářství dstatečně prvzně dzkušené a prvzně stále. Eknmicky přijatelné Pkud není řešení kalvéh hspdářství cenvě dstupné a eknmicky výhdné, není je mžn pvažvat za dluhdbě udržitelné. Maximální využití Snaha maximální mžné využití látek a zdrjů bsažených v kalech, především energetickéh ptenciálu. Z tht phledu jsu v dnešní dbě perspektivní především termické destrukční metdy 2.3 ZPŮSOBY LIKVIDACE KALŮ V SOUČASNOSTI V sučasnsti je takřka plvina kalů z ČOV v ČR v pslední dbě likvidvána kmpstváním a u čtvrtiny je pužita přímá aplikace. Pr zbylých 27% jsu k likvidaci pužity zbylé metdy finálníh zpracvání kalů. Nevýhdu kmpstvání je ptřeba přídavnéh materiálu a ptřebné velké plchy. Nevýhdu přímé aplikace je především ptenciální rizik hržení lidskéh zdraví. S pstupem času a dalšíh vývje metd pr finální zpracvání kalů se nabízí tázka, zda neexistuje efektivnější a pr prvzvatele čistíren tím pádem zajímavější metda finálníh zpracvání kalů. 4 (13)

6 Způsb nakládání a využití kalů z ČOV, za rk % 1% 22% 25% přímá aplikace kmpstvání skládkvání 48% spalvání jiné Obrázek 3: Vývj způsbu využívání a nakládání s kaly v letech v ČR Jedntlivý vývj finálníh zpracvání kalů je zbrazen na br. 4. Z přehledu jedntlivých metd za bdbí je mžné získat přehled pstupném klísání jedntlivých využívaných metd. U spalvání je vidět nízké hdnty prakticky v celém bdbí, které zřejmě kpírují veřejný názr na přijatelnst metdy. Naprti tmu u přímé aplikace je mžné sledvat jak pstupný nárůst, tak pkles využití tét metdy v průběhu znázrněnéh bdbí. Největší scilaci vykazuje jiné využití než skládkvání, spalvání, přímé využití či kmpstvání Obrázek 4: Způsb likvidace kalů v ČR, (13)

7 2.4 MOŽNÉ ŘEŠENÍ S hledem na mžnu realizvatelnst (IN, technlgie, vliv na ŽP, veřejná přijatelnst) i další eknmicky využitelný energetický ptenciál i další uvedené pdmínky pr kalvé hspdářství se v sučasnsti jak nejperspektivnější jeví termické prcesy, využívající sušení kalu a zplyňvání kalů. Při tét metdě je mžné získání ddatečné energie s tím, že z ČOV dchází inertní minerální struska, která je pužitelná pr další zpracvání ve stavebním průmyslu bez dalších nákladů na její likvidaci. 3. SUŠENÍ A ZPLYŇOVÁNÍ Sušení kalu je prces, kterým se snižuje pdíl vdy bsažený v kalu. Částečným sušením je mžné snížením vlhksti získat kal sušině 50 70%. Úplným sušením pak lze získat kal sušině 90 95%. V sučasnsti je zejména trend úplnéh vysušení stále více uvažván z něklika důvdů. Snížení hmtnsti a bjemu kalů snižuje náklady na přepravu kalu a snižuje náklady na případnu likvidaci kalu. Další nepmenutelnu výhdu je nárůst výhřevnsti, díky kterému lze kal využít jak perspektivní zdrj energie. Psledním důvdem je invace a vývj nvých technlgií pr sušení kalu, díky kterým je mžné lépe využívat dpadní tepl prdukvané v jiné části technlgické linky. Pd pjmem zplyňvání je značvána termchemická transfrmace pevných palivvých látek bsahujících uhlík na plynné nsitele energie s řízeným přidáním xidačníh prstředku (vzduch, kyslík, vdní pára). Zplyňvání je tepelně chemický prces, který využívá tepl k převedení paliva bsahujícíh uhlík nízkkalrický syntetický plyn, určený buď ke spalvání v technlgii kgenervání vznikléh vyskkalrickéh tepla (pára) v parní turbíně na sekundární nízkkalrické tepl, elektricku energii, a neb k další přímé přeměně na nízkkalrické tepl a elektricku energii ve speciálním kgeneneračním zařízení. Tent plyn se běžně značuje jak syntézní plyn neb také syngas. Na rzdíl d spalvání je využit jen cca 20-30% kyslíku ptřebnéh k úplnému spálení paliva. Mnžství 6 (13)

8 ddávanéh vzduchu je pečlivě řízen, aby jen malá část paliva hřela úplně a přitm vyvinula dstatečné mnžství tepla, ptřebné pr pyrlytický rzklad paliva na syntézní plyn, strusku a ppel. 3.1 STRUČNÝ POPIS PRINCIPŮ Pyrlýza je termický rzklad dpadů za nepřítmnsti vzduchu (kyslíku) s prdukcí plkksu, pyrlýzníh leje a pyrlýzníh plynu. Hlavní rzsah teplt, při kterém prbíhá pyrlýza, leží mezi 450 až 750 C. Pměr prdukce pyrlýzníh plynu, pyrlýzníh leje a plkksu záleží především na tepltě prcesu a slžení bimasy. Pyrlýzní plyn bsahuje plyny s nízkým pčtem uhlíků a má velku výhřevnst. Tat metda je vhdná pr netxický dpad. Další zpracvání pyrlýzníh leje a plkksu může být prblematické a t jak z hlediska jejich slžení, tak i veliksti prdukce. Zplyňvání je řízený rzklad rganických látek na syntézní plyn za řízené přítmnsti kyslíku. Prdukuje syntetický plyn s nižší výhřevnstí cca. 1,5 kw/nm 3, který bsahuje především CO, N 2, CO 2,H 2, CH 4, a apd. Prces zplyňvání prbíhá bvykle při tepltách C. Při zplyňvání a t včetně zplyňvání vysktepltníh dpadá vznik txických dixinů, furanů a plycyklických armatických uhlvdíků. Rvněž se netvří NO X. Metda zplyňvání usušených kalů pvažvána za velmi perspektivní z důvdu jednduchéh zpracvání prduktů zplyňvání syntézníh plynu, strusky a ppela. 3.2 VÝHODY SUŠENÍ A ZPLYŇOVÁNÍ Mžnst zvýšení výtěžnsti energie kalu až na 68% energetickéh ptenciálu. Při předpkládané specifické prdukci syntézníh plynu 1,3 1,5 m 3 /kg vyhniléh kalu (75 % sušiny) lze předpkládat specificku prdukci elektrické energie v rzmezí hdnt kwh/t sušiny kalu. Průměrná hdnta při specifické prdukce elektřiny při zplyňvání kalu resp. bimasy je 850 kwh/t sušiny. 7 (13)

9 Díky výhřevnsti plynu spalvanéh při zplyňvání 2,5 8 MJ/m 3 resp. 1,25 kwh/m 3 lze pkrýt veškeru sptřebu tepla ptřebnéh pr sušení kalu a veškeré prcesy při zplyňvání. Díky zplyňvání se významně sníží prdukce CO 2 a NO x na jedntku energetickéh výknu prti spalvání kalu, nebť spalvání Syngasu je účinnější než přímé spalvání kalu. Výhdnější prces prti spalvání (za účelem výrby tepla a elektrické energie při kgeneraci): Dsažení větší knverze paliva na elektricku energii. Úspra primárních paliv na jedntku výknu. Snížení prdukce CO 2, SO 2, NO x a POP, vztažených na jedntku výknu. Prakticky bezdpadvá technlgie. Mžnst dsažení nezávislsti prvzvatele ČOV na třetích subjektech (při likvidaci kalů) Nižší měrné prvzní náklady na jedntku výknu. Zmenšení technlgickéh zařízení na jedntku výknu. Převedení tuhéh paliva s velkým měrným bjemem na plynné paliv. Snadnější dstraňvání hlavních škdlivin v plynné fázi. Při spalvání čistých plynných paliv s dstatkem vzduchu nevznikají tuhé emise. Mžnst dsažení vyšších teplt spalváním plynných paliv. Rvnměrný hřev velkých plch plynnými palivy. Lepší regulace při spalvání plynných paliv a mžnst příméh spalvání přím v tepelných strjích. Mžnst využití různých alternativních paliv (RDF, REF, BRKO, OP ). Mžnst likvidace kalů přím na místě, kde vznikl. Přijatelný dpad na živtní prstředí (LCA, uhlíkvá stpa). Investiční náklady jsu závislé na ptřebných parametrech sušárny a zplyňvacíh zařízení, které splečně tvří cca 80% investičních nákladů. Je prt třeba na základě knkrétních pžadavků prvnat všechny alternativy a nalézt ptimální řešení. 8 (13)

10 3.3 PŘÍKLADY KONKRÉTNÍHO ŘEŠENÍ Jednduchu rientaci lze získat ze schématu zbrazenéh na br. 5, kde je zbrazena cesta kalů d pčátku až p finální řešení. Obrázek 5: Technlgie zpracvání kalů z ČOV s energetickým zaměřením Obecné technlgické schéma kalvéh hspdářství se zplyňváním usušenéh kalu je zbrazen na brázku 6. Knkrétní zařízení a hdnty jedntlivých tků se upravují na základě výsledků studie pr příslušnu lkalitu. 9 (13)

11 Obrázek 6: Obecné schéma kalvéh hspdářství se zplyňváním usušenéh kalu Obr. 5 zbrazuje schéma technlgické linky kalvéh hspdářství, využívající anaerbní stabilizaci kalu, úplné sušení a zplyňvací jedntku s malkapacitní kgenerací. Níže je uveden něklik příkladů realizvaných zařízení: Obrázek 7: ČOV Mannheim 10 (13)

12 Obrázek 8: Zařízení na zplyňvání v Tkyu Obrázek 9: Sušárna na ČOV Mdřice 11 (13)

13 Obrázek 10: Malá sušárna kalu 4. NABÍZENÁ SPOLUPRÁCE Pr dhad přínsů řešení lze pužít výhledvá prdukce survých kalů. V případě zplyňvání je Prcent čisté prdukce elektrické energie z energie vstupující ve frmě bimasy-kalu (Net Electric Pwer/Fuel Value Efficiency) v průměru rvn 12-22%. Průměrná specifická prdukce elektrické energie na t sušiny bimasy kalu (Electrical Energy Prductin Rate) je pak kl 850 kwh/t. Pr knkrétní pdmínky je mžné zpracvat knkrétní analýzy, které pmhu určit nejlepší mžnu variantu řešení, díky čemuž je mžné upravit již svědčenu technlgii knkrétním pžadavkům investra. Zpracvání analýzy variant Analýza varianty sušení kalu lkalizace sušárny, bilance prcesů. Analýza varianty spluspalvání a zplyňvání. Analýza varianty dpravy na míst spluspalvání neb zplyňvání. Varianty řešení pr zplyňvání. Analýza nákladů a přínsů. Stanvení mžných finančních a prvzních scénářů. Vlba nejvýhdnější varianty. Analýza vlivu prcesů na živtní prstředí. Kmplexní prjektvé a inženýrské práce. 12 (13)

14 5. ZÁVĚR Principy zplyňvání jsu známy více než 200 let. Zplyňvání uhlí byl rzšířen během knce 18. Stletí, syntézní plyn byl palivem pr městské světlení a výrbu elektřiny. Dstupnst levné rpy a zemníh plynu vedly k pklesu využívání zplyňvání p druhé světvé válce. V psledních letech zplyňvání zažil bnvu v důsledku zvyšujícímu se nedstatku fsilních paliv a elektrické energie. Dnes je zplyňvání pvažván za jednu z univerzálních, efektivních a nejčistších metd pr nízknákladvé převedení uhlíkatých zdrjů (dřevěné zbytky, bimasa, rganické kaly, uhlí a tříděný dpad) na tepelnu energii a elektřinu. Kmbinace úplnéh sušení a zplyňvání v sučasné dbě patří mezi velmi perspektivní metdy. Na rzdíl d energie získané z příméh spalvání mnha dpadních paliv syntézní plyn umžňuje čisté spalvání paliva, které může být pužit jak náhrada za zemní plyn, tpný lej neb prpan pr výrbu tepla, páry, hrké vdy, případně elektřiny z knvenčních energetických zařízení. Syntézní plyn může být pužit jak základní zdrj pr velké mnžství prduktů v petrchemickém a rafinářském průmyslu. Sušení v mderních zařízeních pak zajišťuje pužití pr finální úpravu kalů z ČOV. Aby byl mžné zvlit nejefektivnější řešení, je třeba vypracvat studii prvnávající různé varianty prcesu, včetně prvnání nákladvsti a psuzení knkrétních výhd a nevýhd jedntlivých variant. Nastavení knkrétních finálních parametrů prcesu je závislé na výsledcích vzešlých z vypracvané studie. Firma HYDROPROJEKT CZ nabízí na základě znalstí mderních technlgií kmplexní pradenství pr přípravu, psuzení a návrh finálníh zpracvání kalů. Shrnutí mžnstí zplyňvání vysušenéh kalu: Efektivní metda využití energie kalů. Mderní řešení s velkým ptenciálem. Téměř bezdpadvá technlgie. Eklgické a udržitelné řešení. Eknmicky výhdné řešení. Swec Hydrprjekt a.s. Swec Hydrprjekt a.s. Swec Hydrprjekt a.s. Swec Hdrprjekt a.s. Swec Hydrprjekt a.s. IČ: ústředí Praha dštěpný závd Brn dštěpný závd Ostrava dštěpný závd Č.Budějvice DIČ: CZ Tábrská 31 Minská 18 Varenská 49 Zátkv nábřeží 7 Člen skupiny SWECO Praha Brn Ostrava České Budějvice Telefn Telefn Telefn Telefn Fax Fax Fax Fax praha@swec.cz brn@swec.cz strava@swec.cz c.budejvice@swec.cz Firma je zapsána d bchdníh rejstříku vedenéh Městským sudem v Praze ddíl B., vlžka 7326.