Elektrownie odprowadzania ścieków wykorzystują biogaz jako źródło energii odnawialnej

Wyobraź sobie oczyszczalnię ścieków, która nie tylko oczyszcza ścieki, ale także wytwarza własną energię, nawet stając się lokalnym dostawcą energii.Ale ta wizja szybko staje się rzeczywistością..

Na całym świecie procesy mechaniczne i biologiczne dominują w oczyszczaniu ścieków miejskich.Ten skromny resztkiAby uwolnić swoją wartość, osad musi najpierw zostać poddany obróbce w celu usunięcia ponad 95% zawartości wody, zanieczyszczeń, patogenów i zapachów.

Skuteczne oczyszczanie osadów musi spełniać kilka kluczowych norm środowiskowych i operacyjnych:

• Efektywność kosztowa:Wyważanie inwestycji i wydatków operacyjnych.
• Optymalizacja energii:Minimalizując zużycie, maksymalnie zwiększając energię wytwarzaną przez siebie.
• Zmniejszenie objętości:Zmniejszająca się ilość osadu.
• Poprawa jakości:Wzmocnienie osadów do ponownego wykorzystania.
• Bezpieczeństwo środowiska:Zapewnienie, że oczyszczone ścieki spełniają rygorystyczne normy wyładowania.

Dwa podstawowe podejścia dominują w traktowaniu osadów:

• Stabilizacja aerobowa:Używa tlenu w otwartych zbiornikach z osadami, ale wymaga znacznej przestrzeni i energii do wentylacji.
• Stabilizacja beztlenowa:Preferowany dla średnich i dużych instalacji ze względu na niższe koszty, wyższą efektywność energetyczną i korzyści dla środowiska.Niektóre zakłady łączą obie metody w celu uzyskania optymalnych wyników.

Wraz ze wzrostem zapotrzebowania na energię i zaostrzeniem przepisów dotyczących emisji dwutlenku węgla trawienie beztlenowe przynosi przekonujące korzyści:

• Zmniejsza substancje organiczne o ~ 50%, przekształcając je w biopaliw.
• Produkcja energii odnawialnej przy jednoczesnym zmniejszeniu zależności od energii zewnętrznej.
• Obniża koszty operacyjne i wymagania dotyczące gruntów.
• Poprawa kontroli zapachu, higieny i wpływu na klimat dzięki lepszemu CO₂równowagi.

W przypadku biogazu, który jest podstawą systemów biogazowych, nowoczesny bioreaktor musi być szczelny, izolowany, nieprzepuszczalny i nieprzepuszczalny.i odporne na korozję, ułatwiając jednocześnie łatwe załadunek i konserwację.

Tradycyjne systemy wykorzystują zbiorniki septyczne do ~ 20-dniowej fermentacji, wytwarzając biogaz (50-70% metanu) na energię elektryczną.Wschodzące systemy o wysokiej temperaturze (> 53°C) skracają czas przetwarzania do 15 dni lub krócejDo kluczowych czynników operacyjnych należą:

• Mieszanie błota za pomocą mieszarek, pomp lub wtrysku gazu.
• Zapobieganie warstwowieniu osadu.
• Ogrzewanie reaktora, najlepiej z wykorzystaniem ciepła odpadowego.

Po ustabilizowaniu osad można odwadniać do zawartości 20-35% stałych substancji (lub do 95% po suszeniu) w celu wykorzystania jako nawoz lub paliwo rolne.Dodatkowe zabiegi, takie jak suszenie termiczne (> 80°C) lub regulacja wapna (pH ≥ 12), zapewniają eliminację patogenów.

Z ~6,5 kWh/m³W przypadku, gdy biogaz jest wykorzystywany do wytwarzania paliw w warunkach o wysokiej efektywności cieplnej (ponad połowa wartości energetycznej gazu ziemnego), może zasilać instalacje oczyszczania lub sieci zasilania poprzez:

• Systemy ciepłoenergetyczne (35-40% energii elektrycznej, 60% odzysku ciepła).
• Bezpośrednie stosowanie w silnikach benzynowych.
• Produkcja pary lub gorącej wody.

Produccja biogazu opiera się na rozkładzie drobnoustrojów: bakterie tworzące kwasy rozkładają substancje organiczne na prostsze związki,które metanogeny następnie przekształcają się w metan i CO₂.

Podczas gdy niektóre zakłady niewystarczająco wykorzystują biogaz, zoptymalizowane systemy, takie jak parowo podgrzewane trawniki w Moskwie lub technologia hydrolizy termicznej w Norwegii, demonstrują jego potencjał.

• Poprawa trawienia:Podwojenie produkcji biogazu poprzez oddzielenie faz hydrolizy i metanu.
• Hydroliza termiczna:Wykorzystanie pary pod wysokim ciśnieniem do rozkładania osadu, zmniejszenie objętości o 50% i potrójne wydzielenie metanu.

Produkcja biogazu przynosi wymierne korzyści:

• Zmniejsza emisję metanu z otwartego składowania odpadów.
• Obcięcia CO₂i zanieczyszczenia azotem.
• Ochrona zasobów wodnych i lasów.
• Zmniejsza zużycie nawozów syntetycznych.

Pomimo obiecujących wyników biogaz boryka się z trudnościami:

• Spalanie nie eliminuje całkowicie emisji gazów cieplarnianych.
• Dostępność surowców z obszarów wiejskich ogranicza skalowalność w miastach.
• Wysokie wstępne koszty małych systemów mogą zachęcać do uprawy ekologicznie ryzykownych upraw energetycznych.
• Zanieczyszczenia biogazowe (np. rtęć, związki ołowiu) wymagają ściślejszej filtracji w celu spełnienia norm jakości powietrza.

Wraz z postępami technologicznymi systemy biogazowe mogą jednak odgrywać coraz większą rolę w zrównoważonym gospodarowaniu odpadami i produkcji energii odnawialnej na całym świecie.