Więcej energii, mniej odpadów. Rozwiązanie naukowców z PG pomoże oczyszczalniom i biogazowniom

Poprawa efektywności energetycznej małych oczyszczalni oraz biogazowni rolniczych to główne założenia innowacyjnego systemu, który tworzą naukowcy z Politechniki Gdańskiej. Trwają prace nad demonstratorem tego układu, który będzie funkcjonował w jednej z pomorskich oczyszczalni.

Małe oczyszczalnie w Polsce borykają się z problemem zagospodarowania osadów, pozostających po procesie biologicznego oczyszczania ścieków. Procesy oczyszczania są także bardzo energochłonne, co przy wzrostach cen energii może decydować o opłacalności całego przedsięwzięcia. Dlatego kluczowego znaczenia nabiera gospodarka energią odpadową i surowcami w obrębie oczyszczalni.

Międzywydziałowy zespół naukowców z Politechniki Gdańskiej podjął się budowy i testowania demonstratora systemu, który zapewni poprawę efektywności energetycznej małych oczyszczalni oraz biogazowni rolniczych. System umożliwi m.in.:

• bardziej wydajną produkcję biogazu z osadu czynnego (poddanego wcześniej procesowi dezintegracji niskotemperaturowej), także współfermentowanego z lokalnymi odpadami biodegradowalnymi;
• odzysk i zagospodarowanie ciepła odpadowego/procesowego z udziałem technologii opartej o pompy ciepła;
• odzysk wody z pofermentu do irygacji pól, a także zastosowanie pofermentu jako nawozu płynnego bogatego w biogeny (azot i fosfor), po wcześniejszym jego podczyszczeniu.

– Dzięki naszemu pomysłowi, będzie można zwiększyć wydajność produkcji biogazu, skuteczniej odzyskiwać ciepło procesowe i jednocześnie zmniejszać ilość osadów nadmiernych wymagających zagospodarowania. To będą wymierne korzyści dla oczyszczalni. – tłumaczy prof. Jan Wajs z Instytutu Energii Wydziału Inżynierii Mechanicznej i Okrętownictwa, kierownik projektu.

Funkcjonalność, wydajność i przyjazność środowisku 

Demonstrator systemu, który będzie budowany w oczyszczalni, składa się z trzech podsystemów. Pierwszy z nich to prototypowa instalacja niskotemperaturowej dezintegracji i komora fermentacji, gdzie uwaga zostanie skupiona na poprawie funkcjonalności tych procesów, zwłaszcza w zakresie zwiększonej produkcji biogazu oraz odzysku produktów dla rolnictwa.

Dezintegracja to wymagający nakładu energetycznego proces rozdrobnienia/zniszczenia struktury osadu czynnego, czy innego substratu biodegradowalnego. Organiczne składniki uwolnione do roztworu stają się bardziej dostępne jako substrat pokarmowy dla bakterii w procesie fermentacji beztlenowej. Do korzyści z tego procesu można zaliczyć przede wszystkim zwiększoną produkcję biogazu w procesie fermentacji, zmniejszenie stężenia suchej masy organicznej w przefermentowanych osadach, a także zmniejszenie ilości generowanych osadów.

– Masa pofermentacyjna, która jest wytwarzana w procesie fermentacji, jest bogata w składniki odżywcze i można ją stosować jako nawóz – wyjaśnia prof. Sylwia Fudala – Książek. – Może być alternatywą dla znacznie droższych nawozów mineralnych, jednak poferment oraz wody (odcieki) z jego odwadniania muszą być odpowiednio przygotowane, żeby były bezpieczne dla środowiska przed ich ostatecznym zagospodarowaniem. Jeden z testowanych elementów naszego systemu ma to zapewnić w przyszłości.

Drugi istotny podsystem obejmuje innowacyjną instalację grzewczo-chłodzącą, dedykowaną procesom dezintegracji osadu czynnego i fermentacji, wraz z układem odzysku ciepła odpadowego/procesowego, dla poprawy efektywności energetycznej tych procesów. Opracowane rozwiązanie zapewni redukcję zapotrzebowania na energię elektryczną w oczyszczalni.

Instalacja odzysku wody (przede wszystkim z odcieków z odwodnionego pofermentu) z wykorzystaniem zaawansowanego utleniania elektrochemicznego, w celu zapewnienia dezynfekcji i usunięcia mikrozanieczyszczeń, to trzeci podsystem demonstratora. Woda odseparowana z pofermentu  poprzez odwirowanie, zostanie poddana elektrochemicznemu utlenianiu, przy wykorzystaniu technologii opartej o elektrody diamentowe domieszkowane borem (BDD - ang. boron-doped diamond).

– Ta technologia jest przyjazna środowisku i nie wymaga dozowania reagentów. Odzyskana woda będzie bezpieczna mikrobiologicznie i pozbawiona mikrozanieczyszczeń, będzie bogata w składniki odżywcze i będzie mogła zostać bezpiecznie wykorzystana do celów rolniczych, przede wszystkim do nawadniania, jak i uzupełniania bądź zastępowania nawozów mineralnych – zaznacza prof. Fudala-Książek.

– Dziś wszyscy szukamy rozwiązań dostarczających energię ze źródeł odpadowych bądź OZE, dla poprawy efektywności energetycznej przedsiębiorstw. Wdrażając podczas przeróbki osadów ściekowych lub kofermentów technologie z odzyskiem energii i wody z surowcami nawozowymi dla rolnictwa, nie tylko uzyskamy wymierne korzyści w instalacji z procesem dezintegracji i fermentacji. Działamy równocześnie na rzecz gospodarki obiegu zamkniętego (GOZ) i zrównoważonego rozwoju małych oczyszczalni ścieków i biogazowni – mówi prof. Jan Wajs. – Naszym projektem dodatkowo wpisujemy się w strategie energetyczne Unii Europejskiej.

Realizacja projektu jest przewidziana na okres dwóch lat. Dobiegają końca prace projektowe, a kolejnym etapem będzie budowa demonstratora technologii w wybranej oczyszczalni ścieków. Przy projekcie, pod kierownictwem prof. Jana Wajsa, pracują naukowcy z Wydziału Inżynierii Mechanicznej i Okrętownictwa, Wydziału Inżynierii Lądowej i Środowiska oraz Wydziału Elektroniki, Telekomunikacji i Informatyki.