Biogaz z oczyszczalni ścieków: jak i dlaczego warto sięgać po to źródło energii?

Powstawanie osadów to nieodłączny element każdego procesu oczyszczania ścieków, niezależnie od zastosowanej metody. Wytwarzany przez te odpady biogaz już od ponad 100 lat stosowany jest jako dodatkowe źródło energii. Nowoczesne technologie pozwalają skuteczniej korzystać z jego zalet, cennych zwłaszcza z punktu widzenia gospodarki zrównoważonego rozwoju. Na czym dokładnie polegają ekonomiczne walory biogazu i w jaki sposób efektywnie je wykorzystywać w oczyszczalniach ścieków?

Biogaz to palny gaz, powstający w procesie fermentacji metanowej, czyli rozkładu materii organicznej przez bakterie w warunkach beztlenowych. W zależności od tego, z jakich substratów powstaje, biogaz charakteryzuje się różnymi poziomami zawartości metanu, stanowiącym o jego wartości energetycznej. Ten uzyskiwany z osadów powstających w oczyszczalniach ścieków zawiera z reguły około 50-65% metanu.

Wspomniane osady są odpadami biodegradowalnymi, składającymi się zwykle w ponad 50% z substancji organicznych. Ze względu na obowiązujące przepisy nie mogą być one składowane na składowisku odpadów bez wcześniejszego przygotowania, którego przeprowadzenie samo w sobie wymaga dużych nakładów energetycznych. Ich minimalizowanie, a czasem wręcz eliminacja, to jedna z kluczowych zalet wykorzystania osadów do produkcji biogazu.

Biogaz: energia ukryta w odpadach

Stanowiące pozostałość po mechanicznym i biologicznym oczyszczaniu ścieków osady ściekowe są odpadem, który wymaga dalszej obróbki ze względu na zagrożenie mikroorganizmami patogennymi oraz uciążliwością zapachową. Zastosowanie fermentacji beztlenowej w specjalnych reaktorach WKF (Wydzielona Komora Fermentacyjna) pozwala na produkcję biogazu w sposób bezpieczny dla środowiska, a także ekonomiczny.

Osad przefermentowany jest mineralizowany (humifikowany) i ma wysokie własności nawozowe. Ograniczona jest także jego uciążliwość zapachowa, a ze względu na produkcję na miejscu, nie ma potrzeby transportu paliwa lub wytworzonej energii, co przekłada się na brak kosztów transportu oraz strat energetycznych. Dodatkowo, w celu zwiększenia efektu środowiskowego i ekonomicznego, można zastosować w całym procesie kofermentację, polegającą na zastosowaniu dodatkowego substratu składającego się z materii organicznej, jak choćby odpadów z przemysłu spożywczego.

Biogaz wytworzony z osadów ściekowych cechuje się dość wysoką zawartością metanu, co pozwala na wykorzystanie go do celów energetycznych. Oczyszczalnie używają go do zaspokojenia potrzeb własnych, takich jak podgrzewanie komór fermentacyjnych oraz dostarczenie energii elektrycznej dla celów technologicznych i socjalnych. Zazwyczaj biogaz spalany jest w agregatach kogeneracyjnych, umożliwiając pozyskanie zarówno energii elektrycznej, jak i cieplnej.

Efektywne procesy kluczem do sukcesu

Produkcja biogazu wymaga skutecznej kontroli parametrów procesowych. Do najważniejszych zaliczyć należy rodzaj i ilość substratu, kwasowość odczynu, temperaturę, skład i ilość wytwarzanego biogazu oraz poziom napełnienia wraz z możliwością wykrywania piany w WKF.

Pomiary przepływu gazów zwykle są najefektywniejsze, jeżeli gaz jest jednorodny i przepływa przez urządzenie z dużą prędkością. Nie są to jednak cechy świeżego biogazu, który dodatkowo jest wysoce korozyjny i cechuje się zmiennością składu. Z kolei rygorystyczne normy bezpieczeństwa, wynikające m.in. z obecności siarkowodoru, wymagają najwyższej dokładności i powtarzalności. Przykładem urządzenia odpowiadającego na wszystkie powyższe wyzwania jest opracowany przez Endress+Hauser ultradźwiękowy przepływomierz Prosonic Flow B200, umożliwiający – oprócz pomiaru przepływu i temperatury – dodatkowo także pomiar stężenia metanu w analizowanym medium.

Przepływomierz Prosonic Flow B200 został zaprojektowany w sposób umożliwiający wykorzystywanie go w biogazowniach i znajdzie zastosowanie wszędzie tam, gdzie pozyskuje się gaz w procesie fermentacji metanowej, niezależnie od rodzajów wykorzystanych substratów. Powstał z myślą o wysokiej dokładności, powtarzalności i szerokim zakresie pomiarowym (30:1, a opcjonalnie nawet 100:1, czyli od 0,3 do 30 m/s) w trudnych warunkach, gwarantując stabilną pracę nawet przy minimalnym ciśnieniu.

Oprócz kontroli składu i ilości produkowanego biogazu, istotne jest także monitorowanie poziomu napełnienia WKF z możliwością wykrywania piany. Takie funkcjonalności oferuje np. zaprojektowana przez Endress+Hauser sonda radarowa poziomu Micropilot FMR54. Kluczowa dla produkcji biogazu jest również kontrola odczynu substratu, np. za pomocą cyfrowej elektrody pH Memosens CPS11E z przetwornikiem Liquiline CM442. Odczyn wymagany przy produkcji biogazu powinien się bowiem mieścić w granicach 6,8-7,2 pH.

Podsumowując, produkcja biogazu pozwala ograniczać objętość uciążliwych odpadów oraz pozyskiwać z nich przyjazną środowisku energię. Dzięki odpowiedniemu, nowoczesnemu opomiarowaniu, technolodzy mają możliwość pełnej kontroli procesów produkcji surowca. To zaś przekłada się na maksymalne wykorzystywanie możliwości układów – przede wszystkim poprzez zapewnienie bakteriom optymalnych warunków do wytwarzania biogazu. Również oczyszczalnie ścieków mogą przez to skuteczniej włączać się w rozwój zrównoważonej i ekologicznej gospodarki.

Szczegółowe informacje o rozwiązaniach Endress+Hauser dla branży wodno-ściekowej można znaleźć na stronie: www.cx.endress.com/rozwiazania_wod-kan.

Endress+Hauser – materiał sponsorowany