Current status, challenges and prospects of sewage sludge valorisation for clean energy in Poland

• Autorzy: Nyakuma B. B. , Magdziarz A. , Werle S.

Identyfikatory

DOI

10.2429/proc.2017.11(1)006

Warianty tytułu

PL

Aktualny stan wiedzy, wyzwania i perspektywy wykorzystania osadów ściekowych w produkcji czystej energii w Polsce

• Konferencja: ECOpole’16 Conference (5-8.10.2016 ; Zakopane, Poland)
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The valorisation of sewage sludge (SS) is a practical approach for the production of chemicals, fuels and clean energy. In the past, sewage sludge disposal and management in the European Union (EU) typically involved landfilling, incineration, agricultural application, or bulk storage. With the prohibition of these techniques, novel processes are urgently required to address the growing stockpiles of sewage sludge particularly in nations with high demographics such as Poland. The most promising technologies for SS valorisation are the thermal conversion; pyrolysis, gasification, combustion and co-firing. However, SS valorisation is beset by numerous challenges. Consequently, this paper seeks to examine the current status, challenges and prospects of SS valorisation in Poland. The findings demonstrated that the treatment of municipal and industrial wastewater generates substantial quantities of sewage sludge (SS) each year. Currently, the SS is mostly utilized for agriculture, landfilling and bulk storage. The paper reports that municipal SS is the mostly utilized SS for agriculture, compost production, thermal conversion, bulk storage; whereas industrial SS is used for land reclamation and landfilling. However, the bulk of Polish SS is still not effectively and efficiently utilized. Therefore, the authors proffered prospective technologies such as co-firing and direct utilization of SS for future green electricity production as possible solutions. However, it is pertinent to state that the application of novel SS valorisation technologies will require adapting and adopting low carbon strategies and legal frameworks in the future.

PL

Aktualnie zagospodarowanie osadów ściekowych (OŚ) polega m.in. na wykorzystaniu ich jako paliwa do produkcji energii. W przeszłości osady ściekowe w Unii Europejskiej (UE), otrzymane z oczyszczalni ścieków, składowano, spalano w sposób niekontrolowany oraz wykorzystano do użyźniania gleby w rolnictwie. W związku z wprowadzeniem zakazu stosowania ww. sposobów ich utylizacji konieczne było poszukiwanie nowych metod, w szczególności w krajach o wysokiej liczbie ludności, jakim jest na przykład Polska. Jedną z obiecujących metod zagospodarowania osadów ściekowych mogą być takie procesy, jak piroliza, zgazowanie i spalanie, w wyniku których powstaną produkty chrakteryzujące się energetycznymi właściwościami. Jednakże prowadzenie tych procesów wymaga uwzględnienia społecznych, ekonomicznych, środowiskowych i technologicznych czynników. Dodatkowo, regulacje UE w zakresie zagospodarowania osadów ściekowych zakazują termicznego ich przekształcania bez prowadzenia efektywnych procesów wstępnych (tzw. „pre-treatment processes”). W pracy przedstawiono stan bieżący, wyzwania oraz perspektywy wykorzystania osadów ściekowych w procesie produkcji czystej energii.

Słowa kluczowe

EN

sewage sludge valorisation; clean energy; sustainability developement Introduction

PL

waloryzacja osadów ściekowych; czysta energia; rozwój zrównoważony

• Wydawca: Towarzystwo Chemii i Inżynierii Ekologicznej
• Czasopismo: Proceedings of ECOpole
• Rocznik: 2017
• Tom: Vol. 11, No. 1
• Strony: 55--63
• Opis fizyczny: Bibliogr. 46 poz., ryc., tab.

Twórcy

autor

Nyakuma B. B.

• Centre of Hydrogen Energy, Institute of Future Energy, Universiti Teknologi Malaysia, 81310 Skudai, Johor Bahru, Johor DT, Malaysia

autor

Magdziarz A.

• AGH University of Science and Technology, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland

autor

Werle S.

• Institute of Thermal Technology, Silesian University of Technology, ul. S. Konarskiego 22, 44-100 Gliwice, Poland, phone [phone], fax [phone]

Bibliografia

• [1] Fonts I, Gea G, Azuara M, Ábrego J, Arauzo J. Renew Sustain Energy Rev. 2012;16:2781-2805. DOI: 10.1016/j.rser.2012.02.070.
• [2] Fytili D, Zabaniotou A. Renew Sustain Energy Rev. 2008;12:116-140. DOI: 10.1016/j.rser.2006.05.014.
• [3] Kosobucki P, Chmarzynski A, Buszewski B. Pol J Environ Stud. 2000;9:243-248. http://www.pjoes.com/pdf/9.4/243-248.pdf.
• [4] Werle S. Renew Energy Environ Sustain. 2016;1:35. DOI: 10.1051/rees/2016042.
• [5] Bodzek M, Dudziak M. Desalination. 2006;198:24-32. DOI: 10.1016/j.desal.2006.09.005.
• [6] Jelic A, Gros M, Ginebreda A, Cespedes-Sánchez R, Ventura F, Petrovic M, et al. Water Res. 2011;45:1165-1176. DOI: 10.1016/j.watres.2010.11.010.
• [7] Seggiani M, Puccini M, Raggio G, Vitolo S. Waste Manage. 2012;32:1826-1834. DOI: 10.1016/j.wasman.2012.04.018.
• [8] Werle S. Waste Manage Res. 2014;32:954. DOI: 10.1177/0734242X14535654.
• [9] Mininni G, Blanch A, Lucena F, Berselli S. Environ Sci Pollut Res. 2015;22:7361-7374. DOI: 10.1007/s11356-014-3132-0.
• [10] Werle S. Ecol Chem Eng S. 2015;22:459-469. DOI: 10.1515/eces-2015-0027.
• [11] Cieślik BM, Namieśnik J, Konieczka P. J Cleaner Prod. 2015;90:1-15. DOI: 10.1016/j.jclepro.2014.11.031.
• [12] Jayaraman K, Gökalp I. Energy Convers Manage. 2015;89:83-91. DOI: 10.1016/j.enconman.2014.09.058.
• [13] CIA World Factbook. Poland: Geography & Socio-Economic Status World Factbook: Country Profile 2016. http://bit.ly/2dqrLOF.
• [14] Matsunaga K, Themelis NJ. Effects of affluence and population density on waste generation and disposal of municipal solid wastes. Earth Engineering Center Report, 2002:1-28. http://www.seas.columbia.edu/earth/waste-affluence-paper.pdf.
• [15] Hoornweg D, Bhada-Tata P. What a waste: a global review of solid waste management. Urban Development Series Knowledge Papers, 2012. Washington DC: World Bank Group; 1-98. http://bit.ly/1mjzbQB.
• [16] Statistical Yearbook of the Regions - Poland. Statystyczny Rocznik Województw. Warszawa: Central Statistical Office; 2015. 664 pp. http://bit.ly/2cCv72p.
• [17] Waste Framework Directive. Directive 2008/98/EC. 2008. http://bit.ly/1iNbBhq.
• [18] EUR-Lex. Sixth Environment Action Programme. 2016. http://bit.ly/2duPNL3.
• [19] Polish National Government. National Waste Management Plan 2014. http://bit.ly/2diQl7K.
• [20] Municipal Waste Europe. Current European Union (EU) Legislation on Waste. 2016. http://bit.ly/2cYQ9uL.
• [21] Sewage Sludge Treatment Directive. 86/278/EEC. EU Directive, 1986. http://bit.ly/2wyTqFr.
• [22] Urban Waste Water Treatment Directive. 91/271/EEC. EU Directive. 1991. http://bit.ly/2wlAGdb.
• [23] Landfill Directive. 99/31/EEC. EU Directive. 1999. http://bit.ly/2hBxwyB.
• [24] Waste Incineration Directive. 2000/76/EC. EU Directive. 2000. http://bit.ly/2wz4l20.
• [25] Implementation Directive on Landfills. 2000/738/EC. EU Directive. 2000. http://bit.ly/2hCygDU.
• [26] 6th Community Environment Action Programme. EAP. EU Directive. 2002. http://bit.ly/2uysNz7.
• [27] Krajowy Program Oczyszczania Ścieków Komunalnych. National Programme for Municipal Waste Water Treatment. NPMWWT. Polish National Directive. 2016. http://bit.ly/2wz5ciY.
• [28] Waste Framework Directive. 2008/98/ECC. EU Directive. 2008. http://bit.ly/1Ouv7Mj.
• [29] Krajowy Plan Gospodarki Odpadami 2022. National Waste Management Plan 2022. NWMP. Polish National Directive. 2016. http://bit.ly/2wzkHHI.
• [30] Stolarek P, Ledakowicz S. Thermal processing of sewage sludge by drying, pyrolysis, gasification and combustion. Water Sci Technol. 2001;44:333-339. http://bit.ly/2vbM8ts.
• [31] Basu P. Biomass Gasification, Pyrolysis and Torrefaction: Practical Design and Theory. London: Academic Press, Elsevier; 2010.
• [32] Nyakuma BB, Mazangi M, Tuan Abdullah TA, Johari A, Ahmad A, Oladokun O. Appl Mech Mater. 2014;699:534-539. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMM.699.534.
• [33] Werle S, Wilk RK. Renew Energy. 2010;35:1914-1919. DOI: 10.1016/j.renene.2010.01.019.
• [34] Cao Y, Pawłowski A. Renew Sustain Energy Rev. 2012;16:1657-1665. DOI: 10.1016/j.rser.2011.12.014.
• [35] Magdziarz A, Werle S. Waste Manage. 2014;34:174-179. DOI: 10.1016/j.wasman.2013.10.033.
• [36] Atienza-Martínez M, Fonts I, Ábrego J, Ceamanos J, Gea G. Chem Eng J. 2013;222:534-545. DOI: 10.1016/j.cej.2013.02.075.
• [37] Wilk M, Magdziarz A, Kalemba I. Energy. 2015;87:259-269. DOI: 10.1016/j.energy.2015.04.073.
• [38] Wilk M, Magdziarz A, Kalemba I, Gara P. Renew Energy. 2016;85:507-513. DOI: 10.1016/j.renene.2015.06.072.
• [39] He C, Giannis A, Wang J-Y. Appl Energy. 2013;111: 257-266. DOI: 10.1016/j.apenergy.2013.04.084.
• [40] Zhao P, Shen Y, Ge S, Yoshikawa K. Energy Convers Manage. 2014;78:815-821. DOI: 10.1016/j.enconman.2013.11.026.
• [41] Danso-Boateng E, Shama G, Wheatley AD, Martin SJ, Holdich R. Bioresour Technol. 2015;177:318-327. DOI: 10.1016/j.biortech.2014.11.096.
• [42] Moon J, Mun T-Y, Yang W, Lee U, Hwang J, Jang E, et al. Energy Convers Manage. 2015;103:401-407. DOI: 10.1016/j.enconman.2015.06.058
• [43] Murakami T, Suzuki Y, Nagasawa H, Yamamoto T, Koseki T, Hirose H, et al. Fuel Process Technol. 2009;90:778-783. DOI: 10.1016/j.fuproc.2009.03.003.
• [44] Hartman M, Svoboda K, Pohorelý M, Trnka O. Ind Eng Chem Res. 2005;44:3432-3441.
• [45] Hanmin X, Xiaoqian M, Kai L. Energy Convers Manage. 2010;51:1976-1980. DOI: 10.1016/j.enconman.2010.02.030.
• [46] Jiang J, Zhao Q, Zhang J, Zhang G, Lee DJ. Bioresour Technol. 2009;100:5808-5812. DOI: 10.1016/j.biortech.2009.06.076.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).