Kofermentacja osadów ściekowych sposobem na ich zagospodarowanie oraz produkcję energii

• Autorzy: Czekała W. , Smurzyńska A. , Kozłowski K. , Brzoski M. , Chełkowski D. , Gajewska K.

Warianty tytułu

EN

Sewage sludge co-digestion as a way of recycling waste and producing energy

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Osady ściekowe, jako produkt oczyszczania ścieków, wymagają właściwego zagospodarowania. Dotychczas powszechną metodą utylizacji osadów było składowanie. Jednak od 1 stycznia 2016 r. obowiązuje zakaz magazynowania, co w wielu wypadkach komplikuje możliwość ich bezpiecznego i racjonalnego wykorzystania. W związku z tym poszukuje się różnych rozwiązań i technologii umożliwiających bezpieczną ich utylizację. Jedną z nich jest rolnicze wykorzystanie. Zasobność osadów w składniki pokarmowe i materię organiczną sprawia, że stanowią one odpad o dużej wartości nawozowej. Jednak należy podkreślić, że obecność w osadach zanieczyszczeń mineralnych oraz biologicznych powoduje często ograniczenia w rolniczej utylizacji. W praktyce coraz częściej wykorzystuje się technologię opartą na procesie fermentacji metanowej, w której osady ściekowe pełnią rolę kosubstratu. Rozkład beztlenowy utylizowanego substratu wzbogaca mieszankę fermentacyjną w materię organiczną, ale również w mikroflorę bakteryjną niezbędną do prawidłowego przebiegu tego procesu. Ponadto wykorzystanie osadów ściekowych w biogazowniach umożliwia higienizację tego substratu, ze względu na temperaturę, w jakiej zachodzi fermentacja metanowa. Proces ten pozwala również na uzyskanie stabilnego i zasobnego w składniki pokarmowe pofermentu, który jest odpadem bezpieczniejszym w porównaniu z surowymi osadami ściekowymi oraz na uzysk energii elektrycznej i/lub cieplnej, co wpływa na dochodowość instalacji. Celem niniejszej pracy była analiza aktualnego stanu wiedzy na temat najważniejszych kierunków zagospodarowania osadów ściekowych oraz możliwości ich wykorzystania w procesie fermentacji metanowej.

EN

Waste water treatment in form of sewage sludge require proper disposal, such as storage which has been a common method so far. However, since January 1st, 2016 storage is legally forbidden, which in many cases complicates their safe and rational usage. For this reason, different technologies and solutions are being observed ensuring safe disposal. One of them is the agricultural use due to the abundance of waste in nutrients and organic matter. This makes sludge a valuable fertilizer which can be later used for agricultural purposes. However, the presence of mineral and biological pollutants often cause restrictions on agricultural utilization. More often for recycling sludge a methane fermentation technology is used, where sludge serves as a co-substrate. The recycled substrate in anaerobic fermentation is enriched by organic matter but also by microflora necessary for the proper process flow. Moreover, the use of sludge in a biogas plant allows for the substrate hygienisation, due to the temperature at which the methane fermentation takes place. This process results in achieving stable and nutritional digestate, which is safer in comparison to the raw sludge. This process will simultaneously yield electricity and/or heat, which affects the profitability of the system. However, the varied composition of sewage sludge and the presence of chemical and biological contaminants can contribute to the reduction of the plant efficiency planned. Therefore, the possibility of disposal of sewage sludge in biogas plants, requires periodic analysis. The aim of the study was to analyze current knowledge about sewage sludge management and their potential for methane fermentation.

Słowa kluczowe

PL

osad ściekowy; fermentacja metanowa; kofermentacja; oczyszczanie ścieków; biogaz

EN

sewage sludge; methane fermentation process; co-fermentation; wastewater treatment; biogas

• Wydawca: Wydawnictwo ITP
• Czasopismo: Problemy Inżynierii Rolniczej
• Rocznik: 2017
• Tom: R. 25, nr 1
• Strony: 5--14
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Czekała W.

• Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu Wydział Rolnictwa i Bioinżynierii Instytut Inżynierii Biosystemów ul. Wojska Polskiego 28, 60-637 Poznań tel. [phone]

autor

Smurzyńska A.

• Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, Wydział Rolnictwa i Bioinżynierii, Instytut Inżynierii Biosystemów

autor

Kozłowski K.

• Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, Wydział Rolnictwa i Bioinżynierii, Instytut Inżynierii Biosystemów

autor

Brzoski M.

• Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, Wydział Rolnictwa i Bioinżynierii, Instytut Inżynierii Biosystemów

autor

Chełkowski D.

• Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, Wydział Rolnictwa i Bioinżynierii, Instytut Inżynierii Biosystemów

autor

Gajewska K.

• Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, Wydział Rolnictwa i Bioinżynierii, Instytut Inżynierii Biosystemów

Bibliografia

• BABEL S., DEL MUNDO DACERA D. 2006. Heavy metal removal from contaminated sludge for land application: a review. Waste Management. Vol. 26. No. 9 s. 988-1004.
• BŁASZCZYK K., KRZYŚKO-ŁUPICKA T. 2014. Overview of the research methods for sewage sludge used in Poland. Inżynieria i Ochrona Środowiska. T. 17. Nr 1 s. 117-133.
• BIAŁOBRZEWSKI I., MIKŠ-KRAJNIK M., DACH J., MARKOWSKI M., CZEKAŁA W., GŁUCHOWSKA K. 2015. Model of the sewage sludge-straw composting process integrating different heat generation capacities of mesophilic and thermophilic microorganisms. Waste Management. Vol. 43 s. 72-83.
• BIEŃ J.D. 2012. Zagospodarowanie komunalnych osadów ściekowych metodami termicznymi [Utilisation of sewage sludge in Poland by thermal method]. Inżynieria i Ochrona Środowiska. T. 15. Nr 4 s. 439-449.
• BIEŃ J.D., BIEŃ D. 2015. Zagospodarowanie komunalnych osadów ściekowych metodami termicznymi w obliczu zakazu składowania po 1 stycznia 2016 [Utilisation of municipal sewage sludge by thermal methods in the face of storage disallowing]. Inżynieria Ekologiczna. Vol. 45 s. 36-43.
• CHANDRA R., TAKEUCHI H., HASEGAWA T. 2012. Methane production from lignocellulosic agricultural crop wastes: A review in context to second generation of biofuel production. Renewable and Sustainable Energy Reviews. Vol. 16. No. 3 s. 1462-1476.
• CIEŚLIK M., LEWICKI A., RODRÍGUEZ CARMONA P. C., CZEKAŁA W., JANCZAK D., WITASZEK K., DACH J. 2014. Badania separacji na frakcje stałą i ciekłą gnojowicy i pulpy pofermentacyjnej [Research on slurry and digestate pulp separation on the solid and liquid fraction]. Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska. Vol. 16. Nr 2 s. 43-48.
• CZEKAŁA J., CZEKAŁA W. 2012. Wpływ różnych odpadów organicznych na dynamikę zmian zawartości suchej masy, materii organicznej oraz węgla organicznego w kompostach [Impact of different organic waste materials on the dynamics of changes in the contents of dry matter, organic matter and organic carbon in composts]. Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering. Vol. 56. No. 3. s. 47-50.
• CZEKAŁA W., PILARSKI K., DACH J., JANCZAK D., SZYMAŃSKA M. 2012. Analiza możliwości zagospodarowania pofermentu z biogazowni [Analysis of management possibilities for digestate from biogas plant]. Technika Rolnicza Ogrodnicza Leśna. Nr 4 s. 13-15.
• CZEKAŁA W., WITASZEK K., RODRIGUEZ CARMONA P. C., GRZELAK M. 2013. Instalacje do przemysłowego kompostowania bioodpadów: wady i zalety [Composting systems for industrial biowastes: advantages and disadvantages]. Technika Rolnicza Ogrodnicza Leśna. Nr 2 s. 23-25.
• CZEKAŁA W., SZEWCZYK P., KWIATKOWSKA A., KOZŁOWSKI K., JANCZAK D. 2016. Produkcja biogazu z odpadów komunalnych [Biogas production from municipal solid waste]. Technika Rolnicza Ogrodnicza Leśna. Nr 5 s. 21-25.
• GAZDA M., RAK A., SUDAK M. 2012. Badania konfermentacji osadów ściekowych z tłuszczami odpadowymi w oczyszczalni [Research on cofermentation of sewage sludge with waste fats for the wastewater treatement plant in Brzeg]. Infrastruktura i Ekologia Terenów Wiejskich. Nr 3/III s. 79-90.
• GŁODNIOK M., ZDEBIK D. 2016. Badanie skuteczności odwadniania przefermentowanych osadów ściekowych z zastosowaniem polielektrolitu żelowego na bazie polimerów organicznych [Study of the digested sludge deatering effectiveness using polyelectrolyte gel based on organic polymers]. Inżynieria Ekologiczna. Vol. 46 s. 100-108.
• GUS 2015. Energia ze źródeł odnawialnych w 2014 r. [Energy from renewable sources in 2014]. Warszawa. ISSN 1898-4347 ss. 70.
• GUS 2016. Ochrona środowiska 2016 [Environment 2016]. Warszawa. ISSN 0867-3217 ss. 560.
• HEIDRICH Z., TIUNAJTIS K. 2008. Ilości osadów pochodzących z wiejskich oczyszczalni ścieków i kierunki ich unieszkodliwiania [About quantities of sludge from household wastewater treatment plants and directions of their disposal]. Infrastruktura i Ekologia Terenów Wiejskich. Nr 5 s. 191-198.
• KOZŁOWSKI K., DACH J., LEWICKI A., CIEŚLIK M., CZEKAŁA W., JANCZAK D. 2016. Parametry środowiskowe oraz procesowe fermentacji metanowej prowadzonej w trybie ciągłym (CSTR) [Environmental and process parameters of methane fermentation in continuosly stirred tank reactor (CSTR)]. Inżynieria Ekologiczna. Vol. 50 s. 153-160.
• KUMARAN P., HEPHZIBAH D., SIVASANKARI R., SAIFUDDIN, N., SHAMSUDDIN A. H. 2016. A review on industrial scale anaerobic digestion systems deployment in Malaysia: Opportunities and challenges. Renewable and Sustainable Energy Reviews. Vol. 56 s. 929-940.
• MAO C., FENG Y., WANG X., REN G. 2015. Review on research achievements of biogas from anaerobic digestion. Renewable and Sustainable Energy Reviews. Vol. 45 s. 540-555.
• OSTOJSKI A., GAJEWSKA M. 2014. Możliwości energetycznego wykorzystania osadów ściekowych jako paliwa [Possibilities of energy use sewage sludge as fuel]. Inżynieria i Ochrona Środowiska. Vol. 17. No. 4 s. 521-531.
• Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 16 lipca 2015 r. w sprawie dopuszczania odpadów do składowania na składowiskach. Dz.U. 2015 poz. 1277.
• Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 6 lutego 2015 r. w sprawie komunalnych osadów ściekowych. Dz.U. 2015 poz. 257.
• SADECKA Z. 2014. Przyrodnicze zagospodarowanie osadów ściekowych. W: Metody zagospodarowania osadów ściekowych [Environmental management of sewage sludge. In: Management methods of sewage sludge]. Materiały konferencyjne, 2-3 czerwca 2014, Zielona Góra s. 11-22.
• SMITH S. R. 2009. Organic contaminants in sewage sludge (biosolids) and their significance for agricultural recycling. Philosophical Transactions of the Royal Society A. Vol. 367 s. 4005-4041.
• SMURZYŃSKA A., DACH J., DWORECKI Z., CZEKAŁA W. 2016. Emisje gazowe podczas gospodarki gnojowicą [Gas emissions during slurry management]. Inżynieria i Ochrona Środowiska. T. 19 s. 109-125.
• VON SPERLING M. 2007. Basic principles of wastewater treatment. London, New York. Publishing IWA ss. 408.
• STIER E., FISCHER M. 1998. Podręczny poradnik eksploatacji oczyszczalni ścieków [Handbook for the operation of the wastewater treatment plant]. Warszawa. Wydaw. Seidel-Przywecki ss. 498.
• Ustawa z dnia 14 grudnia 2012 r. o odpadach. Dz.U. 2013 poz. 21.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).