voda ,,CVETOJEVAC“ u · Kogeneracijski potencijal biogasa dobijenog na postrojenju otpadnih voda ,,CVETOJEVAC“ u Kragujevcu dr Čedo Lalović Mas Radmila Lišanin

Kogeneracijski potencijal biogasa

dobijenog na postrojenju otpadnih

voda ,,CVETOJEVAC“ u

Kragujevcu

dr Čedo Lalović

Mas Radmila Lišanin

GHG

Porast gasova staklene bašte doveo je do porasta pros.temperature zemljine atmosfere i okeana što je uzrokovalo globalno zagrevanje.

Ključni gasovi staklene bašte koji zabrinjavaju su ugljen-dioksid (CO2), metan (CH4) i azot-oksid (N2O).

Najnovija međuvladina Studija o klimatskim promenama (IPCC) utvrdila je da se metan CH4 u Zemljinojatmosferi smatra drugim najvažnijim gasom staklene bašte posle ugljenika dioksida CO2, sa potencijalomza globalno zagrevanje od 28 u poređenju sa ugljen-dioksidom tokom perioda od 100 godina.

Brzi rast populacije i industrijski razvoj doveli su do sve vece potrebe za vodom. Posledica povecanjakoličine korišcene vode dovela je do povecanja otpadnih voda.

Otpadne vode se mogu prečišcavati na licu mesta (neprikupljeno), odvedene u centralizovano postrojenje(sakupljeno) ili odložiti neobrađene u blizini ili putem ispusta

Centralizovane metode prečišcavanja otpadnih voda mogu biti klasifikovane kao primarni, sekundarni itercijarni tretmani

Primarni tretman je tretman otpadnih voda fizičkim i / ili hemijskim procesima koji uključuju sakupljanjesuspendovanih čvrstih supstanci kojim se BPK5 otpadne vode smanjuje za najmanje 20% a ukupnesuspendovane čvrste supstance dolaznih otpadnih voda se smanjuju za najmanje 50%.

Sekundarni tretman je a tretman otpadnih voda postupkom koji uglavnom uključuje biološki tretman sa sekundarnimporavnanjem ili drugi procesi, koji rezultiraju uklanjanjem BPK5 do najmanje 70% i uklanjanje KPK od najmanje 75%.

Tercijarni tretman je nastavak sekundarnog tretmana azota i / ili fosfora .Organsko zagađ. na 95% za BPK5 i 85% zaHPK, i uklanjanje azota najmanje 70%, fosfor 80%

PRODUKCIJA BIOGASA IZ TRETMANA OTPADNIH VODA

Količina proizvedenog metana(CH4) kod anaerobnog tretmana otpadnih voda primarno zavisi od količineorganske materije u otpadnoj vodi, temperature i tipa tretmanskog sistema

Glavni faktor za određivanje potencijala generisanja metana je količina organske materije u otpadnoj vodi.

Opšti parametri koji se koriste za merenje organske komponente otpadne vode su biološkapotrošnja kiseonika (BPK) i hemijska potrošnja kiseonika (HPK).

Emisija metana iz otpadnih voda za jednu godinu može se proceniti korišćenjem jednačine(1), metodom koji preporučuje Međunarodni okrugli sto o klimatskim promenama (IPCC 2006 model).

... ( 1)

gde je :

EF – faktor emisije tretmanskog ispusnog voda

- CH4 emision: - emisija metana u toku jedne godine (kgCH4/god)

U - procenat populacije u pojedinim oblastima

Tij - stepen utilizacije tretmanskog/ispusnog voda ili sistema

i - oblast: ruralna, urbana i veoma urbana

j - svaki tretmanski/ispusni vod ili sistem

- faktor emisije

TOW (𝑘𝑔 𝐵𝑃𝐾

𝑔𝑜𝑑)- ukupna količina organske materije u toku jedne godine

S (𝑘𝑔 𝐵𝑃𝐾

𝑔𝑜𝑑) - organska komponenta uklonjena kao mulj

R (𝑘𝑔 𝐶𝐻4

𝑔𝑜𝑑) - količina iskorišćenog metana tokom jedne godine

Faktor emisije (𝑬𝑭) tretmanskog/ispusnog voda ili sistema je funkcija maksimalnog potencijala proizvodnje

metana (Bo) i metanskog korekcionog faktora (MCF) za svaki tretmanski/ispusni vod ili sistem (jednačina 2).

Maksimalni potencijal proizvodnje metana (Bo) je maksimalna količina metana koji se može proizvesti za datu

količinu organske materije (izražene kao BPK ili HPK) u otpadnoj vodi. MCF pokazuje veličinu potencijala

proizvodnje metana (Bo) za svaki tip tretmanskog/ispusnog voda i sistema i predstavlja indikator stepena

anaerobnosti sistema (tabela 1). Faktor emisije EF se računa prema sledećoj relaciji:

gde je :

- 𝑩𝟎 - ( 𝑘𝑔 𝐶𝐻4

𝑘𝑔 𝐵𝑃𝐾) – maksimalni potencijal proizvodnje metana

- j - svaki tretmanski/ispusni vod ili sistem

- 𝑴𝑪𝑭𝑱 - metanski korekcioni faktor

- Preporučuje se korišćenje vrednost Bo na državnom nivou, gde on postoji. Ukoliko ne postoji vrednost

Bo na državnom nivou, usvaja se standardna vrednost 0,6 𝑘𝑔 𝐶𝐻4

𝑘𝑔 𝐵𝑃К. Za komunalne otpadne vode vrednost

Bo izražena u HPK može se pretvoriti u BPK množenjem sa konstantom 2,4.

- standardne MCF vrednosti za komunalne vode date su tabelarno

-

Ukupna količina organske materije je funkcija ljudske populacije i BPK po jednom stanovniku

(jednačina 3).

𝑻𝑶𝑾 = 𝑷 ∙ 𝑩𝑷𝑲 ∙ 𝟎. 𝟎𝟎𝟏 ∙ 𝑰 ∙ 𝟑𝟔𝟓 ( 3 )

Gde je :

TOW ( kgBPK/god) - ukupna količina organske materije u toku jedne godine

P - populacija u toku jedne godine (ekvivalentni broj stanovnika)

BPK – biološka potrošnja kiseonika po stanovniku na dan [𝑔

𝑠𝑡×𝑑𝑎𝑛], usvojena je vrednost 60

𝑔

𝑠𝑡×𝑑𝑎𝑛

0.001 – konverzija iz g 𝐵𝑃𝐾 u kg 𝐵𝑃𝐾

I - korekcioni faktor za dodatni ispust industrijske 𝐵𝑃𝐾 u kanalizaciju (za sakupljene vrednost je 1,25 a

za nesakupljene 1)

Organska komponenta uklonjene kao mulj (S) proporcionalna je proizvodu biološke potrošnje kiseonika

(BPK) i specificne proizvodnje mulja ( MSp) (jednačina 4). Vrednosti biološke potrošnje kiseonika prate

nacionalne ili strane statističke agencije, a ukoliko nije poznata državna vrednost potrebno je uzeti

standardnu vrednost za susednu uporedivu državu. Specifična proizvodnja mulja je parametar koji se

usvaja na osnovu preporuka i zavisi od vrednosti organskog opterećenja u bazenu za aeraciju

(dijagram 1).

-

STUDIJA SLUČAJA CVETOJEVAC

Kako celokupno stanovništvo u opštini Kragujevac nije pokriveno

kanalizacijom, potrebno je izračunati emisiju metana posebno za urbano

i ruralno stanovništvo. Usvojeno je da ruralno stanovništvo otpadne vode

odlaže u septičke jame (MCF=0,5). U opštini Kragujevac 75% stanovništva

je priključeno na kanalizacionu mrežu . Opština poseduje centralno

postrojenje za prečišćavanje i predtretman otpadnih voda sekundarnog

tipa u kome se otpadna voda prečišćava u aeracionom bazenu sa

aktivnim muljem (MCF=0). Postrojenje je projektovano za 250 000

ekvivalentnih stanovnika, a instalirani kapacitet je 125 000 ES. Kako

dotok otpadne vode na postrojenju za prečišćavanje varira kako po

količini tako i po sastavu, to su za dimenzionisanje postrojenja

primenjene prosečne vrednosti opterećenja. Za specifičnu potrošnju

vode uzeta je vrednost od Üsp = 250 l/st×dan.

U kanalizaciju se ispuštaju industrijske otpadne vode. Primarnim taloženjem

uklanja se 25% organskog opterećenja.Ostatak organskog opterećenja uklanja

se u aeracionom bazenu i sekundarnom taložniku tako da se ispoštuju

zakonom propisane vrednosti organskog opterećenja u prečišćenoj vodi.

Dobijeni mulj se nakon stabilizacije odvozi na gradsku deponiju. Anaerobna

digestija mulja je višestepeni biohemijski proces koji se odvija u tri stepena.U

prvom stepenu, čvrsti ogranski kompleksi, celuloza, proteini i masti razlažu se

na isparljive organske kiseline, alkohole, CO2 i amonijak. U drugom stepenu,

proizvodi iz prvog stepena se prevode u acetatske kiseline, proteinske

kiseline, vodonik, CO2 i ostale nisko molekulske organske kiseline. U trećem

stepenu deluju dve grupe metanskih bakterija. Jedna grupa pretvara vodonik

i CO2 u metan. Druga grupa pretvara acetate u metan i bikarbonate. Obe

grupe bakterija su anaerobne, pa je to jedan od razloga što se koriste

zatvoreni digestori u stabilizaciji mulja. Za potrebe postojenja instalirana su

dva digestora sa velikom brzinom digestije koje karakterišu sledeće

karakteristike:

-vrši se zagrevanje digestora uz potpuno mešanje mase

- favorizuje se rast termofilnih (optimalna temperatura od 40-60°C) i

mezofilnih bakterija (optimalna temperatura od 20 - 40°C)

- vreme digestije u reaktoru je do 15 dana

-unutar reaktora se vrši recirkulacija mulja pumpanjem ili cevnim mešalicama

- vreme zadržavanja u reaktoru 10-20 dana

-opterećenje reaktora muljem je od 1.6 - 6.4 kgSM/m3 na dan

Produkcija gasa varira u zavisnosti od sadržaja isparljivih materija, sadržaja mulja i biološke

aktivnosti u digestoru i kreće se u opsegu od 17-28 l/s Postrojenje u Kragujevcu poseduje 2 digestora

i godišnja proizvodnja metana iznosi oko 317 t. Kako je metanski korekcioni faktor postrojenja 0, to

znači da nema emisije metana od strane urbanog stanovništva.Emisiju metana ruralnog stanovništva

dobijamo zamenom odgovarajućih vrednosti u jednačini (1). Podaci koji se unose u jednačinu su:

procenat populacije ruralnog stanovništva

stepen utilizacije tretmanskog/ispusnog voda ili sistema

faktor emisije

ukupna količina organske materije u toku jedne godine

Organska komponenta uklonjena kao mulj (S=0) i količina iskorišćemog metana tokom jedne

godine (R=0) ne figurišu u jednačini (1) kada je u pitanju ruralno stanovništvo.Unošenjem

navedenih vrednosti u jednačinu (1) dobija se vrednost emisije metana ruralnog stanovništva [8]

.

Emisija metana dobijena relacijom (1) predstavlja teorijsku vrednost. Stvarna vrednost je manja

za stepen efikasnosti sistema za tretman otpadnih voda, a najčešće iznosi od 70-90%. Ako

usvojimo vrednost 80% izdvojenog organskog opterećenja, dobijamo da je potencijal produkcije

metana u digestoru 235754 kg CH4/god. Obzirom da se procenat metana u biogasu kreće u

granicama od 55-75%, dobijamo da je moguća produkcija biogasa 362.698,5 kg/god ili (471037

𝑁𝑚3 )[9].

Toplotna moć biogasa zavisi od sadržaja metana i za prosečan sadržaj od 65% metana iznosi 6,4

kWh/Nm3[10]. Korišćenjem dobijenog biogasa za pogon kogenerativnog postrojenja, moguće je proizvesti

1,2 GWh/god električne energije i 1,6 GWh/god toplotne energije [11]. Kako je metanski korekcioni

faktor postrojenja jednak nuli (MCF = 0) to znači da nema emisije metana od strane urbanog stanovništva.

Emisija metana ruralnog stanovništva iznosi cca 300 tona na godišnjem nivou.

ZAKLJUČAK

- Sektor otpadnih voda doprinosi 9 - 10% ukupnoj antropogenoj emisiji gasova staklene bašte (GHG) -

- Metan kao najzastupljeniji gas predstavlja veliki razlog za zabrinutost sa potencijalom globalnog

zagrevanja od 28 u poređenju sa CO2 tokom praćenog perioda od 100 godina.Globalni izazovi kao što

su smanjenje rezervi fosilnih goriva, klimatske promene ,direktno ispuštanje neprečišćenih otpadnih

voda u vodotokove ,odlaganje otpada i smanjenje zelenih površina značajno će podstaći korišćenje

biogasa iz otpadnih voda i deponijskih rezervi. Primenom anaerobnih postupaka prerade komunalnih

otpadnih voda koje kao rezultat imaju produkciju biogasa mogu se optimizirati ukupne energetske

potrebe postrojenja za toplotnom i električnom energijom.Ovaj rad predstavlja procenu emisije

metana iz komunalnih otpadnih voda Kragujevca za koje su primenjene smernice IPCC iz 2006.

godine. Najveci procenat stanovništva priključenog na kanalizaciju nalazi se u uskom urbanom

području, dok u ruralnim područjima ovaj procenat je generalno vrlo nizak.Industrijski objekti

smešteni su u urbana područja i ispuštaju otpadne vode uglavnom u komunalni kanalizacioni sistem

bez prethodne obrade. Opisanom metodologijom u ovom radu godišnja emisija metana iz komunalnih

otpadnih voda Kragujevca iznosi 295 tona što je dovoljan potencijal za primenu kogenerativnih

postrojenja na izvoru biogasa iz otpadnih voda.

HVALA NA PAŽNJI