W ostatnich latach zakłady oczyszczania ścieków – oprócz realizacji swoich podstawowych działań – obligowane są do wykonywania wielu innych równoległych zadań, służących m.in. minimalizacji kosztów oczyszczania. Jednym ze sposobów oszczędności energii kupowanej z zewnątrz jest wytwarzanie jej w oczyszczalni dzięki wykorzystaniu do tego celu produktu ubocznego procesu fermentacji metanowej osadów ściekowych, jakim jest biogaz.

W celu zwiększenia wykorzystania energii ze źródła odnawialnego w oczyszczalni ścieków Hajdów w Lublinie zainstalowane zostały dwa zespoły prądotwórcze zasilane biogazem o mocy elektrycznej 851 kW każdy, wyposażone w moduły odzysku ciepła z chłodzenia silnika i spalin o mocy cieplnej 926 kW każdy. Wytwarzana energia elektryczna jest zużywana na potrzeby własne oczyszczalni, a energia cieplna wykorzystywana jest do podgrzewania komór fermentacyjnych oraz do zasilania obiektów oczyszczalni w ciepłą wodę użytkową oraz na cele centralnego ogrzewania.

Przebudowa stacji odsiarczania biogazu

Silniki biogazowe stanowiące serce zespołów kogeneracyjnych charakteryzują się wysokimi wymaganiami co do jakości spalanego biogazu, co przekłada się bezpośrednio na ich żywotność i koszty eksploatacyjne.

Aby sprostać tym wymaganiom, w oczyszczalni ścieków w Lublinie niezbędna była przebudowa stacji odsiarczania biogazu. Realizacja tej inwestycji, jako jednej z wielu, była możliwa dzięki współudziałowi środków finansowych z Funduszu Spójności (Program Operacyjny Infrastruktura i Środowisko) w ramach projektu pn. „Rozbudowa i modernizacja systemu zaopatrzenia w wodę i odprowadzania ścieków w Lublinie – etap III”.

Zadanie obejmowało rozbudowę istniejącej stacji o drugi moduł odsiarczania biogazu w oparciu o metodę biologiczną oraz budowę instalacji usuwania z biogazu siloksanów wraz z instalacją osuszania biogazu obsługującą oba moduły (istniejący i projektowany).

W przebudowanym obiekcie z biogazu usuwane są siloksany, siarkowodór i wilgoć.

Siloksany są to lotne, organiczne związki krzemu. Stanowią one surowiec stosowany do produkcji silikonów, ale również występują indywidualnie jako składniki produktów kosmetycznych i dodatków spożywczych. Ze względu na ich coraz powszechniejsze stosowanie ich zawartość w odpadach i ściekach, a w konsekwencji w biogazach, w ostatnich latach gwałtownie rośnie. Przy spalaniu paliwa biogazowego zawierającego siloksany w silnikach spalinowych wytrąca się osad z twardej krzemionki (SiO2) lub krzemianów (SixOy), który zalega następnie na głowicach cylindrów, tłokach i powierzchniach wymienników ciepła. Powoduje to szybsze zużywanie się urządzeń, ich nierównomierną pracę, zatykanie się przewodów i inne poważne problemy w maszynach. W przypadku silników spalinowych o spalaniu wewnętrznym osad na tłokach i głowicach cylindrów ma wysoce ścierne działanie. Usuwanie z biogazu siloksanów odbywa się w oparciu o metodę filtracji przez złoże węgla aktywnego (dodatkowo złoże przejmuje funkcję usuwania siarkowodoru w okresie wykonywania prac konserwacyjnych i remontowych odsiarczalni biologicznych).

Siarkowodór w połączeniu z dużym zawilgoceniem gazu pofermentacyjnego odpowiedzialny jest za wzrost agresywności biogazu i w konsekwencji korozję elementów mających kontakt z medium.

Odsiarczanie przez złoże biologiczne

Proces odsiarczania realizowany jest przez złoże biologiczne wybranych mikroorganizmów, które są rozlokowane na materiale wypełniającym kolumnę obiektu. Zawiesina z mikroorganizmami krąży w obiegu, rozpuszczając i redukując H2S. Dla przeprowadzenia procesu potrzebny jest tlen dostarczany w postaci powietrza. Jest ono dostarczane przez wentylator o wydajności regulowanej w zależności od ilości przepływającego biogazu. Drugim niezbędnym elementem jest roztwór ze składnikami pokarmowymi dla bakterii. W tym celu stosuje się wodny roztwór nawozów NPK. W czasie pracy zapewniona jest stabilna temperatura procesu. Również odczyn pH jest stale kontrolowany i utrzymywany na określonym poziomie. Obiekt jest dodatkowo wyposażony w stację uzdatniania wody koniecznej do prowadzenia procesu w celu usunięcia jej twardości.

Urządzenia do osuszania gazu obniżają jego temperaturę, w wyniku czego następuje skroplenie pary wodnej, która w postaci kondensatu odprowadzana jest z urządzenia. Po ponownym podgrzaniu biogazu w rekuperatorze uzyskuje się biogaz o niskiej wilgotności, czyli będący znacznie lepszym paliwem.

Dzięki realizacji zadania zostały osiągnięte następujące korzyści:

  • wzrost wydajności agregatów gazowych i systemów kogeneracyjnych,
  • brak wykraplania się kondensatu w linii gazowej,
  • eliminacja korozji wywoływanej przez kondensat wewnątrz urządzeń,
  • zmniejszenie liczby wyłączeń i ograniczenie czasu przestojów agregatów gazowych i systemów kogeneracyjnych,
  • obniżenie kosztów eksploatacyjnych urządzeń kogeneracyjnych.

Danuta Bajer