Environmentally acceptable energy exploitation of sewage sludge from wastewater treatment plants

Čistilne naprave odpadnih voda proizvajajo v glavnem dva končna produkta, očiščeno vodo in komunalni mulj v tekoči in trdni obliki. V osnovi se v čistilnih napravah iz odpadne vode najprej odstranjuje večje mehanske delce, nato pa suspendirane snovi. Po mehanskem čiščenju teče voda v biološko stopnjo, in nato sledi še terciarno čiščenje. Ne glede na to, kakšen tehnološki postopek čiščenja uporabljamo, je stranski produkt čistilnih naprav komunalni mulj, ki ga je potrebno nadalje obdelati tako, da se organska snov mineralizira. Z energetskega vidika ima suha snov v komunalnem mulju posebno vlogo zaradi visoke kurilne vrednosti, primerljive z rjavim premogom. Sosežig mulja komunalnih čistilnih naprav v industrijskih postrojih se uporablja predvsem za proizvodnjo energije, kar pa posledično zmanjšuje tudi potrebo po fosilnih gorivih. Po sežigu lahko nastali pepel, ki mora ustrezati mineraloškim, fizikalnim in kemijskim pogojem, uporabimo kot surovino v drugih panogah, Iz navedenega sledi, da nastali pepel ne predstavlja novi odpadek, temveč stranski produkt z nizkimi stroški, kateremu lahko z uporabo v drugih industrijskih dejavnostih povečamo vrednost. V doktorski disertaciji je predstavljeno nastajanje komunalnega mulja ter podana kemijska analiza in analiza kurilne vrednosti. V nadaljevanju je preučeno sušenje komunalnega mulja iz čistilnih naprav, ki ima okoli 60% vlage ter preračunane toplotne izgube na osnovi podatkov s termoelektrarne Trbovlje. Doktorska disertacija nato predstavlja možnost sosežiga komunalnega mulja v Termoelektrarni Trbovlje. Opisane in predstavljene so vse potrebne dodatne procesne enote ter narejena preliminarna ekonomska ocena. Ugotovljeno je bilo, da je sosežig komunalnega mulja ekonomsko upravičen in dobičkonosen ter ima ugoden vpliv na okolje. V programskem paketu Aspen Plus je nato bila izvedena natančna simulacija procesa, ki je temeljila na obratovalnih podatkih termoelektrarne. Glede na evropsko in slovensko zakonodajo je dovoljeno 5% dodajanje komunalnega mulja v sisteme za proizvodnjo električne energije iz fosilnih goriv. Glede na naveden kriterij je bilo preračunano, da je dovoljeno doziranje v termoelektrarni Trbovlje do 1730 kg/h komunalnega mulja s 40% suhe snovi. Simulacija je bila izvedena za različne deleže od 1% do 5% dodajanja komunalnega mulja. V nadaljevanju je bila preračunana proizvodnja električne energije v primerjavi med običajno termoelektrarno in sosežigom, prav tako je bila analizirana sestava dimnih plinov in izločanje težkih kovin. V disertaciji je ugotovljeno, da se z dodajanjem komunalnega mulja neto proizvedena električna energija nekoliko zmanjša, kar je posledica večje vlažnosti mulja v primerjavi s premogom. Prav tako se spremeni sestava dimnih plinov, saj koncentracija NOx in predvsem HCl naraste, medtem ko se koncentracija SOx zmanjša. Predstavljena je tudi metodo kako okolju škodljive snovi izločit iz dimnih plinov. Poseben poudarek je na koncentraciji težkih kovin, za katere je zaradi omejitev v simulaciji predvideno, da celotna količina težkih kovin izhaja v obliki dimnih plinov in pri 5% dodajanju komunalnega mulja nobena od kovin ne presega, mejne, zakonsko določene vrednosti. Disertacijo zaključuje ekonomska analiza z primerjavo rezultatov med metodo neto sedanjih vrednosti in interno stopnjo donosa, s pomočjo katerih je potrjena smiselnost investicije. An addition of up to 5 % of municipal biomass to the system for electricity production from fossil fuels is allowed according to the European Directives and Slovenian legislation. Following these criteria the addition of around 1,730 kg/h of municipal biomass with 60 % of moisture is allowed in accordance with the reference thermal power plant operational data. This paper presents analyses regarding the usages of different amounts of municipal biomass in the reference thermal power plant for which process simulation is done using the Aspen Plus programme package. Furthermore, the analysis of hazardous metals such as Pb, Hg and Cd concentrations in flue gases are determined and the economic evaluation of municipal biomass exploitation within the thermal power plant is also presented.