POLITECHNIKA ŚWIĘTOKRZYSKA KIELCE 27.01.2003

WYDZIAŁ BUDOWNICTWA LĄDOWEGO

I INŻYNIERII ŚRODOWISKA

Projekt Nr 2

PROJEKT PRYZMY ENERGETYCZNEJ

Michał Kułaga

GRUPA 51 A

I. OPIS TECHNICZNY.

1. Temat i zakres opracowania.

Tematem opracowania jest projekt technologiczny zakładu unieszkodliwiania odpadów komunalnych o przepustowości Q = 24 921,0 [t/a] w stanie aktualnym oraz 33 169,5 [t/a] docelowo w stanie perspektywicznym, oparty na metodzie pryzm energetycznych.

Zakres opracowania obejmuje:

♦ charakterystykę danych wyjściowych i uwarunkowań budowy zakładu;

♦ dobór schematu technologicznego;

♦ obliczenie i dobór obiektów technologicznych oraz wyposażenia technologicznego;

♦ wymiarowanie pryzm energetycznych;

♦ dobór obiektów towarzyszących;

♦ określenie sposobów zagospodarowania produktów poprocesowych.

2. Opis proponowanej technologii.

W przyjętej technologii zakładu unieszkodliwiania odpadów komunalnych zmieszane odpady poddawane są biodegradacji w specjalnie do tego celu przygotowanych pryzmach energetycznych, których działanie oparte jest na fermentacji metanowej. Jest to jedna z najbardziej efektywnych metod biologicznego unieszkodliwiania odpadów ze względów technologicznych i energetycznych.

Pryzmy wyposażone są w instalacje do odprowadzania odcieków, biogazu, recyrkulatu, podgrzewania recyrkulatu, co pozwala na utrzymanie optymalnych parametrów fermentacji tj. wilgotność, temperatura, pH, stosunek C/N. Założenie sterowania parametrami procesu pozwala na skrócenie procesu unieszkodliwiania odpadów do kilku lat oraz zintensyfikowanie ujęcia biogazu, umożliwiające jego gospodarcze wykorzystanie poprzez zamianę energii chemicznej biogazu na energię elektryczną i cieplną. Energia ta może być wykorzystywana na potrzeby własne zakładu, a nadwyżka sprzedawana na zewnątrz. Pozostałe produkty to gleba poprocesowa, wykorzystywana jako kompost do rekultywacji gruntów zdegradowanych oraz pozostałości bezużyteczne nieszkodliwe dla otoczenia, które będą deponowane na składowisku odpadów balastowych.

Zaproponowana technologia jest zbieżna z założeniami strategii państwa w zakresie energetyki odnawialnej z 15 września 2000 r. oraz głównymi kierunkami Unii Europejskiej w sprawie składowania odpadów, szczególnie w zakresie:

1. Obowiązku ujęcia i unieszkodliwiania biogazu ze składowanych odpadów dla zmniejszenia efektu cieplarnianego;

2. Ograniczenie deponowania na składowiskach odpadów biologicznie rozkładalnych;

3. Zakazu wspólnego składowania z odpadami komunalnymi odpadów niebezpiecznych.

3. Uwarunkowania stosowania technologii pryzm energetycznych.

1. W strumieniu odpadów kierowanych do pryzm powinny zostać w maksymalnym stopniu wysegregowane odpady niebezpieczne;

2) W strefie 500 m od części zakładu, na terenie której usytuowane są pryzmy, nie mogą zlokalizowane budynki mieszkalne;

3) W pobliżu lokalizacji ZUOK powinna przebiegać linia średniego napięcia;

4. Pożądana obecność odbiorników ciepła;

5. Pożądana obecność gruntów gliniastych, o współczynniku filtracji k < 10 ^-9 m/s, do uszczelniania pryzmy.

4. Założenia projektowe.

W pryzmach będzie prowadzona fermentacja:

♦ fermentacja metanowa sucha, mezofilowa;

♦ fermentacja jednostopniowa;

♦ fermentacją okresowa, o założonym czasie fermentacji odpadów 5 lat (przewiduje się formowanie dwóch pryzm rocznie);

♦ fermentacja endotermiczna nie wydzielająca odorów do otoczenia;

Przez pierwsze pół roku formowana jest jedna pryzma, przez drugie pół roku druga pryzma. Przez 5 lat uformowanych zostanie 10 pryzm. W piątym roku, w drugim kwartale, przewidziano pryzmę zapasową, do której będą składowane odpady dla pryzmy pierwszej, która w tym czasie będzie rozbierana.

Parametry procesu fermentacji:

- wilgotność 60 ÷ 70 %;

- pH 6,8 ÷ 7,4;

- temperatura 35 ÷ 37 º C;

- C / N = 20 ÷ 30.

Dla optymalizacji procesu przewiduje się sterowanie wyżej wymienionymi parametrami. Odpady kierowane do pryzm muszą być:

• pozbawione odpadów niebezpiecznych;

• rozdrobnione do minimum 100 mm;

• zagęszczone do 0,8 Mg/m³.

Zakładamy okres produkcji biogazu 5 lat. Dla potrzeb projektu przyjęto moc generowaną przez 1 m³ - 4 kWh.

5. Dane wyjściowe.

1. Ilość odpadów komunalnych.

Ilość odpadów komunalnych:

• aktualnie: 24 921,0 [Mg/a];

• w perspektywie: 33 169,5 [Mg/a].

1. Jakość odpadów komunalnych.

Do pryzm energetycznych będą kierowane odpady komunalne pozbawione odpadów niebezpiecznych oraz odpady zielone, biofrakcja, osady ściekowe, odpady z przemysłu owocowo-warzywnego, browarniczego i rzeźni.

2. Gęstość nasypowa odpadów komunalnych: ρ_n = 0,90 [Mg/ m³].

3. Ilość odpadów balastowych po procesie fermentacji:

• aktualnie: 12 958,9 [Mg/a];

• w perspektywie: 17 248,1 [Mg/a].

5.5. Potrzeby własne zakładu (energetyczne).

Tabela 1. Obliczenie nadwyżki energii i przychodu z jej sprzedaży.

Lata	Prognozowana produkcja biogazu [m^3/h]	Prognozowana produkcja energii [kWh]		Prognozowane zespoły prądotwórcze [kW]		Zapotrzebowanie zakładu na energię [kWh]		Nadwyżka energii [kWh]		Roczna produkcja energii [MWh]	Przychody przy cenie jedn. 0,25 PLN/kWh [tys.PLN]
				Elektrycznej	Cieplnej	Moc elektryczna	Moc cieplna	Elektryczną	Cieplną			Elektrycznej	Cieplnej
2002	160	243	394	1 x 320	1 x 518	100	50	143	344	1253	313
2003	323	493	798	2 x 320	2 x 518	100	50	393	748	3443	861
2004	444	672	1088	3 x 320	3 x 518	100	50	572	1038	5011	1253
2005	531	806	1305	3 x 320	3 x 518	100	50	706	1255	6185	1546
2006	584	893	1445	3 x 320	3 x 518	100	50	793	1395	6947	1737
2007	602	922	1492	3 x 320	3 x 518	100	50	822	1442	7201	1800
2008	611	931	1507	3 x 320	3 x 518	100	50	831	1457	7280	1820
2009	621	950	1538	3 x 320	3 x 518	100	50	850	1488	7446	1862
2010	630	960	1554	3 x 320	3 x 518	100	50	860	1504	7534	1883
2011	640	973	1575	4 x 320	4 x 518	100	50	873	1525	7647	1912
2012	649	986	1595	4 x 320	4 x 518	100	50	886	1545	7761	1940
2013	658	998	1616	4 x 320	4 x 518	100	50	898	1566	7866	1967
2014	668	1024	1658	4 x 320	4 x 518	100	50	924	1608	8094	2024
2015	677	1037	1678	4 x 320	4 x 518	100	50	937	1628	8208	2052
2016	687	1050	1699	4 x 320	4 x 518	100	50	950	1649	8322	2081
2017	696	1062	1720	4 x 320	4 x 518	100	50	962	1670	8427	2107
2018	706	1075	1740	4 x 320	4 x 518	100	50	975	1690	8541	2135
2019	715	1088	1761	4 x 320	4 x 518	100	50	988	1711	8655	2164
2020	724	1101	1782	4 x 320	4 x 518	100	50	1001	1732	8769	2192
2021	734	1114	1803	4 x 320	4 x 518	100	50	1014	1753	8883	2221
2022	743	1126	1823	4 x 320	4 x 518	100	50	1026	1773	8988	2247

;
;
;
;
;
;
;
;
;
;
;
;
;
;
;
,
;
;
;
;

6. Wydajność zakładu.

Przyjmuje się równą prognozowanej ilości odpadów w poszczególnych latach:

• aktualnie: 24 921,0 [Mg/a];

• w perspektywie 33 169,5 [Mg/a].
  

7. Schemat funkcjonalny zakładu unieszkodliwiania odpadów metodą pryzm energetycznych.

rysunek

1. Opis schematu funkcjonalnego ZUOK.

Schemat obejmuje:

1. Przyjmowanie, ważenie (waga o nośności 40 t) i rejestrację odpadów;

2. Składowanie odpadów na placu przyjęcia o powierzchni 140 m², skąd po mechanicznym usunięciu odpadów wielkogabarytowych i ewentualnie niebezpiecznych, są transportowane ładowarką (poj. łyżki 3 m³) do pryzm;

3. Rozdrobnienie odpadów poniżej100 mm za pomocą rozdrabniarki o wydajności Q = 26,2 m³ / h;

4. Formowanie odpadów zmieszanych w pryzmach energetycznych o łącznej pojemności 164 487 m³/a (stan aktualny);

5. Rozbiórka pryzm za pomocą koparki oraz przesianie zawartości pryzm za pomocą przesiewarki lub sita obrotowego, którego zadaniem jest segregacja zawartości pryzmy na glebę poprocesową (frakcja 0 ÷ 60 mm) oraz balast (frakcja > 60 mm);

6. Deponowanie balastu w ilości 12 958,9 [Mg/a] - aktualnie i 17 248,1 [Mg/a] - w perspektywie, na składowisku;

7. Zagospodarowanie biogazu w ilości 743 m³/h w ciągu technologicznym, obejmującym stację ujmowania biogazu:

• pochodnia biogazu o wydajności 743 m³/h;

• biofiltr o powierzchni 9,42 m²;

• bioelektrownia o mocy 4 × 320 kW.

8. Projektowany bilans strumienia odpadów.

2. Strumień odpadów przywożonych ZUOK.

Wyszczególnienie	Jednostka	2002	2007	2012	2017	2022
Odpady komunalne zmieszane	Mg/a	24921,00	26983,13	29045,25	31107,38	33169,50

3. Strumień odpadów poprocesowych.

Wyszczególnienie	Jednostka	2002	2007	2012	2017	2022	Uwagi
Biogaz	m^3	160	602	649	696	743	20 %
Ziemia poprocesowa	Mg/a	6977,9	7555,3	8132,7	8710,1	9287,5	28 %
Balast	Mg/a	12958,9	14031,2	15103,5	16175,8	17248,1	52 %

9. Dobór podstawowych obiektów technologicznych.

1. Pryzmy energetyczne.

Tabela 2. Obliczenie pojemności pryzm.

Lata	Strumień odpadów	Ilość odpadów kierowanych do jednej pryzmy	Objętość odpadów kierowanych do jednej pryzmy	Objętość warstw przesypkowych	Pojemność jednej pryzmy
[-]	[Mg/a]	[Mg/a]	[m^3/a]	[m^3/a]	[m^3/a]
1	2	3	4	5	6
2002	24921,00	12460,50	13845,00	2076,75	15921,75
2003	25333,43	12666,71	14074,13	2111,12	16185,24
2004	25745,85	12872,93	14303,25	2145,49	16448,74
2005	26158,28	13079,14	14532,38	2179,86	16712,23
2006	26570,70	13285,35	14761,50	2214,23	16975,73
2007	26983,13	13491,56	14990,63	2248,59	17239,22
2008	27395,55	13697,78	15219,75	2282,96	17502,71
2009	27807,98	13903,99	15448,88	2317,33	17766,21
2010	28220,40	14110,20	15678,00	2351,70	18029,70
2011	28632,83	14316,41	15907,13	2386,07	18293,19
2012	29045,25	14522,63	16136,25	2420,44	18556,69
2013	29457,68	14728,84	16365,38	2454,81	18820,18
2014	29870,10	14935,05	16594,50	2489,18	19083,68
2015	30282,53	15141,26	16823,63	2523,54	19347,17
2016	30694,95	15347,48	17052,75	2557,91	19610,66
2017	31107,38	15553,69	17281,88	2592,28	19874,16
2018	31519,80	15759,90	17511,00	2626,65	20137,65
2019	31932,23	15966,11	17740,13	2661,02	20401,14
2020	32344,65	16172,33	17969,25	2695,39	20664,64
2021	32757,08	16378,54	18198,38	2729,76	20928,13
2022	33169,50	16584,75	18427,50	2764,13	21191,63

Schemat do obliczeń wymiarów pryzm.

Obliczenie wymiarów pryzm.

Przybliżenie I.

V₁ = 40 × 60 × 4 = 9 600 m³

V₂ = 1/2 × 8 × 4 × 60 × 2 = 1 920 m³

V₃ = 1/2 × 8 × 4 × 40 × 2 = 1 280 m³

V₄ = 1/2 × 40 × 2,8 × 60 = 3 360m³

V₅ = 1/3 × 8 × 8 × 4 × 4 = 341,3 m³

V_c =
= 9 600 + 1 920 + 1 280 + 3 360 = 16 160 m³

V_w = 15 921,75 m³ × 2 % = 16 240,19 m³

15 921,75 m³ < V_c < 16 240,19 m³

Warunek został spełniony!

2. Plac przyjmowania odpadów.

[m³/a]

gdzie:

Q - strumień odpadów [Mg/a];

ρ - gęstość nasypowa odpadów, ρ = 0,90 [Mg/m³].

= 27 690 m³/a

W ciągu roku na placu będzie gromadzone 27 690 m³ odpadów.

Przy założeniu wysokości składowania odpadów h = 1,2 m, liczby dni pracy zakładu w ciągu roku 260 oraz współczynnika rezerwy na powierzchnie komunikacyjne 1,5 , powierzchnia placu składowania odpadów wynosić będzie:

[m²]

= 133,1 m²

Przyjmuje wymiary placu 14 × 10 m. Powierzchnia rzeczywista placu wynosi 140 m².

3. Składowisko odpadów balastowych.

[m³]

gdzie:

a - ilość odpadów balastowych w roku 2012, a = 15 103,5 [Mg/a];

0,8 - zagęszczenie odpadów w pryzmie [Mg/m³].

4. Plac przesiewania.

Powierzchnia placu przesiewania wynosi F = 1,8 [ha].

5. Stacja ujmowania biogazu.

Zaprojektowano stację ujmowania biogazu o wydajności max. 743,0 [m³/h].

6. Dobór pochodni.

Przyjęto pochodnię o wydajności 7430,0 [m³/h].

Warunki pracy pochodni:

♦ zawartość metanu musi być większa od 25 [%];

♦ czas spalania mniejszy od 0,65 [s];

♦ temperatura spalania większa od 800 [˚C].

7. Biofiltr.

Wydajność biofiltru wynosi 30 ÷ 90 [m³/m²h].

Schemat biofiltru.

Powierzchnia biofiltru wynosi:

Dobrano trzy biofiltry o średnicy d = 2,0 m (r = 1,0 m).

F_rz = 4 × Π × r ² = 3 × 3,14 × 1,0 ² = 9,42 m².

Warunek został spełniony F_rz > F.

8. Bioelektrownia.

Lata	Ilość odp. kierowanych do pryzmy [Mg/a]	Obliczenie energii strumienia gazu generowanego przez pryzmy energetyczne [MWh]										Produkcja energii [MWh]		Ilość biogazu [m^3/h]
				1	2	3	4	5	6	7	8	9	10		półroczna	roczna
	2002	12460,5	1869,075										1869,075		5607,23	160
		12460,5	1869,075	1869,075									3738,15
	2003	12666,71	1246,05	1869,075	1900,007								5015,132			11307,24	323
		12666,71	1246,05	1246,05	1900,007	1900,007							6292,113
	2004	12872,93	934,5375	1246,05	1266,671	1900,007	1930,94						7278,205			15542,50	444
		12872,93	934,5375	934,5375	1266,671	1266,671	1930,94	1930,94					8264,296
	2005	13079,14	623,025	934,5375	950,0033	1266,671	1287,293	1930,94	1961,871				8954,34			18598,72	531
		13079,14	623,025	623,025	950,0033	950,0033	1287,293	1287,293	1961,871	1961,871			9644,385
	2006	13285,35	311,5125	623,025	633,3355	950,0033	965,4698	1287,293	1307,914	1961,871	1992,803		10033,23			20455,30	584
		13285,35	311,5125	311,5125	633,3355	633,3355	965,4698	965,4698	1307,914	1307,914	1992,803	1992,803	10422,07
	2007	13491,56	2023,734	311,5125	316,6678	633,3355	643,6465	965,4698	980,9355	1307,914	1328,535	1992,803	10504,55			21091,59	602
		13491,56	2023,734	2023,734	316,6678	316,6678	643,6465	643,6465	980,9355	980,9355	1328,535	1328,535	10587,04
	2008	13697,78	1349,156	2023,734	2054,667	316,6678	321,8233	643,6465	653,957	980,9355	996,4013	1328,535	10669,52			21421,53	611
		13697,78	1349,156	1349,156	2054,667	2054,667	321,8233	321,8233	653,957	653,957	996,4013	996,4013	10752,01
	2009	13903,99	1011,867	1349,156	1369,778	2054,667	2085,599	321,8233	326,9785	653,957	664,2675	996,4013	10834,49			21751,47	621
		13903,99	1011,867	1011,867	1369,778	1369,778	2085,599	2085,599	326,9785	326,9785	664,2675	664,2675	10916,98
	2010	14110,2	674,578	1011,867	1027,334	1369,778	1390,399	2085,599	2116,53	326,9785	332,1338	664,2675	10999,46			22081,41	630
		14110,2	674,578	674,578	1027,334	1027,334	1390,399	1390,399	2116,53	2116,53	332,1338	332,1338	11081,95
	2011	14316,41	337,289	674,578	684,889	1027,334	1042,799	1390,399	1411,02	2116,53	2147,462	332,1338	11164,43			22411,35	640
		14316,41	337,289	337,289	684,889	684,889	1042,799	1042,799	1411,02	1411,02	2147,462	2147,462	11246,92
	2012	14522,63	2178,395	337,289	342,4445	684,889	695,1995	1042,799	1058,265	1411,02	1431,641	2147,462	11329,4			22741,29	649
		14522,63	2178,395	2178,395	342,4445	342,4445	695,1995	695,1995	1058,265	1058,265	1431,641	1431,641	11411,89
	2013	14728,84	1452,263	2178,395	2209,326	342,4445	347,5998	695,1995	705,51	1058,265	1073,731	1431,641	11494,37			23071,23	658
		14728,84	1452,263	1452,263	2209,326	2209,326	347,5998	347,5998	705,51	705,51	1073,731	1073,731	11576,86
	2014	14935,05	1089,197	1452,263	1472,884	2209,326	2240,258	347,5998	352,755	705,51	715,8205	1073,731	11659,34			23401,17	668
		14935,05	1089,197	1089,197	1472,884	1472,884	2240,258	2240,258	352,755	352,755	715,8205	715,8205	11741,83
	2015	15141,26	726,1315	1089,197	1104,663	1472,884	1493,505	2240,258	2271,189	352,755	357,9103	715,8205	11824,31			23731,11	677
		15141,26	726,1315	726,1315	1104,663	1104,663	1493,505	1493,505	2271,189	2271,189	357,9103	357,9103	11906,8
	2016	15347,48	363,0658	726,1315	736,442	1104,663	1120,129	1493,505	1514,126	2271,189	2302,122	357,9103	11989,28			24061,05	687
		15347,48	363,0658	363,0658	736,442	736,442	1120,129	1120,129	1514,126	1514,126	2302,122	2302,122	12071,77
	2017	15553,69	2333,054	363,0658	368,221	736,442	746,7525	1120,129	1135,595	1514,126	1534,748	2302,122	12154,25			24390,99	696
		15553,69	2333,054	2333,054	368,221	368,221	746,7525	746,7525	1135,595	1135,595	1534,748	1534,748	12236,74
	2018	15759,9	1555,369	2333,054	2363,985	368,221	373,3763	746,7525	757,063	1135,595	1151,061	1534,748	12319,22			24720,93	706
		15759,9	1555,369	1555,369	2363,985	2363,985	373,3763	373,3763	757,063	757,063	1151,061	1151,061	12401,71
	2019	15966,11	1166,527	1555,369	1575,99	2363,985	2394,917	373,3763	378,5315	757,063	767,374	1151,061	12484,19			25050,87	715
		15966,11	1166,527	1166,527	1575,99	1575,99	2394,917	2394,917	378,5315	378,5315	767,374	767,374	12566,68
	2020	16172,33	777,6845	1166,527	1181,993	1575,99	1596,611	2394,917	2425,85	378,5315	383,687	767,374	12649,16			25380,81	724
		16172,33	777,6845	777,6845	1181,993	1181,993	1596,611	1596,611	2425,85	2425,85	383,687	383,687	12731,65
	2021	16378,54	388,8423	777,6845	787,995	1181,993	1197,458	1596,611	1617,233	2425,85	2456,781	383,687	12814,13			25710,75	734
		16378,54	388,8423	388,8423	787,995	787,995	1197,458	1197,458	1617,233	1617,233	2456,781	2456,781	12896,62
	2022	16584,75	2487,713	388,8423	393,9975	787,995	798,3055	1197,458	1212,925	1617,233	1637,854	2456,781	12979,1			26040,69	743
		16584,75	2487,713	2487,713	393,9975	393,9975	798,3055	798,3055	1212,925	1212,925	1637,854	1637,854	13061,59

Tabela 3. Obliczenie ilości biogazu produkowanego przez pryzmy energetyczne.

Wykres 1. Ilość biogazu generowanego przez pryzmy energetyczne.

10. Dobór wyposażenia technologicznego.

Przez pierwsze pięć lat potrzebne są:

• ładowarka o ładowności łyżki 3 [m³];

• kompaktor o nacisku 40 [t];

• rozdrabniarka:

przy założeniu liczby dni pracy zakładu w ciągu roku 260 oraz czasu pracy rozdrabniarki w ciągu doby 7 h, przepustowość rozdrabniarki wynosi:

[m³/h]

= 26,2 m³/h

Dobrano rozdrabniarkę typu MZA 1600 - 130 kW/177kM o wydajności nominalnej 20 ÷ 40 m³/h.

Po okresie 5 lat do wcześniejszego wyposażenia dochodzi:

• koparka;

• sito obrotowe.

11. Schemat technologiczny.

rysunek

1. Opis przyjętych rozwiązań techniczno-technologicznych.

1. Ciąg związany z fermentacją metanową.

Działanie pryzm energetycznych oparte jest na beztlenowym procesie fermentacji metanowej. Technologia pryzm energetycznych należy do metody biologicznej przeróbki odpadów wykorzystującej w sposób celowy mikrobiologiczne procesy przemiany w materii dla uzyskania rozkładu i przekształcenia zawartych w odpadach substancji organicznych w produkty, które można zawrócić do naturalnego obiegu materii, np.: kompost czy biogaz.

Dla prawidłowego przebiegu procesu fermentacji metanowej niezbędne jest utrzymanie właściwych parametrów procesu:

• temperatura 35 ÷ 37 ºC;

• wilgotność 60 ÷ 70 %;

• pH 6,8 ÷ 7,4;

• C/N = 20 ÷ 30.

Fermentacja metanowa prowadzona będzie w pryzmach. Będzie to fermentacja mezofilowa, jednostopniowa, okresowa o założonym czasie fermentacji odpadów 5 lat.

Pryzmy będą pracować w systemie rozbieralnym. Fermentacji metanowej będzie podlegała organiczna część odpadów komunalnych, odpady zielone, osady ściekowe. W strumieniu odpadów kierowanych do utylizacji za pomocą pryzm energetycznych powinny zostać w stopniu maksymalnym wysegregowane odpady niebezpieczne.

W pierwszym okresie podgrzewa się pryzmę do temperatury 55 [ºC], za pomocą gazu uzyskanego wcześniej ze starszych pryzm, aby usprawnić proces rozkładu substancji organicznych przez bakterie termofilne. Dla prawidłowego katabolizmu substratów organicznych muszą współistnieć cztery fazy fermentacji metanowej: faza hydrolizy, faza kwaśna (acitogenna), faza octanogenna, faza metanogenna.

W systemie pryzm rozbieralnych przefermentowana masa odpadowa po przewietrzeniu pryzm i segregacji części twardych posiada cechy jakościowo porównywalne z kompostem.

Odpady zmieszane, po rozdrobnieniu, układane są w pryzmę o objętości około 15921,75 [m³/a] (wartość ta zwiększa się w perspektywie do 21191,63 [m³/a]), a następnie szczelnie przykrywane warstwą humusu o grubości 0,3 [m], warstwą uszczelniającą o grubości 0,6 [m] (glina,ił), a także warstwą okrywająco - izolującą o grubości 0,3 [m] (słoma). Izolacja ta powinna pozwolić na dopływ śladowych ilości tlenu do pryzmy.

Pryzma będzie uszczelniona dołem geomembraną o grubości 2,0 [mm], zdrenowana przewodem z PE-HD (polietylen wysokiej gęstości) o średnicy 160 [mm]. Jest to przewód perforowany (szczeliny na 2/3 obwodu), odporny na wysoką temperaturę, działanie substancji chemicznych oraz deformację na skutek działania obciążeń. Odcieki będą odprowadzane do zbiornika odcieków, skąd będą z powrotem przepompowywane do złoża odpadów, w celu utrzymania odpowiedniej wilgotności masy odpadów. Instalacja nawilżająca wykonana jest z rur PE-HD o średnicach: 25 [mm] (przewód poziomy - główny), 20 [mm] (przewody poziome -odgałęzienia), 15 [mm] (przewody pionowe - perforowane). Temperatura recyrkulatu wynosi około 40 [ºC]. Przy pomocy instalacji nawilżającej sterujemy wilgotnością, temperaturą i pH.

Kiedy wzrasta temperatura procesu należy odciąć dopływ recyrkulatu. Przy jednoczesnym spadku temperatury i wilgotności, pierwszoplanowo należy zwiększyć wilgotność pryzmy. Jeżeli pH procesu jest zbyt niskie to za pomocą pompy dawkujemy mleko wapienne. Należy pamiętać aby nie podawać mleka wapiennego gdy jest zbyt duża wilgotność. Najważniejsze jest doprowadzić do optimum wilgotność, a dopiero później inne parametry.

W celu zabezpieczenia geomembrany przed możliwością uszkodzenia odpadami oraz uniknięcia uszkodzenia niecki pryzmy przez sprzęt dokonujący jej rozbiórki należy zabezpieczyć część denną warstwą piasku o grubości min. 50 [cm] oraz skarpę min.30 [cm].

Po usunięciu odpadów z pryzmy w celu ich przeniesienia, należy ponownie przygotować teren do składowania odpadów, przez uzupełnienie warstwy zabezpieczającej oraz jego wyrównanie.

1. Ciąg związany z ujęciem i przeróbką biogazu.

Dla prawidłowego przebiegu produkcji metanu potrzebne jest ustalenie się kinetycznej równowagi procesu w poszczególnych jego etapach. Równowaga ta opiera się na symbiozie biorących udział w fermentacji mikroorganizmów, które muszą mieć zapewniony wysoki standard środowiska reakcji. Zakłócenia w pierwszych trzech fazach mogą spowodować osłabienie aktywności metanobakterii i doprowadzić do drastycznego spadku ilości biogazu i związanej z tym zawartości metanu. Obecne, po usunięciu tlenu, kwasy tłuszczowe ograniczają aktywność bakterii metanowych, co powoduje, że produkcja metanu nie może nastąpić samodzielnie, gdyż bakterie metanowe mają stosunkowo długi czas regeneracji.

W pierwszej fazie, po kilku tygodniach działania pryzmy, zawartość metanu w biogazie wynosi około 15 [%], CO₂ około 80 [%] i wodoru około 5 [%]. Wraz z upływem czasu udział metanu będzie wzrastał , a CO₂ i wodoru malał, aż do ustabilizowania się składu biogazu. Po 6 miesiącach następuje wyrównanie się ilości CH₄ i CO₂, oraz spadek zawartości wodoru. Faza stabilna trwa około 2,5 roku i wówczas wyprodukowane jest 60 ÷ 70 [%] całkowitej energii. W następnych latach spada zawartość metanu w biogazie.

Wewnątrz pryzmy znajduje się system do zbierania biogazu wykonany z rur PE-HD o średnicach: 160 [mm] (przewód poziomy-główny), 110 [mm] (przewody poziome-odgałęzienia), 40 [mm] (przewody pionowe-perforowane).

Zagospodarowanie biogazu w ilości 743 [m³/h] w ciągu technologicznym, obejmującym stację ujmowania biogazu:

• pochodnia biogazu o wydajności 743 [m³/h];

• biofiltr o powierzchni 9,42 [m²];

• bioelektrownia o mocy 4 × 320 [kW].

W zależności od zawartości metanu w biogazie oraz ilości produkowanego biogazu przyjmuje się jedno z powyższych rozwiązań.

Na pochodnie kierowany jest biogaz o zawartości metanu powyżej 25 [%]. Pochodnia wyposażona jest w automatyczny system zapłonu.

Warunki pracy pochodni:

♦ czas spalania mniejszy od 0,65 [s];

♦ temperatura spalania większa od 800 [˚C].

Jeżeli zawartość metanu w biogazie wynosi powyżej 45 [%] to kierowany jest on do generatorów. Generator składa się z silnika gazowego z prądnicą, modułu cieplnego odzysku ciepła, obwodów chłodzących silnik i spaliny i układu schładzania mieszaniny palnej.

Przyjęto generatory o mocy elektrycznej 320 [kW], mocy cieplnej 518 [kW] oraz zużyciu biogazu 210 [Nm³/h] produkcji Zakładów Mechanicznych „PZL - Wola”.

Gdy zawartość metanu w biogazie spada poniżej 25 [%] kierowany jest on na biofiltr o wydajności 90 [m³/m²h]. Jest to studnia ze złożem wypełnionym torfem lub kompostem. Minimalna wysokość złoża to 0,5 [m], a jego wilgotność nie może być mniejsza niż 40 [%].

Dobrano trzy biofiltry o średnicy d = 2,0 [m] (r = 1,0 [m]) każdy i łącznej powierzchni F_rz = 9,42 [m²].

12. Sterowanie procesem technologicznym.

1. Sterowanie parametrami pracy pryzmy.

Sterujemy następującymi parametrami pracy pryzmy:

• wilgotnością w granicach 60 ÷ 70 %;

• temperaturą 30 ÷ 40 º C;

• pH 6,8 ÷ 7,4;

• C/N = 20 ÷ 30.

Kiedy wzrasta temperatura procesu należy odciąć dopływ recyrkulatu, którego temperatura wynosi około 40 º C. Jeżeli pH procesu jest zbyt niskie to za pomocą pompy dawkujemy mleko wapienne. Najważniejsze jest doprowadzić do optimum wilgotność, a dopiero później inne parametry.

1. Sterowanie przepływem biogazu.

Tabela 4. Sterowanie biogazem.

Przepływ [m^3/h] Zawartość w biogazie CH4 [%]	0 ÷ 63	63 ÷ 126	> 126
0,25	Biofiltr	Biofiltr	Biofiltr
0,25 ÷ 45	Biofiltr	Pochodnia	Pochodnia
> 45	Biofiltr	Pochodnia	Generator

Przyjęto generatory o mocy elektrycznej 320 kW, mocy cieplnej 518 kW oraz zużyciu biogazu 210 Nm³/h produkcji Zakładów Mechanicznych „PZL - Wola”.

13. Charakterystyka wyposażenia elementów zakładu ZUOK.

1. Obiekty towarzyszące.

• budynek administracyjno-socjalny:

Znajdują się w nim: dyżurka z wagowskazem, pokój kierownika, zaplecze kuchenne z jadalnią, węzeł sanitarny, szatnie (brudna i czysta), warsztat, laboratorium i podręczne magazyny środków chemicznych;

• waga samochodowa (40 ton):

Znajduje się przy bramie na teren ZUOK. Zalecana jest jako niezbędne wyposażenie do kontroli masy przyjmowanych odpadów. Odczyty wagi dokonywane są na wagowskazie zainstalowanym w dyżurce. Dobrano wagę firmy SCHENCK typ DFT-A2 o następujących parametrach:

• długość 9,0 m;

• szerokość 3,0 m;

• nośność 50 t;

• głębokość zabudowy (waga najazdowa) 580 mm;

• wartość działki elementarnej 20 kg.

♦ brodzik dezynfekcyjny:

Brodzik przewidziany jest do dezynfekcji kół pojazdów wyjeżdżających z ZUOK. Zlokalizowany jest na paśmie drogi wyjazdowej z zakładu. Brodzik jest to koryto wypełnione roztworem dezynfekcyjnym - roztworem lizolu. Na terenie ZUOK powinien znajdować się miesięczny zapas środka dezynfekcyjnego. Przewiduje się wymianę środka dezynfekcyjnego raz w tygodniu. Zaprojektowano brodzik dezynfekcyjny o kształcie prostokąta o wymiarach 4 × 25 m i głębokości 0,4 m.

♦ myjnia sprzętu technologicznego:

Znajdować się w niej będą urządzenia do wysokociśnieniowego oczyszczania samochodów i sprzętu pracującego w ZUOK

♦ garaże na sprzęt technologiczny:

Będzie się w nich znajdował sprzęt i pojazdy pracujące na terenie ZUOK.

♦ magazyn smarów i olejów;

♦ wiata na deponatory:

Będą w nich okresowo magazynowane odpady niebezpieczne.

♦ agregatownia;

♦ stacja transformatorowa;

♦ ogrodzenie:

Teren ZUOK otoczony będzie ogrodzeniem z prefabrykatów betonowych o wysokości 2 m. Ogrodzenie ma na celu ograniczenie dostępu na teren zakładu osobom nieupoważnionym.

1. Infrastruktura techniczna.

♦ woda na cele socjalne, technologiczne i gospodarskie będzie doprowadzona z sieci wodociągowej;

♦ ścieki z budynku socjalnego odprowadzone będą do kanalizacji sanitarnej;

♦ ścieki technologiczne (odcieki) będą odprowadzane do kanalizacji technologicznej;

♦ wody deszczowe będą odprowadzane z terenu zakładu do sieci kanalizacyjnej deszczowej;

♦ energię cieplną będzie się wykorzystywać do ogrzewania obiektów kubaturowych w sezonie grzewczym zgodnie z obowiązującymi przepisami oraz do ogrzewania wody na cele higieniczno- sanitarne.

2. Zieleń.

Na terenie bezpośrednio przyległym do terenu ZUOK zaprojektowano ochronny pas zieleni izolacyjnej o szerokości 10 m (zieleń niska i wysoka).

14. Wpływ ZUOK na środowisko.

1. Potencjalne źródła uciążliwości.

♦ plac przyjęć odpadów: odory (na etapie przywożenia odpadów);

♦ pryzmy energetyczne: odory (na etapie tworzenia pryzm), odcieki;

♦ niekontrolowane emisje biogazu z urządzeń spalających biogaz (nieszczelność instalacji, awarie);

♦ hałas od urządzeń wyposażenia technicznego.

2. Zastosowane rozwiązania techniczne minimalizujące negatywny wpływ ZUOK na środowisko.

♦ kontrola dowożonych odpadów i eliminacja innych odpadów niż komunalne;

♦ prawidłowa eksploatacja pryzm (przesypki izolacyjne w trakcie formowania);

♦ zastosowanie suchych warstw inertnych;

♦ zagospodarowanie i kontrolowany odzysk biogazu;

♦ ujęcie odcieków;

♦ zieleń izolacyjna;

♦ teren placu przyjmowania odpadów uszczelniony geomembraną;

♦ trwałe ogrodzenie;

♦ izolacja akustyczna chroniąca przed hałasem;

♦ utrzymanie obiektu w czystości.

15. Zagospodarowanie produktów poprocesowych.

Wyszczególnienie	Jednostka	2002	2022
biogaz	m^3	160	743
ziemia poprocesowa	Mg/a	6977,9	9287,5

♦ ziemia poprocesowa - przefermentowana masa wykorzystywana będzie jako nawóz organiczny do wzbogacania gleb w rolnictwie, leśnictwie i na terenach zieleni miejskiej, a także do rekultywacji zdegradowanych terenów poprzemysłowych, składowisk odpadów i dzikich wysypisk;

♦ w zależności od zawartości metanu w biogazie oraz ilości produkowanego biogazu kierowany on jest na biofiltr, pochodnie lub generatory. Biogaz może być wykorzystywany do podgrzewania pryzm do temperatury 55 [ºC], w celu usprawnienia procesu rozkładu substancji organicznych przez bakterie termofilne.

Energię cieplną ze spalania biogazu będzie się wykorzystywać do ogrzewania obiektów kubaturowych w sezonie grzewczym zgodnie z obowiązującymi przepisami oraz do ogrzewania wody na cele higieniczno- sanitarne. Energia elektryczna z generatorów zasilanych biogazem wykorzystywana będzie na pokrycie potrzeb energetycznych ZUOK. Nadwyżki energii cieplnej i elektrycznej będą sprzedawane na zewnątrz.

7

24

---