КРАЙНИ ПРОДУКТИ (Основни начини за оползотворяване на утайките по време на тяхното преобразуване или след предварителната им обработка)

КРАЙНИ ПРОДУКТИ (Основни начини за оползотворяване на утайките по време на тяхното преобразуване или след предварителната им обработка)

От дънната пепел, която остава след самостоятелното изгаряне на утайките, може да се възстанови фосфорът като ценен ресурс. Тя, както и неорганичните гранули, съответно стъкловидните остатъци от пиролизата/ газифицирането, могат да се използват като пълнители или добавки в строителството.

В случая с компоста (или напълно стабилизираните утайки, получени от стабилизирането и запръстяването), крайните продукти се използват в земеделието, за залесяване, озеленяване и възстановяване на нарушени терени/рекултивация, като почвени обогатители, тор или растежна среда. При закриването на депа и възстановяването на нарушени терени, компостът от утайки също така може да бъде и полезна хранителна среда за горните земни пластове.

	Описание на основния процес	Фактори, които да се вземат под внимание	Примерни обекти
Оползотворяване на фосфора	Процесите за оползотворяване на фосфора могат да се внедрят на различни етапи от пречистването на отпадъчни води и третирането на утайки. Част от разтвореният в отпадъчните води фосфор и колоидът- фините твърди примеси, се свързват с активните утайки или се утаяват и отделят с излишните утайки от третирането. По-голямата част от фосфата, който се освобождава по време на разлагането на органичните вещества в метан-танка, също се свързва с флокулантите. Концентрацията на фосфор в средата, към която ще бъдат прилагани техническите мерки за неговото възстановяване, е от съществено значение за производителността на процеса. Тук ще бъдат разгледани технологиите, които се използват за третиране на изсушените изгнили утайки и на пепелта от изгарянето на утайките. Малко оператори в Европа в наши дни могат да заявят, че прилагането на сега съществуващите процеси за оползотворяване на фосфор е икономически изгодно, но има много други технологии, които все още са на експериментален етап и не са готови за пазара. Оползотворяване от изсушени изгнили утайки Утаяването на фосфора с магнезиеви съединения и възстановяването му под формата на MAP (Струвит) се използва в цял свят по различни начини. Тук се споменават два процеса, преминали етапа на експериментиране и превърнали се в надеждни операции. Процесът ЕърПрекс (AirPrex) Tози процес се прилага след анаеробното стабилизиране преди обезводняването. Утайките от метан-танка се подават директно към многоетапна система от реактори и се обезвъздушават. С отделянето на въглеродния двуокис, pH се повишава и се добавя магнезиев хлорид. МАР, който се утаява по време на този процес, е доказал качествата си като продукт за торене. За да бъде успешен процеса, pH, съдържанието на фосфор и количеството и вида на утаителя трябва да бъдат прецизно синхронизирани. Метода Сийборн (Sеaborne): Веднага след разграждането, на два етапа се извършва отделяне на тежките метали и оползотворяване на хранителните вещества. Извличането от твърдата материя се постига с помощта на подкисляване и добавяне на химически активен кислород. Биогазът се задържа в течно състояние и се подава през реактора. Сероводородът, който се съдържа в биогаза, влиза в реакция с йоните на тежките метали в течността и се превръща в сулфиди с тежки метали. Те изпадат от течността и се отвеждат. Следващата стъпка е системата за рециклиране на азота. През първия етап амониевите йони, фосфата и един двувалентен метал, например магнезий, се довеждат до специфично моларно съотношение. МАР се утаява в резултат на повишаването на pH и се отделя от течността посредством центрофуга. Получените продукти са MAP и двуамониев сулфат (DAS). Разходите за изграждането на завода Сийборн, чието максимално дневно производство на MAP е около 1.3 тона или 1.8 тона течен азотен тор на ден, възлизат на 4 милиона евро, внедряването на целия проект (вкл. демонстрацията и оптимизирането) достига 7.6 милиона евро. При завода в Баден-Вюртемберг, който произвежда 50 kg магнезиево амониев фосфат на ден (обемът на реактора е 12 m³), общата инвестиция е на стойност 0.8 милиона евро. По принцип, разходите за утаяване на магнезиево амониев фосфат се оценяват на 3-4 евро за kg фосфор. Възможните приходи са 0.5-1 евро/ kg. Оползотворяване на фосфора от пепелта на утайките Този вид оползотворяване може да се приложи само за пепелта от самостоятелното изгаряне на утайките. При отделни инсталации се възстановява до 90 % от фосфора. Съдържанието на фосфор в пепелта варира от 5 до 10% (средната стойност е 64 гр. P на кг. пепел). Фосфорът в пепелта е химически свързан под формата на железни, алуминиеви и най-вече калциеви фосфати. Два са основните методи за неговото оползотворяване: мокрият химически подход и топлинният подход. При мокрия химически подход, фосфорът се разтваря с помощта на киселинна суспензия, например, сярна киселина. Част от тежките метали също се разтваря. Те могат да се утаят след това, например, като сулфиди, и да се отделят от фосфора. В зависимост от pH, фосфатите изпадат по време на неутрализацията под формата на алуминиев фосфат, железен фосфат и калциеви фосфати. Калциевите фосфати се възстановяват главно, ако pH се повиши с помощта на вар. Досега прилагането на мокрия химически метод за извличане на фосфор в промишлеността е ограничено поради високите разходи, свързани с него. Изчислено е, че за третирането на 15,000 тона пепел годишно (ПСОВ>500,000 жители) инвестициите възлизат на 11 милиона евро, а годишните разходи са 5.80 евро/ кg Pотделен. Топлинно извличане Процесът АШ ДЕК (ASH DEC, Outdec) е доказан метод, който се прилага в промишлеността. Предимството му е, че от основната маса се отделя малък поток, под формата на концентрат от тежки метали, докато богатата на фосфор част се превръща в полезен продукт. Пепелта се хомогенизира с алкален хлорид в смесител и след това се гранулира. Съставът и дозите на добавките са основните параметри, които улесняват превръщането на калциевите и алуминиевите фосфати в разтворими фосфорни съединения и премахването на токсичните вещества посредством газовата фаза. Гранулите се полагат в топлинен реактор на около 1000°C в продължение на 30 минути. При тази температура 99% от тежките метали, особено живакът, кадмият и оловото, влизат в реакция с добавките и се изпаряват. Количествата на други тежки метали, които в ниска концентрация са допустими при употреба в селското стопанство, също се намалява по този начин. 97% от първоначално подадената пепел се превръща в богати на P гранули, които могат да се използват директно. 3% от пепелта под формата на метален концентрат се задържа от многостепенната пречиствателна система. Процесът Мефрек (Mephrec), позволяващ оползотворяване на фосфора, е металургичен и е подходящ не само за утайките от отпадъчни води, но и за други материали, съдържащи фосфор (например, костно брашно). Той може да бъде използван в различни видове инсталации, например в комбинация с инсинератор за изгаряне на утайки и дори в циментови пещи. Технологията се основава на процес, при който изсушените утайки (брикети) или пепелта от утайките се стапят до газ под въздействието на кислород с висока температура. Получената в резултат фосфорна шлака се гранулира във водна баня и се превръща в готов за употреба тор.	 Количеството фосфор е ограничено и той се възстановява за директна употреба като тор, по този начин се заместват определени количества торове от първични суровини	ПСОВ Грисхайм при Офенбург, Баден-Вюртемберг, Германия
		 Отделянето на фосфора влияе положително при по-нататъшното третиране на утайките, например за ефикасно обезводняване
		 Процесите могат лесно да се внедрят в конвенционалните операции в ПСОВ
		 Обикновено процесите изискват големи разходи.
			ПСОВ Берлин Васмансдорф, Германия
			ПСОВ Гифхорн, Долна Саксония, Германия
		 Фосфорът се възстановява при възможно най-големи концентрации.
		 Допълнително потребление на енергия	Експериментално съоръжение Леобен, Австрия ПСОВ Алтенщадт, Бавария, Германия
		~ Енергийното съдържание на утайките също се използва	Експериментално съоръжение във Фрайберг, Саксония и пилотни проекти в Нюрнберг, Бавария и Люнен, Северен Рейн-Вестфалия, цяла Германия
Вторично гориво	От момента, в който утайките могат да се самоизгорят, (което обикновено съответства на сухи утайки с >35 % съдържание на сухо вещество), те отговарят на изискванията за истинско гориво, каквото се използват в процесите на изгаряне с цел генериране на енергия и топлина (вж. ↗ Получаване на енергия), или на вторично гориво, например в пещите за изпичане на цимент (вж. ↗ Съвместно изгаряне). Използването им като вторично гориво е важно заради ефекта на заместване. В промишлеността утайките все още се използват като вторично гориво единствено срещу такса за обезвреждане. Цената се определя от калоричността и съдържанието на вредни вещества и проблемни компоненти в утайките, както и от това, дали притежават подходящите качества за процеса на горене. Сушените утайки, които се използват в циментовите пещи и електроцентралите на въглища, са сравнително евтини. Цените за третиране тук могат да паднат под 50 евро/тон с.в., а в някои случаи стигат и до нула. Малко вероятно е продажната цена да се изравни с тази на традиционните горива.	 Осигурява гориво, което не отделя CO2, и позволява ефект на заместване (използва се вместо традиционните горива и суровини)	Редица циментови пещи, например, Дикерхоф Ленгерих, Северен Рейн Вестфалия, Германия
		 В зависимост от качеството и вида на използвания процес, оползотворяването на ценните компоненти, например, хранителните вещества, може да бъде затруднено
Получаване на енергия	Тук е направен подбор на най-разпространените методи за получаване на енергия от утайки и начините за нейното използване. Парна турбина Пример за оптимизиран подход е процесът ORC. Той действа на същия принцип, както водно-парния цикъл, с тази разлика, че вместо вода, тук се използва органичен флуид (въглеводороди, като, например изо-пентан, изо-октан, толуол или силиконово масло). Тези работни флуиди имат благоприятни свойства при по-ниски налягания и температури на изпаряване. Топлината, която се образува по време на изгарянето на утайките, се пренася посредством котел с термомасло до процеса ORC. Термомаслото се използва като топлопредаваща среда, тъй като благодарение на него могат да се постигнат температури от порядъка на 300°C, като по този начин позволява на котела да работи без налягане. Използваният органичен флуид се изпарява от топлината, пренесена от термомаслото. Парата се подава към бавно движеща се аксиална турбина, в която във вакуум се произвежда механично движение, което се трансформира в електроенергия с помощта на генератор, свързан директно с турбината. Топлината, генерирана от флуидизирания слой на инсинераторите с кипящ флуидизиран слой, също се подава към парна турбина. Инсинераторите с кипящ флуидизиран слой, които имат системи под налягане, работят при високо налягане и произвеждат поток от газ с високо налягане при температури, които могат да задвижат газова турбина. Заедно с парната турбина може да се създаде високоефективна система с комбиниран цикъл. Газов двигател Пирогазът, получен по време на газифицирането на утайките, може да се използва за задвижване на газов двигател, който е свързан с генератор на електроенергия. Трябва да се отстранят замърсителите от висококалоричния газ от пиролизата, преди той да бъде използван за производство на енергия с двигател с вътрешно горене. Пирогазът минава през скрубер в инсталацията за комбинирано генериране на топлина и електроенергия. Нагревател с гранули Тази технология е подходяща за изгаряне на малки количества утайки в комбинация с малка газова турбина за производството на електроенергия от горещи пещени газове, без да е необходимо изграждането на водно-парен цикъл. При преминаването през нагревателя с гранули, сгъстеният въздух се нагрява до около 900°C и след това се подава към турбината. Без да се добавя още гориво, въздухът се оставя в покой в турбината и се охлажда до около 600°C. Тя задвижва едновременно компресора и генератора и произвежда електричество (топлината се възстановява до 98 %; с малки инсталации, чиито капацитет не надвишава 1 MW, може да се постигне 30 % енергийна ефективност).	 Унищожава по безопасен начин органичните замърсители и патогенните организми в утайките	Електроцентрали Боксберг и Липендорф, Саксония, Германия
		~ Енергийният потенциал на утайките се използва за получаване на енергия или за захранване на процеси за предварително третиране на утайките, изискващи топлина
		 Осигурява собствени източници на енергия и топлина на ПСОВ
		 Обикновено топлинното оползотворяване е скъп вариант за ПСОВ (поради инвестициите, които се изискват, или високите такси за обезвреждане, които трябва да се платят на операторите на инсинератори).
		 Качеството и видът на използвания процес може да не позволят оползотворяване на останалите ценни съставки, което води до загуба на хранителни вещества, например.
Оползотворяване чрез възстановяване на нарушени терени	Химичните и физичните свойства на компоста от утайки, като високо съдържание на органична материя и хранителни вещества за растенията, както и способността му да задържа вода, го правят подходящ за “нормализиране” на функциите на изтощените почви и за създаване на така наречените рекултивационни слоеве, с които да се покриват закрити депа и минни насипища. Смесването на материала, получен от повторното почвообразуване или компоста, с песъчлива почва осигурява ефективна покривна основа за възстановяването на минни насипища за отпадъци от добива на лигнитни въглища и калий. Този слой задържа по-голямо количество валежи и позволява на растенията да пуснат корени. След около една година се забелязва как концентрациите на NO3-N и NH4-N във филтриращата се вода намаляват значително. Други места, където могат да се приложат, са изоставени промишлени територии, площи, на които е имало инциденти или изтичане на вредни вещества (след тяхното обеззаразяване), минни полета и изоставени находища. Почвата обикновено се смесва с анаеробно изгнили, стабилизирани с вар или компостирани утайки. С добавянето на 50% и повече утайки в сместа се увеличава способността на почвата да задържа вода и биологичните процеси в нея се активират значително. Към почвата могат да се добавят и стабилизирани утайки, което е важно при възстановяването на депа.	 Може да послужи като обогатител на почвата и среда, осигуряваща растеж, върху изтощени почви	Бившата уранова мина Ауе, Саксония Разработени открити мини за лигнитни въглища в област Лусатиа, Бранденбург цяла Германия
		 Рисковете от замърсяване и патогенни организми не са преценени до край и не могат да бъдат напълно избегнати, изискват се разрешителни и пълни анализи
Оползотворяване в земеделието	Оползотворяването на утайките в земеделието трябва да бъде ограничено, като включва само тези, които имат най-ниско съдържание на замърсители (вж. ↗ националните директиви в НПУУ) и в същото време, най-висока концентрация на фосфор. Ако анализът на качеството на почвата е показал, че те са подходящи, но в доста ниска степен, използването на чисти утайки трябва да бъде избягвано, защото това винаги е свързано с проблеми за околната среда. В тези случаи могат да се използват единствено продуктите от компостиране с участието на утайки, които имат сертификат за качество. Позволените практики и процедури за използването на утайки върху земеделски земи са описани в Директива 86/278/EИО на ЕС и транспонирани в съответните законодателства на всяка държава-членка. Трябва да се въведе стриктен мониторинг върху употребата на утайки и местата, където те се оползотворяват.	 Хранителните вещества и другите положителни качества са полезни за почвата и растенията, заместител на тор.
		€ Предлага на ПСОВ разумна възможност за оползотворяване на утайките
		 Рисковете от замърсяване и съдържанието на патогенни организми не са преценени до край и не могат да бъдат напълно избегнати, изискват се разрешителни и пълни анализи
Обезвреждане чрез депониране	Депонирането трябва да остане като последно решение, когато няма друга възможност за оползотворяване или обезвреждане на утайките и остатъците от тяхното третиране. Утайките могат да се обезвреждат в самостоятелни депа или съвместно с твърди битови отпадъци в депа за неопасни отпадъци, отговарящи на съответните изисквания. Има два основни начина за съвместно обезвреждане: смесване на утайки с твърди отпадъци и смесване на утайки с глина. Последните могат да се използват в действащите депа за ежедневно запръстяване.	€ Методът изисква сравнително ниски разходи за съществуващите подходящи депа
		 Всички ползи от оползотворяването на утайките, както и хранителните вещества в тях се пропиляват, създава се бреме за околната среда; остарял метод за обезвреждане