ICT NA RZECZ RODZINY I SPOECZNOCI LOKALNYCH Ekologia

„ICT NA RZECZ RODZINY I SPOŁECZNOŚCI LOKALNYCH” „Ekologia i energetyka lokalna źródłem rozwoju społeczno-gospodarczego terenów wiejskich” Janusz JERZY, REWOŚ Spółka z o. o. Warszawa, Maj 2016 r.

LOKALNA EKOLOGIA I ENERGETYKA ekohydrologia osad nadmierny zarządzanie środowiskiem plantacja energetyczna biomasa paliwo odnawialne napęd cywilizacyjny

REWOŚ REKULTYWACJA EKOLOGIA WODA ODPADY ŚCIEKI

WPROWADZENIE � Obszary wiejskie, w których głównym czynnikiem rozwoju jest rolnictwo są ograniczane w ekspansji gospodarczej głównie poprzez brak infrastruktury sanitarnej. � Wody podziemne zostały zatrute i powstała pilna potrzeba zastąpienia tych wód wodami podziemnymi czerpanymi z głębszych poziomów. � Od momentu wybudowania oczyszczalni ścieków może być mowa o rozwoju obszarów wiejskich z uwzględnieniem bezpieczeństwa ekologicznego, a także konstytucyjnej zasady ekorozwoju.

PRZEPUSTOWOŚĆ OCZYSZCZALNI � Lata pierwszej dekady XXI stulecia są okresem intensyfikacji działań inwestycyjnych w zakresie sanitacji obszarów wiejskich. Program sanitacji przewiduje zwykle budowę, co najmniej jednej oczyszczalni ścieków w gminie. Gmina o liczbie ludności 5000 osób mogłaby być zaspokojona oczyszczalnią o przepustowości rzędu 500 [m³/d]. Ale przepustowość taka uniemożliwia jakikolwiek rozwój przemysłu zlokalizowanego na terenie gminy. � Praktyka wskazuje na fakt, że jeśli w gminie zostanie wybudowana oczyszczalnia skutecznie likwidująca ładunki dostarczane do instalacji, to w ciągu roku, najwyżej dwóch, następuje „wypełnienie” jej przepustowości, bez względu na fakt, czy ścieki są dostarczane siecią kanalizacji sanitarnej, czy są dowożone beczkowozami. W ciągu roku od chwili uruchomienia ilość ścieków oczyszczanych w instalacji przeliczona na ścieki komunalne, spływające siecią kanalizacji sanitarnej, rzeczywiście likwidowane w oczyszczalni wyniosła 87 % przepustowości nominalnej.

WYKORZYSTANIE OSADU NADMIERNEGO W AGROTECHNICZNYM WYTWARZANIU BIOMASY ROŚLINNEJ DLA CELÓW ENERGETYCZNYCH � W procesie planowania inwestycji w obszarze sanitacji poza właściwym określeniem przepustowości oczyszczalni pojawia się problem racjonalnego wykorzystania powstającego w procesie oczyszczania tzw. osadu nadmiernego. W obszarze tym przez wiele lat stworzonych zostało wiele mitów, m. in. przez działalność wydziałów ochrony środowiska różnych organów władzy tak rządowej jak i samorządowej. � Mitem pierwszym jest utrzymywanie, że osad pościekowy jest materiałem niebezpiecznym w zastosowaniach agrotechnicznych. Panuje tu pogląd, że osady stanowią materiał niosący zagrożenie bakteriologiczne i jako takie mogą być stosowane tylko w wyjątkowych wypadkach. Takie cechy można było przypisać osadom wytwarzanym w oczyszczalniach starego typu, gdzie wytwarzany był nie jeden rodzaj osadu, lecz dwa: osad wstępny 6 i osad nadmierny 7.

WYKORZYSTANIE OSADU NADMIERNEGO W AGROTECHNICZNYM WYTWARZANIU BIOMASY ROŚLINNEJ DLA CELÓW ENERGETYCZNYCH � O ile osad wstępny jest strumieniem materialnym o wyjątkowo niekorzystnych, a nawet niebezpiecznych cechach, to osad nadmierny, szczególnie z oczyszczalni działających skutecznie jest materiałem wręcz stworzonym do zastosowań agrotechnicznych właśnie. � Zmieszanie tych dwóch rodzajów osadu stwarza problemy podnoszone przez przedstawicieli organów władzy, słusznie zresztą, ale patrzenie na osad ściekowy w sposób nie uwzględniający istnienia dwóch rodzajów osadów jest poważnym hamulcem na drodze do ekorozwoju w obszarze sanitacji. � Nowoczesne oczyszczalnie ścieków wytwarzają tylko osad nadmierny i stają się tym samym źródłem zasilania nawozowego wszelkich upraw. Szczególnie przydatny jest on dla plantacji energetycznych wytwarzających biomasę roślinną dla celów paliwowych.

WYKORZYSTANIE OSADU NADMIERNEGO W AGROTECHNICZNYM WYTWARZANIU BIOMASY ROŚLINNEJ DLA CELÓW ENERGETYCZNYCH � Takie wysokowydajne plantacje roślin „energetycznych” o wydajności 20 – 50 [t s. m. /ha. a] wymagają nawożenia, ale także dużych ilości wody. � Oczyszczalnia gminna o przepustowości 600 [m³/d] wytwarza dziennie do 400 [kg s. m. /d] osadu nadmiernego, co po uwzględnieniu faktu, iż w zagęstniku oczyszczalni stężenie osadu wynosi ~3 % s. m. , pozwala kierować do zagospodarowania ~13 [m³/d] pulpy (osad + woda). � Po odwodnieniu do stężenia 20 % s. m. , 2 [m³/d] może być skierowane do przetworzenia agrotechnicznego.

WYKORZYSTANIE OSADU NADMIERNEGO W AGROTECHNICZNYM WYTWARZANIU BIOMASY ROŚLINNEJ DLA CELÓW ENERGETYCZNYCH � Analizując korzyści płynące ze sprzedaży paliwa z biomasy roślinnej można przyjąć, że koszt eksploatacji oczyszczalni zostanie odciążony o co najmniej 900 [tysięcy zł/a]. � Przy założeniu kosztów eksploatacji oczyszczalni gminnej na poziomie 200 [tysięcy zł/a], oczyszczalnia staje się inwestycją generującą przychód roczny w wysokości skromnie licząc 700 tysięcy złotych i to w sytuacji, gdy użytkownicy sieci kanalizacji sanitarnej nie płacą nic za odbiór ścieków. � W nowoczesnym podejściu do zarządzania środowiskiem nie można nie brać pod uwagę tego faktu.

PATENT RP NR 197513. � Schemat biologicznej oczyszczalni ścieków, z biologicznym usuwaniem biogenów, w której organizmy uczestniczące w procesie są dwojakiego rodzaju (osad zawieszony i osad osiadły), oczyszczającej ścieki do czystości odpowiadającej II klasie czystości i o energochłonności 0, 5 – 0, 7 [k. Wh/m³].

WYKORZYSTANIE OSADU NADMIERNEGO W AGROTECHNICZNYM WYTWARZANIU BIOMASY ROŚLINNEJ DLA CELÓW ENERGETYCZNYCH � Ilość energii pozyskanej wyniesie 20 x 17 = 340 GJ lub 50 x 17 = 850 GJ. � Czyli w przypadku spalenia osadu nadmiernego bezpośrednio korzyść energetyczna wynosząca 27, 2 GJ jest od 12, 5 do 31, 25 razy mniejsza, stąd wniosek o jedynie słusznym kierunku zagospodarowania osadu nadmiernego w drodze przetworzenia agrotechnicznego. � Oczywiście w takiej sytuacji musimy przewidzieć budowę nie tylko oczyszczalni ścieków wraz z siecią kanalizacji sanitarnej, ale całego systemu oczyszczania ścieków i wytwarzania paliw odnawialnych z biomasy roślinnej w różnych postaciach, począwszy od zrębków poprzez brykiety i pellety, aż do paliw ciekłych (metanolu, etanolu). � Zatem inwestycja będzie wieloetapowa i wieloletnia, ale podstawą całości będzie zawsze sprawna technicznie i energetycznie oczyszczalnia ścieków.

POWIĄZANIE EKOLOGII Z ENERGETYKĄ W MYŚL ZASAD EKOROZWOJU Wskaźnik Lp. 1. Wzór chemiczny 2. masa cząsteczkowa 3. Benzyna Izo-Oktan Metanol Etanol złożony C 8 H 18 CH 3 OH C 2 H 5 OH złożona 114 32 46 Ciepło spalania [k. J/kg] 47102 47846 22725 29726 4. Wartość opałowa [k. J/kg] 44194 44380 20097 26865 5. Ciepło parowania [k. J/kg] 326 328 1103 840 6. Masa właściwa w 60ºF 0, 745 0, 702 0, 796 0, 794 7. Stechiometryczny stosunek powietrza do paliwa 15 : 1 14 : 1 6, 45 : 1 9 : 1 8. Temperatura wrzenia [ºF] 100 - 400 258, 2 148, 5 173, 3 9. Liczba oktanowa 80 106 10. Energia mieszanki stechiometrycznej [btu/ft³] 94, 8 95, 4 94, 5 94, 7 11. Energia mieszanki stechiometrycznej [k. J/l] 3, 53 3, 55 3, 52 3, 53 Zawarte w tabeli dane wskazują na fakt, iż energetyczne własności mieszanki stechiometrycznej dla paliw odnawialnych (Etanol, Metanol) są identyczne z takimi samymi mieszankami dla paliw kopalnych (Benzyna, Izo-oktan). Stwarza to przesłanki do zastępowania paliw kopalnych odnawialnymi bez potrzeby dokonywania rewolucyjnych zmian stanu technicznego instalacji i urządzeń, w których energia spalania jest przetwarzana na inne formy energii użytecznej.

PODSUMOWANIE � Sanitacja obszarów wiejskich jest dziedziną, która może zapoczątkować rozwój energetyki odnawialnej w skali masowej, przy początkowym stworzeniu warunków inicjujących przedsięwzięcie, przy każdej skutecznej oczyszczalni gminnej. Praktyczne przekonanie uczestników tego procesu do skuteczności i dochodowości omawianego tu systemu stanowić będzie warunek samoczynnego rozwoju dziedziny, która w chwili obecnej stanowi w polityce ekologicznej i energetycznej państwa zbiór zaleceń i celów formułowanych w oderwaniu od sposobów dojścia do oczekiwanych efektów. � Należy w skali masowej praktycznie przeszkolić jak najwięcej ludzi, którzy po zapoznaniu się ze skutkami własnej pracy staną się prekursorami nowego myślenia energetycznego tworzonego w oparciu o niezbędnie potrzebną technologię oczyszczania ścieków. Warunkiem inicjacji takich przedsięwzięć będzie budowa wysokiej jakości wystandaryzowanych oczyszczalni ścieków pozwalających na uzyskanie drugiej klasy czystości ścieków oczyszczonych i całkowicie bezpiecznych pod względem sanitarnym osadów nadmiernych, stanowiących podstawę rozwoju i utrzymania plantacji energetycznych roślin o wysokiej wydajności biomasy, rzędu 20 – 50 [t s. m. /ha. a].

PODSUMOWANIE � Przy założeniu liczby ludności wiejskiej na poziomie 32 % i liczby ludności Polski jako 38, 2 miliona, można określić liczbę ludności wiejskiej jako 12, 224 miliona. Ilość ścieków wytwarzanych dobowo na wsi wyniesie 1, 2224 miliona m³, a ilość osadów nadmiernych co najmniej 740 [t s. m. /d]. W skali roku stanowi to 270100 ton, co umożliwia założenie 16882 ha plantacji energetycznych, a utrzymanie 168820 ha takich plantacji. Ilość paliwa odnawialnego wytworzonego na tym areale wyniosła by od 3376250 [t s. m. /a] do 8441000 [t s. m. /a], w jednostkach węglowych stanowiłoby to od 2295850 ton węgla do 5739880 ton. � Biorąc pod uwagą, że areał ziem odłogowanych w Polsce wyniósł w latach końca XX i początku XXI wieku około 2 miliony hektarów można przyjąć, że rozwój energetyki odnawialnej mającej za źródło biomasę roślinną wytwarzaną metodami agrotechnicznymi, z wykorzystaniem osadów nadmiernych wytwarzanych w procesie oczyszczania ścieków, nie spowoduje naruszenia areału wykorzystywanego do produkcji żywności. Nie grozi nam zatem, w przypadku zrealizowania zarysowanego tu programu, niekontrolowany wzrost cen żywności. Chyba, że względy eksportu paliwa odnawialnego do krajów UE spowodują rozwój produkcji biomasy roślinnej dla celów paliwowych w warunkach wykraczających poza utrzymywanie plantacji energetycznych w oparciu o osady nadmierne wytwarzane w oczyszczalniach ścieków. Powyższe wyliczenia są niepełne o tyle, o ile nie są tu uwzględniane osady nadmierne wytwarzane w oczyszczalniach ścieków obsługujących pozostałe 68 % ludności Polski. � Wykorzystanie tego strumienia nawozu umożliwiłoby wytworzenie paliwa odnawialnego z plantacji energetycznych zasilanych osadami nadmiernymi w ilości co najmniej 2, 125 razy większej niż przedstawiono powyżej. Odbyłoby się to także bez uszczuplenia areału ziem użytkowanych do produkcji żywności.

ZAKOŃCZENIE � Sytuacja społeczno-gospodarcza terenów wiejskich wyraźnie wskazuje na brak napędu cywilizacyjnego dla polskiej wsi lat pierwszej dekady XXI wieku. � Przy obecnych, utrzymujących się od wielu lat tendencjach głoszonych, lecz realizowanych w sposób niezbyt skuteczny, o potrzebie ekorozwoju, przedstawiony w niniejszym opracowaniu zarys sposobu zintensyfikowania realizacji głoszonych tez po wprowadzeniu go w życie spowodowałby odwrócenie niekorzystnych tendencji w życiu Polski Wiejskiej i dowartościowanie gospodarki rolnej w sposób zmieniający perspektywy życia na wsi.

WIDOK BUDYNKU OCZYSZCZALNI WRAZ Z TERENEM PRZYLEGŁYM

ZASILANIE OCZYSZCZALNI STRUMIENIEM ŚCIEKÓW DOWOŻONYCH – PRZEMYSŁOWYCH. GROMADZENIE OSADU NADMIERNEGO DO WYWIEZIENIA

WIDOK HALI Z KORONY BIOREAKTORA

WIDOK BIOREAKTORA W TRAKCIE NAPOWIETRZANIA ŚCIEKÓW OCZYSZCZANYCH

SCHEMAT PROCESU

WIDOK BIOREAKTORA Z FRAGMENTEM LINII POWIETRZNEJ

WYLOT ŚCIEKÓW DO ODBIORNIKA – WIDOCZNE LICZNE PIJAWKI ŚWIADCZĄCE O CZYSTOŚCI BIOLOGICZNEJ WODY

OTOCZENIE OCZYSZCZALNI NA SZYBIE WIDOCZNA POSTAĆ DOROSŁA/IMAGO OCHOTKI

DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ REKULTYWACJA EKOLOGIA WODA ODPADY ŚCIEKI R E W O Ś Janusz JERZY