Producció d’Energia en el Tractament i la valorització de...

Estat de situació i exploració de noves possibilitats

Producció d’Energia en el Tractamenti la valorització de fangs

Marc Moliner

Barcelona, 1 d’Abril de 2009

Maria Martin

IV JORNADES TÈCNIQUES Gestió de sistemes de sanejament d’aigües residuals

Potencial químic del fang

EspessimentFangs

DecantadorPrimari

ReactorBiològic

DecantadorSecundari

Abocament /tractament terciari

Cogeneraciótorxa

Digestor Anaerobi Deshidratació de fangs

Emmagatzematge Biogas

24

5

1

Aigua Residual

Imatges: http://www.cmg‐germany.comDades: Shizas J.I. and Bagley D. (2004) Experimental determination of energy content of unknown organics in municipal wastewater streams. Journal of Energy Engineering ASCE 130 (2), 45-53

6

Corrent 1 2 3 4 5 6

Q (m3/d) 35.700 310 35.390 810 3430 4450 (pes)

E (KJ/d) 2,26x108 1,50x108 7,59x107 3,17x107 8,58x107 5,65x107

3

65% 15%Humitat

Com aprofitar el contingut energètic del fang?

Calor Electricitat Combustibles

Biogàs

TERMOQUÍMIC

PiròlisiGasificacióIncineració

QUÍMIC

Esterificació

BIOQUÍMIC

DigestióFermentació

PRETRACTAMENT

TECNOLOGIA

Biogas Upgrading to vehicle fuel standards and grid injection.IEA Bionergy 2006

DIGESTIÓ ANAERÒBIA[BIOQUIMIC]

Biogas Upgrading to vehicle fuel standards and grid injection.IEA Bionergy 2006

Component Biogàs

CH4 50‐75%

CO2 25‐50%

N2 0‐1%

SH2 0‐3%

Siloxans 0‐100 mg/m3

PILES COMBUSTIBLE

H2



Biogàs

TERMOQUÍMIC


QUÍMIC

Esterificació

BIOQUÍMIC


PRETRACTAMENT

TECNOLOGIA

Etanol

H2



Biogàs

TERMOQUÍMIC


QUÍMIC

Esterificació

BIOQUÍMIC


VaporEtanol

COINCINERACIÓ (FORN CLINQUER) INCINERACIÓ

Requereix operar sobre fase sòlida Operació sobre fase sòlida o semi‐sòlida

Incorporació de la matèria mineral al clínquer Genera cendres posteriorment valoritzables

Permet aprofitament tèrmic Valorització elèctrica de baix rendiment

No cal tractament addicional del gas Cal tractar els gasos de combustió

Incineració[TERMOQUIMIC]

Incineració[TERMOQUIMIC] EDAR Hamburg’s Köhlbrandhöft WWTP

Utilisation of energy from digester gas and sludge incineration at Hamburg’s Köhlbrandhöft WWTPR.D. Thierbach and H. Hanssen. Water Science & Technology Vol 46 No 4–5 pp 397–403, 2002



Procés autotèrmic

% Matèria Seca

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

PCI (K

cal/Kg

Matèria Fresca)

-1000

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

H2



Biogàs

QUÍMIC

Esterificació

BIOQUÍMIC


Vapor

TERMOQUÍMIC


Etanol

C6H10O5

24‐30 m3


Concentració O2 procés

Volum de gas a tractar

TERMOQUÍMIC

Incineració Gasificació Piròlisi

1,7 m3

CO2+H2O 5CO + CO2+ 5H2 5CO+ 5H2 + C

> 17/2

1

0

Gasificació

O2

Piròlisi

24‐30 m3




TERMOQUÍMIC

1,7 m3


O2

4‐6 MJ/Nm3

10‐18 MJ/Nm3

14‐18 MJ/Nm3

(22‐30 MJ/Nm3)

24‐30 m3




TERMOQUÍMIC

1,7 m3

Maduresa tecnologia tractament fangs

Poder calorífic del gas


O2

H2



Biogàs

QUÍMIC

Esterificació

BIOQUÍMIC


Vapor

TERMOQUÍMIC


Syngas Oli Carbó

ASSECATGE

http://www.eisenmann.de

[TERMOQUIMIC]

Piròlisi (o Carbonització)[TERMOQUIMIC] Tobu sludge plant (Tokyo)

[TERMOQUIMIC] Piròlisi (o Carbonització)[TERMOQUIMIC] Tobu sludge plant (Tokyo)

Via humida[TERMOQUIMIC] The SlurryCarb™ Process

20‐30% ST

275‐325 ºC

100 t

98 t

2 tCO2

62 t 36 t50% ST

15 MJ/Kg

18 t

http://www.enertech.com/technology/slurrycarb.html

The SlurryCarb™ Process

http://www.enertech.com/technology/slurrycarb.html

Via humida[TERMOQUIMIC]

Costos sistemes aprofitament energètic

State of the art Report: Energy and Resource Recovery from sludge 2008

STOWA WERF UK WATER IRL

H2



Biogàs

QUÍMIC

Esterificació

BIOQUÍMIC


Vapor

TERMOQUÍMIC


Syngas Oli Carbó

ASSECATGE

BiodieselPO4

3‐

EtanolAds/cat

Activated sludge is the solid or semi‐solid produced during biological treatment of industrial and municipal wastewaters. It contains a variety of microorganisms, which utilize the organic and inorganic compounds in the water as a source of energy and nutrients. Water treatment facilities in the United States produced approximately 13 billions pounds (dry basis) of sludge annually. This sludge could be a feedstock for biodiesel production. The literature indicates that sewage sludge contains approximately 20% ether soluble grease and fats, which could be converted into fatty acid methyl esters. Other investigators have extracted sludge using toluene and obtained 18% oil yield. Additionally, the cell wall membrane of microorganisms, the main component of sewage sludge, is mostly composed of phospholipids, which can be converted to biodiesel via acid and based catalyzed transesterification. An alternative method was evaluated to convert sewage sludge into biodiesel. The sludge was converted to free fatty acid via acid hydrolysis. Then, the free fatty acids were extracted with hexane and converted to biodiesel via acid catalyzed transesterification. Gravimetric yields ranged from 1.5% to 15% and analytical yields from 1% to 14%. This paper will describe the potential quantities, quality, and economics of biodiesel generated from sewage sludge. Additionally, the paper will show the effect of several sludge pretreatment techniques and water treatment facility operating conditions on the quality and quantity of biodiesel. The quality of biodiesel was measured using ASTM D 6751 standard methods.

Biodiesel [QUIMIC]

0,82 €/L

H2



Biogàs

QUÍMIC

Esterificació

BIOQUÍMIC


Vapor

TERMOQUÍMIC


Syngas Oli Carbó

ASSECATGE

Biodiesel

CultiusAcumuladors lípids

PO43‐

Etanol

27/43

Iv Jornades tècniques de gestió de sistemes de sanejament d’aigües residuals. Energia i sanejament

GESTIÓ DE FANGS A CATALUNYA (SITUACIÓ ACTUAL)

Destins a sortida d'EDAR 2008(t/any)

154.752

14.596

123.404

245.384

21568

4.079

287.475

Agricultura

Compostatge Gris

Assecatge Tèrmic

Pedreres

Estabilització

Abocador

Compostatge ACA

Compostatge Extern

Destins finals 2008(t/any)

422.989

15.738164

24.006215

Aplicació al sòl

Abocador

Pedreres

Valorització energètica

Altres

[PROGRAMA DE FANGS]

Producció: 584.589 t MF/any

28/43


GESTIÓ DE FANGS A CATALUNYA

1997 Prova pilot utilització de llots secs a cimentera2002 Estudi de la Gasificació i Vitrificació d'El Prat del

Llobregat2004 Projecte VELL: Estudi de valorització energètica

de llots secs en plantes tèrmiques2006 Conveni de proves d'utilització de llots secs en

cimenteres2007 Avant-projecte planta de gasificació de fangs

Valorització energètica (Antecedents)

Valorització energètica (Propostes)Gasificació per plasma (Acciona/Solena)Vitrificació de fangs (UB)Conversió a Biodiesel (ASG International GmbH)Gasificació (Kalogeo)Gasificació (AGNI)Gasificació (Kopf)

[PROGRAMA DE FANGS]

29/43



PROGRAMA DE FANGSPROGRAMA DE FANGS

Gestionar el curt terminiGestionar el curt terminiACTUACIONSACTUACIONS

R+D+iR+D+iAvaluaciAvaluacióó de noves vies de gestide noves vies de gestióó

[PROGRAMA DE FANGS]

30/43





[PROGRAMA DE FANGS]

La gestiLa gestióó del fang estdel fang estàà sotmesa a diversitat de sotmesa a diversitat de factors que la condicionen: legals, logfactors que la condicionen: legals, logíístics, stics, socials, ambientals, econsocials, ambientals, econòòmics, energmics, energèètics, ...tics, ...El El Programa de fangsPrograma de fangs ttéé per objectiu dotar al per objectiu dotar al

sistema de major capacitat per a fer front de forma sistema de major capacitat per a fer front de forma satisfactsatisfactòòria als factors que condicionen la gestiria als factors que condicionen la gestióó

31/43


GESTIÓ DE FANGS A CATALUNYA[PROGRAMA DE FANGS]

FACTORS LEGALS (2008/98/CE)

Jerarquia de gestiJerarquia de gestióó de residus de residus (Article 4):(Article 4):1.1. PrevenciPrevencióó2.2. PreparaciPreparacióó per a la reutilitzaciper a la reutilitzacióó3.3. ReciclatgeReciclatge4.4. Altres valoritzacions (p.ex. EnergAltres valoritzacions (p.ex. Energèètica, Annex 2)tica, Annex 2)5.5. EliminaciEliminacióó (p.ex. Incineraci(p.ex. Incineracióó))

Principi de proximitat en la gestiPrincipi de proximitat en la gestióó de residus de residus (Article 16)(Article 16)

32/43


ConnurbaciConnurbacióó de Barcelona: 68%de Barcelona: 68%

GESTIÓ DE FANGS A CATALUNYA (SITUACIÓ ACTUAL) Distribució de la producció (sense Besòs ni El Prat)

[PROGRAMA DE FANGS]

33/43


PROGRAMA DE FANGS (CRITERIS)

Criteris de planificaciCriteris de planificacióó ACA:ACA:

–– DiversificarDiversificar la gestila gestióó per a disposar dper a disposar d’’alternatives en cas alternatives en cas

dd’’evolucievolucióó dels factors que la condicionendels factors que la condicionen

–– Aplicar els criteris de Aplicar els criteris de proximitat i autosuficiproximitat i autosuficièènciancia en la gestien la gestióó

–– Aplicar la Aplicar la jerarquia de gestijerarquia de gestióó de residusde residus::1.1. ReducciReduccióó,,2.2. ValoritzaciValoritzacióó3.3. DisposiciDisposicióó

–– ReducciReduccióó de lde l’’impacte de la gestiimpacte de la gestióó

[PROGRAMA DE FANGS]

34/43


PROGRAMA DE FANGS (ACCIONS)Accions del Programa de Fangs:Accions del Programa de Fangs:1.1. ImplantaciImplantacióó de novesde noves digestions anaerdigestions anaeròòbiesbies en EDARen EDAR

2.2. MinimitzaciMinimitzacióó del destdel destíí a a abocadorabocador

3.3. ImplantaciImplantacióó de de nous compostatgesnous compostatges

4.4. AmpliaciAmpliacióó assecatges tassecatges tèèrmicsrmics

5.5. ValoritzaciValoritzacióó energenergèèticatica del fang secdel fang sec

6.6. ContinuContinuïïtat en ltat en l’’aplicaciaplicacióó a la l’’agriculturaagricultura de fang deshidratatde fang deshidratat

7.7. ContinuContinuïïtat en la utilitzacitat en la utilitzacióó de la capacitat de de la capacitat de compostatge compostatge privadaprivada

8.8. RecercaRecerca en millora i noves vies de gestien millora i noves vies de gestióó

[PROGRAMA DE FANGS]

35/43


RESUM INVERSIÓ PROGRAMA DE FANGS

Actuacions del Programa de Fangs:Actuacions del Programa de Fangs:Digestions anaerDigestions anaeròòbiesbies

–– 20 actuacions noves20 actuacions noves–– InversiInversióó total: 29,69 Mtotal: 29,69 M€€ (22,34 M(22,34 M€€ en el PSARU)en el PSARU)–– Nova inversiNova inversióó: 7,35 M: 7,35 M€€

CompostatgesCompostatges–– 5 actuacions noves i 2 ampliacions5 actuacions noves i 2 ampliacions–– InversiInversióó total: 29,28 Mtotal: 29,28 M€€ (20,55 M(20,55 M€€ en el PSARU)en el PSARU)–– Nova inversiNova inversióó: 8,73 M: 8,73 M€€

Assecatges tAssecatges tèèrmicsrmics–– 4 ampliacions4 ampliacions–– Nova inversiNova inversióó: 20,00 M: 20,00 M€€

RecercaRecerca: 1,80 M: 1,80 M€€

InversiInversióó TotalTotal: 78,97 M: 78,97 M€€ (42,89 M(42,89 M€€ PSARU)PSARU)Nova inversiNova inversióó: 37,89 M: 37,89 M€€ (inclou dotaci(inclou dotacióó per Recerca)per Recerca)

[PROGRAMA DE FANGS]

36/43


RESULTATS APLICACIÓ PROGRAMA DE FANGS

593.590 t MF593.590 t MF 624.774 t MF624.774 t MF

895.639 t MF895.639 t MF

270.865 t MF270.865 t MF

0

100.000

200.000

300.000

400.000

500.000

600.000

700.000

800.000

900.000

t MF/

any

2007 2014 Capacitat Excedent

Posttractament del Fang

Assecatge Tèrmic Compostatge grisCompostatge privat Compostatge ACASense posttractament abocador Sense posttractament pedreresSense posttractament agricultura

0

100.000

200.000

300.000

400.000

500.000

600.000

700.000

800.000

900.000

t MF/

any

2007 2014 Capacitat Excedent

Posttractament del Fang

Assecatge Tèrmic Compostatge grisCompostatge privat Compostatge ACASense posttractament abocador Sense posttractament pedreresSense posttractament agricultura

[PROGRAMA DE FANGS]

37/43



Fang Barcelona 33% del totalFang Barcelona 33% del total(62% de l(62% de l’’assecat)assecat)

Destins Fi Programa

32,47%

37,50%

30,03%

Aplicació al sòl i jardineria Aplicació al sòl sense posttractamentDipòsit controlat Valorització energètica

Destins Fi Programa

32,47%

37,50%

30,03%

Aplicació al sòl i jardineria Aplicació al sòl sense posttractamentDipòsit controlat Valorització energètica

Posttractaments Fi Programa

19%

17%

12%52%

Assecatge Tèrmic Compostatge ACACompostatge Extern Sense Posttractament

Posttractaments Fi Programa

19%

17%

12%52%

Assecatge Tèrmic Compostatge ACACompostatge Extern Sense Posttractament

[PROGRAMA DE FANGS]

38/43



ReducciReduccióó de la quantitat finalde la quantitat finalDiversificaciDiversificacióó de destinsde destins

0

100.000

200.000

300.000

400.000

500.000

t fan

g/an

y

2007 Fi de Programa

Destinacions Finals

Valoritzacióenergètica

Dipòsit controlat

Aplicació al sòlsenseposttractamentAplicació al sòl ijardineria0

100.000

200.000

300.000

400.000

500.000

t fan

g/an

y

2007 Fi de Programa

Destinacions Finals

Valoritzacióenergètica

Dipòsit controlat

Aplicació al sòlsenseposttractamentAplicació al sòl ijardineria

[PROGRAMA DE FANGS]

39/43


ACTUACIONS D’OPTIMITZACIÓ ENERGÈTICA

[PROGRAMA DE FANGS]

–– ValoritzaciValoritzacióó energenergèètica del biogtica del biogààs generat en s generat en

digestidigestióó anaeranaeròòbiabia

–– Aplicar els criteris de proximitat en la gestiAplicar els criteris de proximitat en la gestióó

–– Cogeneracions com a font de calor per assecarCogeneracions com a font de calor per assecar

–– ReducciReduccióó del consum energdel consum energèètic i emissions de tic i emissions de

COCO22 en assecatges ten assecatges tèèrmicsrmics

–– ValoritzaciValoritzacióó energenergèètica fang sectica fang sec

–– OptimitzaciOptimitzacióó deshidratacideshidratacióó mecmecàànicanica

40/43


VALORITZACIVALORITZACIÓÓ ENERGENERGÈÈTICA FANG SEC EN CIMENTERESTICA FANG SEC EN CIMENTERES

–– DiversificaciDiversificacióó de destins (capacitat disponible, 45%/1 planta)de destins (capacitat disponible, 45%/1 planta)

–– Aplicar els criteris de Aplicar els criteris de proximitatproximitat en la gestien la gestióó

–– Aplicar la Aplicar la jerarquia de gestijerarquia de gestióó de residusde residus::1.1. ValoritzaciValoritzacióó energenergèètica tica (recuperaci(recuperacióó de la calor de la calor

dd’’assecat)assecat)2.2. ValoritzaciValoritzacióó material material (fracci(fraccióó mineral)mineral)

–– ReducciReduccióó de lde l’’impacte de la gestiimpacte de la gestióó (reducci(reduccióó emissions emissions

COCO22))

–– Baixos costsBaixos costs dd’’inversiinversióó i di d’’explotaciexplotacióó

[PROGRAMA DE FANGS]

41/43





R+D+iR+D+iAvaluaciAvaluacióó de noves vies de gestide noves vies de gestióó

[PROGRAMA DE FANGS]

Necessitat de validaciNecessitat de validacióó a escala industriala escala industrial

42/43


GESTIÓ DE FANGS A CATALUNYA (CONSIDERACIONS)

•• ValoritzaciValoritzacióó material/agrmaterial/agríícola: estalvi energcola: estalvi energèètic/econtic/econòòmicmic

•• Contingut dContingut d’’aigua en el fang limita laigua en el fang limita l’’aprofitament aprofitament energenergèètictic ll’’assecat previ del fang amb mitjans mecassecat previ del fang amb mitjans mecàànics o nics o calor procedent de fonts renovables calor procedent de fonts renovables

•• LL’’increment de lincrement de l’’exigexigèència en els criteris de gestincia en els criteris de gestióó del fang del fang (per motivacions legals i/o socials) (per motivacions legals i/o socials) Increment del consum Increment del consum energenergèètic dels tractaments i dels costs associats a la gestitic dels tractaments i dels costs associats a la gestióó

[PROGRAMA DE FANGS]

43/43


A nivell estratA nivell estratèègic valorar la possibilitat de disposar gic valorar la possibilitat de disposar capacitat prcapacitat pròòpia per a la valoritzacipia per a la valoritzacióó energenergèèticatica del fang, del fang, sense assecatge tsense assecatge tèèrmic previ amb els segrmic previ amb els següüents objectius:ents objectius:

1)1) Diversificar les vies de gestiDiversificar les vies de gestióó

2)2) IndependitzarIndependitzar--se de lse de l’’evolucievolucióó dels mercats energdels mercats energèèticstics

3)3) Autonomia de gestiAutonomia de gestióó finalfinal

GESTIÓ DE FANGS A CATALUNYA (CONSIDERACIONS)

[PROGRAMA DE FANGS]

Estat de situació i exploració de noves possibilitats

Producció d’Energia en el Tractamenti la valorització de fangs

Marc Moliner

Barcelona, 1 d’Abril de 2009

Maria Martin

IV JORNADES TÈCNIQUES Gestió de sistemes de sanejament d’aigües residuals

Producció d’Energia en el Tractament i la valorització de...

Documents

Transcript of Producció d’Energia en el Tractament i la valorització de...