Katarzyna Stokowiec, Paulina Berezowska-Kominek
DOI: 10.15199/17.2025.9.4, GWiTS 9/2025, wrzesień 2025
Pobierz PDF (Open Access)
Streszczenie:
Odzysk ciepła ze ścieków staje się coraz bardziej istotnym elementem nowoczesnych strategii zarządzania zasobami energetycznymi i środowiskowymi. W obliczu globalnych wyzwań, związanych ze zmianami klimatycznymi oraz rosnącymi kosztami energii, poszukiwanie innowacyjnych rozwiązań technologicznych nabiera priorytetowego znaczenia. Ścieki, które przez lata były postrzegane jedynie jako odpad, stanowią obecnie cenne źródło energii cieplnej. Wykorzystanie tego potencjału wymaga jednak odpowiednich technologii oraz skutecznych strategii wdrożeniowych. Artykuł stanowi przegląd literatury naukowej dotyczącej technologii odzysku ciepła ze ścieków. Omówiono rozwiązania, strategie oraz korzyści wynikające z wdrożenia systemów odzysku ciepła. Przeanalizowano znaczenie energetyki w gospodarce wodno-kanalizacyjnej, zwracając uwagę na wysokie zużycie energii przez oczyszczalnie ścieków oraz wyzwania związane z redukcją emisji gazów cieplarnianych i poprawą efektywności energetycznej. Szczególną uwagę poświęcono ściekom jako źródłu ciepła odpadowego, przedstawiając technologie odzysku ciepła oraz przykłady ich zastosowania w różnych częściach systemu kanalizacyjnego. Podkreślono znaczenie zwiększania efektywności energetycznej i zrównoważonego zarządzania zasobami, a także wskazano na istniejące luki badawcze oraz możliwości dalszego rozwoju tej dziedziny.
Słowa kluczowe: odzysk ciepła, ścieki jako dolne źródło ciepła, pompy ciepła, efektywność energetyczna
Abstract:
Wastewater heat recovery is becoming an increasingly important aspect in modern strategies for energy and environmental resources management. The global challenges are strongly related to climate change and rising energy costs. With respect to them, the search for innovative technological solutions is gaining its priority. For years, wastewater has only been seen as a waste. Presently it is recognized as a valuable source of thermal energy. However, harnessing this potential requires the right technologies and effective implementation strategies. The paper presents a review of the scientific knowledge on heat recovery technologies from wastewater. It discusses various solutions, strategies, and the benefits of implementing heat recovery systems. The paper analyzes the role of energy from water and wastewater sector, highlighting the high energy consumption of wastewater treatment plants and the challenges associated with reducing greenhouse gas emissions and improving energy efficiency. Particular attention is given to wastewater as a waste heat source, presenting heat recovery technologies along with examples of their application in various parts of the sewage system. The importance of improving energy efficiency and sustainable resource management is emphasized. What is more existing research gaps and opportunities for further development in this field are identified.
Keywords: heat recovery, wastewater as a low-temperature heat source, heat pumps, energy efficiency
Bibliografia
[1] Borek A., Wróblewski E. 2021.Prawne Aspekty Adaptacji Do Zmian Klimatu Z Perspektywy UNFCCC I Prawa Krajowego. Adaptacja Do Zmian Klimatu Na Gruncie Porozumienia Paryskiego (PP).
[2] Carter NT. Energy-Water Nexus: The Water Sector’s Energy Use.; 2017. Accessed April 2, 2024. www.crs.gov
[3] Ciepliński J.2020.Rozprawa Doktorska Analiza Wybranych Czynników Determinujących Energochłonność Średnich, Sekwencyjnych Oczyszczalni Ścieków.
[4] Departament Rolnictwa i Środowiska. Ochrona Środowiska w 2023 r.; 2024.
[5] Dziennik Urzędowy Unii Europejskiej. Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2008/98/WE z dnia 19 listopada 2008 r. w sprawie odpadów oraz uchylająca niektóre dyrektywy. 2008;L 312/3. doi: https://doi.org/10.1016/j.biortech.2018.07.111
[6] Dziennik Urzędowy Unii Europejskiej. Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) w sprawie ustanowienia ram na potrzeby osiągnięcia neutralności klimatycznej i zmiany rozporządzeń (WE) nr 401/2009 i (UE) 2018/1999 (Europejskie prawo o klimacie). Published online June 30, 2021.
[7] Dziennik Ustaw. Rozporządzenie Ministra Budownictwa w Sprawie Sposobu Realizacji Obowiązków Dostawców Ścieków Przemysłowych Oraz Warunków Wprowadzania Ścieków Do Urządzeń Kanalizacyjnych.
[8] ENN News. Oslo odzyskuje ciepło ze ścieków. 2006. https://www.wodkaneko.pl/wiadomosci-i-komunikaty/oslo-odzyskuje-cieplo-ze-sciekow-41105-10
[9] European Union. Municipality-Led Circular Economy Case Studies In Partnership with the Climate KIC Circular City Project.; 2018.
[10] Faladori P., Vaccari M., Vitali F. Energy audit in small wastewater treatment plants: methodology, energy consumption indicators and lesson learned. In: Water, Science and Technology. Vol 72(6). IWA World Congress on Water, Climate and Energy; 2015:1007-1015. doi: DOI: 10.2166/ wst.2015.306.
[11] Funamizu N., Iida M., Sakakura Y., Takakuwa T. Reuse of heat energy in wastewater: implementation examples in Japan. Water Science and Technology. 2001 ;43:277-286. doi: https://doi.org/10.2166/wst.2001.0640
[12] Głodniok M., Żogała A., Darul H., Zawartka P. Municipal wastewater as an source of waste heat – Case Study. Inżynieria Ekologiczna. 2016;(49):208-212. doi:10.12912/23920629/64525.
[13] Górski J., D. Matuszewska. Możliwości pozyskiwania ciepła odpadowego ze ścieków i systemów kanalizacji. Inżynieria Środowiska. Published online 2013:21-28. www.industrialfurnaces.pl,www.ppik.pl
[14] Ip K., She K., Adeyeye K. Life-cycle impacts of shower water waste heat recovery: case study of an installation at a university sport facility in the UK. Environmental Science and Pollution Research. 2018;25(20):19247- 19258. doi:10.1007/s11356-017-0409-0.
[15] Jiang H., Hua M., Zhang J., et al. Sustainability efficiency assessment of wastewater treatment plants in China: A data envelopment analysis based on cluster benchmarking. J Clean Prod. 2020;244. doi: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.118729
[16] Kirchem D., Á. Lynch M., Bertsch V., Casey E. Modelling demand response with process models and energy systems models: Potential applications for wastewater treatment within the energy-water nexus. Appl Energy. 2020;260. doi: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.114321
[17] Komisja Europejska. Przyczyny zmian klimatu. Accessed March 24, 2024. https://climate.ec.europa.eu/climate-change/causes-climate-change_pl
[18] Kordana S., Pochwat K., Słyś D., Starzec M. Opportunities and threats of implementing drain water heat recovery units in Poland. Resources. 2019;8(2). doi:10.3390/resources8020088.
[19] Kowalik R., Grdulska A. 2021. ”Analiza odzysku ciepła ze ścieków przy wykorzystaniu pompy ciepła na wybranym przykładzie”. Gaz, Woda i Technika Sanitarna.;1(1-2):24-27. doi:10.15199/17.2021.1-2.5.
[20] Liu Y-J., Gu J., Liu Y. Energy self-sufficient biological municipal wastewater reclamation: Present status, challenges and solutions forward. Bioresour Technol. 2018; 269:513-519. doi: https://doi.org/10.1016/j.biortech.2018.08.104
[21] Longo S., Mauricio-Iglesias M., Soares A., et al. ENERWATER – A standard method for assessing and improving the energy efficiency of wastewater treatment plants. Appl Energy. 2019; 242:897-910. doi: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.03.130
[22] Lorenzo-Toja Y., Vázquez-Rowe I., Chenel S., Marín-Navarro D., Teresa Moreira M., Feijoo G. Eco-efficiency analysis of Spanish WWTPs using the LCA + DEA method. Water Res. 2015; 68:651-666. doi: https://doi.org/10.1016/j.watres.2014.10.040
[23] Lu H., Price L., Zhang Q. Capturing the invisible resource: Analysis of waste heat potential in Chinese industry. Appl Energy. 2016; 161:497-511. doi:doi.org/10.1016/j.apenergy.2015.10.060.
[24] Lu L., Guest J.S., Peters C.A., Zhu X., Rau G.H., Ren Z.J. Wastewater treatment for carbon capture and utilization. Nat Sustain. 2018; 1:750-758. doi: https://doi.org/10.1038/s41893-018-0187-9
[25] Masłoń A. 2017. ”Energochłonność wybranych oczyszczalni ścieków zlokalizowanych w południowo-wschodniej Polsce”. Inżynieria i Ochrona Środowiska.;20(3):331. doi:10.17512/ios.2017.3.5.
[26] Masłoń A., Czarnota J., Szczyrba P., Szaja A., Szulżyk-Cieplak J., Łagód G.2024.” Assessment of Energy Self-Sufficiency of Wastewater Treatment Plants—A Case Study from Poland”. Energies (Basel). 17(5). doi:10.3390/en17051164
[27] Mazhar A.R., Liu S., Shukla A. 2018.”A key review of non-industrial greywater heat harnessing”. Energies (Basel).11(2). doi:10.3390/en11020386.
[28] Minister Gospodarki Morskiej i Żeglugi Śródlądowej: M. Gróbarczyk. Rozporządzenie z Dnia 12 Lipca 2019 r. w Sprawie Substancji Szczególnie Szkodliwych Dla Środowiska Wodnego Oraz Warunków, Jakie Należy Spełnić Przy Wprowadzaniu Do Wód Lub Do Ziemi Ścieków, a Także Przy Odprowadzaniu Wód Opadowych Lub Roztopowych Wód Lub Do Urządzeń Wodnych.; 2019.
[29] Ministerstwo Klimatu i Środowiska. Polityka Energetyczna Polski do 2040 r. Dziennik Urzędowy. Published online 2021:3.
[30] Nakkasunchi S., Hewitt N.J., Zoppi C., Brandoni C2021.” A review of energy optimization modelling tools for the decarbonisation of wastewater treatment plants”. J Clean Prod.279.
[31] Niewitecka K. 2018. ”Possibilities of heat energy recovery from greywater systems”. In: E3S Web of Conferences. Vol 30. EDP Sciences;. doi:10.1051/e3sconf/20183003003
[32] Niu K., Wu J., Qi L., Niu Q. 2019. ”Energy intensity of wastewater treatment plants and influencing factors in China”. Science of The Total Environment. 2019; 670:961-970. doi: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv..03.159
[33] Olender Z. Wrompa – energia cieplna ze ścieków ogrzeje Wrocław. 2023. Accessed April 12, 2024. https://wodnesprawy.pl/wrompa-energia-cieplna-ze-sciekow-ogrzeje-wroclaw-w/
[34] Olkuski T., Piwowarczyk-Ściebura K., Brożek A.2017.” Wpływ porozumienia paryskiego i systemu EU ETS na rynek węglowy”. Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią Polskiej Akademii Nauk. 2017:91-102.
[35] Polski Komitet Energii Elektrycznej. Polska Ścieżka Transformacji Energetycznej.
[36] Pompy ciepła mają wielką przyszłość. Także w miejskich sieciach. Pompy ciepła mają wielką przyszłość. Także w miejskich sieciach.
[37] Rada Europejska Rada Unii Europejskiej. Paryskie porozumienie klimatyczne. Accessed March 23, 2024. https://www.consilium.europa.eu/pl/policies/climate-change/paris-agreement/#EU
[38] Rada Europejska Rada Unii Europejskiej. Zmiana klimatu: co robi UE? Accessed March 24, 2024. https://www.consilium.europa.eu/pl/policies/climate-change/#2050
[39] Ranieri E., D’Onghia G., Lopopolo L., et al. 2023.”Evaluation of greenhouse gas emissions from aerobic and anaerobic wastewater treatment plants in Southeast of Italy”. J Environ Manage. 2023;337. doi: https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2023.117767
[40] Reinders M., Greditgk-Hoffamnn S., Risse H., Lange M.2012.” Solution approaches for energy optimization in the water sector”. IWA World Congress on Water, Climate and Energy. Published online May 2012:13-18. doi: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.123811
[41] Ryńska J. 2024. ”Odzysk ciepła ze ścieków.” Rynek Instalacyjny. Published online January 19.
[42] Schmid F. 2008. ”Sewage water: Interesting heat source for heat pumpps and chillers”. In: 9th International IEA Heat Pump Conference. Swiss Energy Agency for Infrastructure Plants.1-12.
[43] Siatou A., Manali A, Gikas P. 2020. ”Energy consumption and internal distribution in activated sludge wastewater treatment plants of Greece”. Water (Switzerland).12(4). doi:10.3390/W12041204.
[44] Słyś D., Kordan S. Odzysk Ciepła Odpadowego w Instalacjach i Systemach Kanalizacyjnych. Wydawnictwo i Handel Książkami “KaBe”; 2013.
[45] Strona internetowa. Katri Vala heating and cooling plant. helen.fi. Accessed April 23, 2024. https://www.helen.fi/en/about-us/energy/energy-production/power-plants/katri-vala-heating-and-cooling-plant
[46] Strona internetowa. Veolia uruchamia instalację, która łączy kogenerację i odzysk ciepła ze ścieków. Veolia. 2020. Accessed June 12, 2024. https://www.veolia.pl/media/aktualnosci/veolia-uruchamia-instalacje-ktora-laczy-kogeneracje-i-odzysk-ciepla-ze-sciekow
[47] Strona internetowa. Wodociągi Warszawskie efektywne energetycznie. October 4, 2023. Accessed April 15, 2024. https://www.mpwik.com.pl/view/scieki-odnawialne-zrodlo-energii
[48] Unia Europejska. Czym jest zmiana klimatu? Accessed March 24, 2024. https://youth.europa.eu/get-involved/sustainable-development/what-climate-change_pl
[49] Walker N.L., Williams A.P., Styles D. Pitfalls in international benchmarking of energy intensity across wastewater treatment utilities. J Environ Manage. 2021;300. doi:10.1016/j.jenvman.2021.113613.
[50] Yapıcıoğlu Pelin. 2021. ”Minimization of greenhouse gas emissions from extended aeration activated sludge process”. Water Practice and Technology .16(1):96-107. doi:10.2166/wpt.2020.100.
[51] Ye Y., Ngo H.H., Guo W., et al. 2018. ”A critical review on ammonium recovery from wastewater for sustainable wastewater management”. Bioresour Technol.; 268:749-758.