„Élelmiszeripari zöld innovációs program megvalósítása”
EEA Grants Norway Grants IPARI CSAPADÉKVÍZ- HASZNOSÍTÓ RENDSZER Dr. Kovács Elza egyetemi docens Debreceni Egyetem MÉK, Víz- és Környezetgazdálkodási Intézet
2016. 04. 21.
HU09-0015-A1-2013
1
„Élelmiszeripari zöld innovációs program megvalósítása”
EEA Grants Norway Grants IPARI CSAPADÉKVÍZ- HASZNOSÍTÓ RENDSZER A DE munkacsoportjának tagjai: Dr. Kovács Elza egyetemi docens Dr. Juhász Csaba egyetemi docens Dr. Pregun Csaba egyetemi adjunktus Bozsik Éva PhD hallgató Vállalati konzulens: Gebei Miklós műszaki vezető 2016. 04. 21.
HU09-0015-A1-2013
2
IPARI CSAPADÉKVÍZHASZNOSÍTÓ RENDSZER C. ALPROJEKT
Cél: Élelmiszeripari üzemi csapadékvíz-hasznosító rendszer tervezése K+F+I tevékenység keretében, beruházás megvalósítása, automatizált, vezérelhető rendszer üzembe helyezése Ivóvíz minőségű hűtővíz csapadékvízzel való részleges kiváltása Környezeti előny: csökkentett vízfelhasználás, hőcserélők élettartamának növelése
Várt eredmény: Hőcserélők vezetékes vízigénye egy részének csapadékvízzel történő kiváltása automatizált és optimalizált, vezérelhető gyűjtő, tároló, előkezelő és elosztó csapadékvíz-hasznosító rendszerrel
2016.05.18.
HU09-0015-A1-2013
3
PROJEKTCÉLOK DE Mennyiségi és minőségi igények és alternatív hasznosítási technológiai pontok felmérése csapadékhasznosításra. Anyag- és energiamérleg számítás és optimalizálás a hőcserélők vízigényének biztosítására csapadékhasznosítás mellett. Ipari csapadékvíz-hasznosító rendszer: Vízminőségi igénykritériumok alapján a csapadékvíz-tisztítási technológia, valamint monitoring hálózat megtervezése Vízminőségi igénykritériumok alapján a csapadékhasznosítással összefüggő rendszerparaméterek optimalizálása a próbaüzem során. Csapadékvízhasznosító rendszer folyamat-monitoringja , célértékeknek megfelelő optimalizálása vízmennyiség, vízminőség szempontjából. Csapadékvíz-hasznosító rendszer folyamat-monitoringja normál üzemben, rendszerellenőrzés a monitoring rendszer, valamint egyedi mintavételi stratégia és mérési módszerek adatai alapján. Teljes hőhasznosító rendszer monitoringja, csapadékhasznosító rendszer finomhangolása.
2016.05.18.
HU09-0015-A1-2013
4
KUTATÁSMÓDSZERTAN Az ipari csapadékvíz‐hasznosító rendszer fejlesztésének és monitorozásának algoritmusa
2016.05.18.
HU09-0015-A1-2013
5
ELŐZMÉNYEK
Gastor Baromfi Kft. baromfifeldolgozó üzeme
EKHE 7. Erőforrások felhasználása c. pontja szerinti felülvizsgálat energia felhasználás csökkentése és hatékonyabbá tételének lehetősége a telephelyen felhasznált összes vízmennyiség csökkentésének lehetősége Módosított engedélyes tervdokumentáció: csapadékvíz gyűjtése homokfogóval megoldott mechanikai tisztítás szervesanyag-feldúsulás és berothadás megelőzésére levegőztetés lehetséges felhasználás: göngyöleg mosása és az evaporatív kondenzátorok hűtése
2016.05.18.
HU09-0015-A1-2013
6
ALTERNATÍV HASZNOSÍTÁSI PONTOK Technológiai víz-igény
üres rekeszek mosása (előmosó, főmosó, fertőtlenítő), Bátortrade Kft. biogáztermelő üzeméből 75 °C hőmérsékletű víz, gázkazánnal ráfűtés
hús-előhűtés: ammóniás hűtési rendszer, (evaporatív kondenzátor) megfelelően kezelt, lágyított víz igény
Eredeti technológia szerinti vízellátás: vezetékes ivóvíz, vízkeménység állandó
2016.05.18.
HU09-0015-A1-2013
7
CSAPADÉKVÍZ-MINŐSÉG Változó pH
BFT
BFT
GMT
GMT
SZT
SZT
Min.
Max.
Min.
Max.
Min.
Max.
5,6
6,2
5,7
6,3
4,8
5,9
Vezetőképesség, uS/cm
25
38
19
50
15
41
Redoxipotenciál, mV
34
70
27
67
49
112
Keménység, mg/l
18
18
18
36
18
18
BOI5, mg/l
5,0
7,5
4,0
8,5
4,0
16,0
Oldott Szerves Szén, ug/l
1,8
3,8
2,3
5,2
2,2
4,3
Szervetlen szén, ug/l
4,3
5,2
4,5
5,7
4,2
9,7
Lebegőanyag, ug/l
79
97
77
125
80
83
Zavarosság, NTU
2,3
3,3
2,1
6,3
2,9
4,2
*
**
6,5 – 9,5
6,5 - 8
<2500
<500
5 – 35 <4
BFT: baromfifeldolgozó tetőzete; GMT: göngyölegmosó tetőzete; SZT: szabadtéri mintavétel *201/2001. (X.25.) Kormányrendelet; **MSz 12749 szerinti kiváló állapot
• •
A biogáz hőtartalmának technológiai melegvízként való hasznosításával egybekötött csapadékvíz-hasznosításhoz nem kedvező a hozzákevert csapadékvíz (BOI5) Az ammónia rendszer vízigényének lágyvízzel történő részleges kiváltása előnyös (párolgási veszteség miatt sókoncentráció-növekedés, vízkőkiválás okozta hőátadási hatásfokromlás) 2016.05.18.
HU09-0015-A1-2013
8
CSAPADÉKVÍZMENNYISÉG Évi csapadékmennyiségek átlaga: 50 éves idősor alapján 589,7 mm/év; 100 éves idősor alapján 566 mm/év – havi csapadékátlag 50 mm 100 éves havi csapadékátlagok, valamint ezek százalékos aránya (%) a csapadékmennyiség 100 éves átlagában (Nyírbátor) 75,7
80,0 70,0
61,7
63,5
60,0
(mm)
50,0 40,0
38,7
43,3 35,1
58,8 42,7 41,9
48,1 48,3
31,9
Átlag
30,0
%
20,0 10,0
6,6
6,0
5,4
7,3
10,5 12,8 10,8 10,0
7,2
7,1
8,2
8,2
0,0
Hónap
Legkevesebb: január-február-március, ez havonta az éves csapadékmennyiség 5,4-6%-a.
2016.05.18.
HU09-0015-A1-2013
9
CSAPADÉKVÍZMENNYISÉG Csapadékeloszlás, szélsőséges csapadékesemények
Az eltérés jellege
kiugró magas
kiugró alacsony
2016.05.18.
Az eltérés sorrendje
év
Csapadék (mm)
1
2001
115
2
1897
3
Az eltérés jellege
Csapadék
Az eltérés sorrendje
év
86
1
1974
233
1962
86
2
1965
204
4
1988
76
3
1953
190
5
1987
69
4
1973
168
1
1903
0
5
1954
164
2
1974
1
1
1950
9
3
1973
3
2
1931
11
4
1953
3
3
1968
13
5
1950
3
4
2000
20
kiugró magas
kiugró alacsony
5
1994 HU09-0015-A1-2013
(mm)
24 10
MENNYISÉGI VÍZIGÉNY
Tetőfelületek nagysága 7402 m2, lefolyási tényező: 0,9; azaz 3767 m3/év csapadékmennyiség gyűjthető göngyölegmosás technológiai melegvíz-igénye: 64m3/nap, éves szinten 16%-a lehet biztosítható az összegyűjthető csapadékmennyiséggel, és a folyamatos vízáramhoz való hozzákeverés aránya a rendelkezésre álló csapadékmennyiségtől függ evaporatív kondenzátorok vízigénye: 2400 l/h térfogatáram, éves hűtővíz-igény 9500 m3, párolgási veszteség 20%, vízvisszaforgatás nincs
40%-a váltható ki csapadékvízzel
2016.05.18.
HU09-0015-A1-2013
11
IPARI HŰTŐRENDSZEREK KÖRNYEZETI TELJESÍTMÉNYE Hűtővíz-fogyasztás: recirkulációs hűtőrendszerekben nő a koncentrációs tényező, lerakódások megelőzése (több vegyi adalékanyag hűtővíz előkezelésével, vagy a párologtató medencék és a különböző ipari egységek vízellátó rendszerének összekapcsolásával)
átfolyó rendszerűek, vízfelhasználásuk jelentős pl. evaporatív kondenzátorok A csapadékvíz gyűjtő és kezelő rendszerhez kapcsolva a hűtőrendszeren átvezetett vezetékes ivóvíz-igény csökken Energiaigény: energiafelhasználás függ a vízmennyiségtől és a vízkivétel helyétől. csapadékvíz-hasznosítás esetében a csapadékvíz-gyűjtő és elosztó hálózat működtetéséhez szükséges szivattyúk és légbefúvók energiaigénye révén nő Környezeti hőterhelés:
megfelelő felület és tartózkodási idő és/vagy előhűtés
2016.05.18.
HU09-0015-A1-2013
12
IPARI HŰTŐRENDSZEREK KÖRNYEZETI TELJESÍTMÉNYE A vízminőségből eredő problémák: a hűtőberendezés korróziója, amely szivárgáshoz vezethet vízkőképződés, amely a hőátadás hatásfokát csökkenti Adalékanyag kibocsátás csökkentése: a környezetet kevésbé károsító vegyi kezelés a vegyi anyagok leghatékonyabb módon való alkalmazása a vízkezelés szükségességének csökkentése Hígító hatása – a csapadékesemények függvényében változó mértékben ugyan, de – az összes oldott sótartalom csökkenését eredményezi a hűtőberendezés hőátadási hatásfokának fenntartása mellett a lágyításhoz felhasznált vegyi anyagok kisebb volumenű felhasználása, a savazással történő karbantartás gyakorisága csökken
2016.05.18.
HU09-0015-A1-2013
13
A CSAPADÉKVÍZHASZNOSÍTÁS ENERGIAMÉRLEGE Többlet energiafelhasználás: csapadékvíz-gyűjtő és elosztó rendszer működtetése átemelő medencébe torkoló csatornák mértékadó vízhozama Q = 49 l/s mértékadó hozam 10 perces csapadékra: 29,4 m3 víz szabad tározókapacitás V = 7,8 m3 21,6 m3 vizet kell átemelni 36 l/s vízszállító képességű szivattyúteljesítmény szükséges szervesanyag-feldúsulás megelőzése: diffúzor 40 m3/h légkompresszor-kapacitás (p = 10 bar) szükséges
2016.05.18.
HU09-0015-A1-2013
14
MÉRETEZÉS csapadékgyûjtõ
Plan: 01
2015.05.26. Legend
0.076
0.098 0.001
WS PF 1 WS PF 2 WS PF 4
0.137
Ground 0.051 0.001
Bank Sta 0.02
0.032 0.023
vízszállító képesség és a vízsebesség 0.170
zárt csatornák vízszállításának meghatározása
0.001 0.001
hidraulikai modellezés
keresztszelvény méretezése nyomóvezeték méretezése gépegységek méretezése típusjavaslatok (teljesítmény, telepítés, karbantartás): FLYGT CP3127 típusú búvárszivattyú JÄGER típusú diffúzor Aerzen GM típusú légkompresszor 0.152
0.089
2016.05.18.
HU09-0015-A1-2013
15
MŰSZAKI TERV
• A csapadékvíz standard minőségi jellemzői közül az összes sótartalom, a BOI és a pH értékek térnek el a korábbi technológiai vízhez képest. • A csapadékvizet jellemző savas kémhatást csak a széndioxid okozta, ami az I. sz. medencébe telepített diffúzorral kezelhető. • A levegőztetés a csapadékvíz BOI-tartalmát is csökkenti, ami esetenként elérheti a közepesen terhelt szintet.
• Technológiai szempontból a tervezett szivattyúk a 10 perces csapadékra vonatkozó mértékadó vízhozam 100%-át át tudják emelni. • A szükséges kompresszorok és levegőztetők a kereskedelmi forgalomban rendelkezésre álltak. • A csapadékvíz-gyűjtő hálózatban modell-szimulációk alapján a rendszerben kockázatos hidraulikai tartományok nem alakulnak ki. 2016.05.18.
HU09-0015-A1-2013
16
RENDSZER-MONITORING EREDMÉNYEK • Az ipari csapadékvíz‐hasznosító rendszer fejlesztésében megvalósult az új ejtőcsövek, gyűjtőcsövek és a nyomóvezetékek, az átemelő akna és a homokfogó akna rendszerbe építése és beüzemelése, a III. sz. fedett csapadékvízgyűjtő medence felépítése, az I. sz. csapadékvízgyűjtő medencébe, amely biológiai tisztítóműként is szerepel, beépítésre kerültek a levegőztető és díffúzor egységek. • Az egységes technológiai rendszer próbaüzeme sikeres volt. • A rendszerteszelés, optimalizálás és finomhangolás a csapadékesemények regisztrálása, a rendszer viselkedésének monitorozása és a vett minták alapján történt. 2016.05.18.
HU09-0015-A1-2013
17
RENDSZER-MONITORING Az ipari csapadékvíz‐hasznosító rendszer monitoring pontjai 1.
3.
2016.05.18.
2.
HU09-0015-A1-2013
18
RENDSZER-MONITORING EREDMÉNYEK Az ipari csapadékvíz‐hasznosító rendszer monitoring eredményei Dátum 2016.03.07 2016.03.11 2016.03.16
Mért BOI5 értékek ÁT BM ma ma ma ma 8 mg/l ma
KM ma ma ma
Jelmagyarázat: BOI5: 5 napos biológiai oxigénigény ÁT: átemelő tartály BM: biológiai medence (levegőztetés) KM: az evaporatív kondenzátor medencéje ma: méréshatár alatt
TETŐ +CSATORNÁK
ÁTEMELŐ
Közepes vízminőség (MSz. 12749)
LEVEGŐZTETŐ M.
KONDENZÁTOR M.
Az átemelőben egy alkalommal előfordult 8 mg/l BOI érték a levegőztető medence után a méréshatár alá csökkent. 2016.05.18.
HU09-0015-A1-2013
19
RENDSZER-MONITORING EREDMÉNYEK Az ipari csapadékvíz‐hasznosító rendszer monitoring eredményei
Összegzés: • Az eddigi adatok alapján valószínűsíthető, hogy a tetőről összegyűjtött csapadékvíz nem tartalmaz jelentős mennyiségű biológiai összetevőt. • A levegőztető medence megbízhatóan kezeli a szerves szennyezőket
• A kezelt csapadékvíz minőségében a levegőztető medence és a kondenzátor medence közötti szakaszon nem észlelhető biológiai minőségváltozás • A potenciális szennyező források közül a legvalószínűbbek: • • • •
Állati ürülék (madarak) Légszennyezés (légmozgásokkal és csapadékkal történő szállítás) Por felgyülemlése a tetőn Egyéb szerves anyagok (pl. rovarok, pollen, spórák stb.)
2016.05.18.
HU09-0015-A1-2013
20
PROJEKTEREDMÉNYEK
DE Megjelölt mennyiségi és minőségi igények és alternatív hasznosítási technológiai pontok, javaslattétel az optimális hasznosítási megoldásra az anyag- és energiamérleg számítási eredmények alapján.
A beruházást támogató csapadékvíz-gyűjtő, -elosztó és -tisztítási technológia, valamint monitoring hálózati terv javaslat. Az értékelésekhez és javaslattételhez felhasznált, valamint rendszermonitoring során gyűjtött, mért, számított adatok rendszerezett adatbázisa, rendszermonitoring eredmények alapján optimalizált csapadékvíz-kezelő rendszer. Normálüzemben finomhangolt, működő hő- és csapadékhasznosító rendszer.
2016.05.18.
HU09-0015-A1-2013
21
A DE munkacsoportjának tagjai: Dr. Kovács Elza egyetemi docens Dr. Juhász Csaba egyetemi docens Dr. Pregun Csaba egyetemi adjunktus Bozsik Éva PhD hallgató Vállalati konzulens: Gebei Miklós műszaki vezető
e-mail:
[email protected] 2016.05.18.
HU09-0015-A1-2013
22
