ENERGIE Z ODPADNÍCH VOD Pavel Jeníček VŠCHT Praha, Ústav technologie vody a prostředí
Cesty k produkci energie z OV
• Kinetická energie (mikroturbiny) • Tepelná energie (tepelná čerpadla, tepelné výměníky) • Chemická energie (přeměna organického znečištění vod)
Průmyslové odpadní vody • Koncentrace Přímé anaerobní čištění
• Teplota • Objem
Splaškové odpadní vody • Koncentrace • Teplota • Objem
Anaerobní stabilizace kalů
Cesty k co největší energetické soběstačnosti městských ČOV 1. optimalizace celkové spotřeby energie při čištění odpadních vod A v budoucnu další „spotřebiče“ jako: • • • • Water Environment Federation. (2009). Manual of practice (MOP) no. 32
membránová filtrace AOP sorpce …
Cesty k co největší energetické soběstačnosti městských ČOV 2. Produkce energie - použití nebo intenzifikace určité varianty anaerobní technologie anaerobní čištění o.v. kofermentace kalů s externími substráty intenzifikace anaerobní stabilizace kalů
Energie v odpadních vodách • 120 g CHSK / (PE.d) ~ 170 kWh / (PE.rok) • ČOV obvykle získá jen < 10 % jako el.energii
Typický příklad transformace energie odpadních vod (CHSK) při jejich aerobním čištění doplněném anaerobní stabilizací kalu (adaptováno podle Cornel et al., 2012)
Energie v odpadních vodách • 120 g CHSK / (PE.d) = 170 kWh / (PE.d) • z toho ČOV obvykle vyprodukuje < 10 % el.energie • a ČOV obvykle spotřebuje 15 - 30 % el.energie 25-50 kWh/(PE.d)
Nové koncepty čištění odpadních vod - Využití přímého anaerobního čištění i pro splaškové vody - Vysokozatěžované systémy (AB proces) - Maximalizace produkce primárního kalu - Autotrofní odstraňování dusíku - …
Optimalizace technologie zpracování kalů -
zlepšení účinnosti primární sedimentace, zahušťování aktivovaného kalu, dezintegrace aktivovaného kalu, optimalizace provozní teploty, optimalizace míchání anaerobních reaktorů.
- Dostáváme se k produkcím energie z bioplynu ~ 20 kWh/(PE.rok)]
Vývoj specifické produkce bioplynu
ÚČOV Praha – bilance CHSK růst autotrofních mikroorganismů 120
primární sedimentace
oxidace
39
2 63
6
aktivace
přítok
odtok přebytečný aktivovaný kal
57 primární kal
20
anaerobní stabilizace
50 bioplyn
stabilizovaný kal
27
ÚČOV Praha – bilance CHSK růst autotrofních mikroorganismů 120
primární sedimentace
oxidace
39
2 63
6
aktivace
přítok
odtok přebytečný aktivovaný kal
57 primární kal
20
anaerobní stabilizace
50 bioplyn
stabilizovaný kal
27
tedy 42 % obvykle cca 25 %
ÚČOV Praha – bilance CHSK růst autotrofních mikroorganismů 120
primární sedimentace
oxidace
39
2 63
6
aktivace
přítok
odtok přebytečný aktivovaný kal
57 primární kal
tedy 47,5 % obvykle cca 35 %
20
anaerobní stabilizace
50 bioplyn
stabilizovaný kal
27
Srovnání energetické bilance na vybraných ČOV typická ČOV (Cornel, 2011)
typická ČOV (Lazarova, 2012)
Wolfgangsee (Nowak, 2011)
Praha
oxidace N,C + odtok
43 %
53 %
38 %
36 %
stabilizovaný kal
31 %
21 %
24 %
23 %
bioplyn
26 %
26 %
38 %
42 %
Srovnání spotřeby a produkce energie na vybraných ČOV [kWh/(PE.rok)] Skandinávie
Strass
Wolfgangsee
(Balmer , 2000)
(Nowak , 2011)
(Nowak , 2011)
spotřeba na aeraci a míchání nádrží
-
9,1
11,5
18,9
ostatní spotřeba
-
10,8
7,7
11,3
specificka spotřeba elektřiny
31 - 47
19,9
19,2
30,2
specificka produkce elektřiny
18,6 - 19,8
21,4
20,6
23,5
-16.1 až - 27.8
+ 1.6
+ 1.4
- 6.7
Celková bilance
Praha
Srovnání spotřeby a produkce energie na vybraných ČOV [kWh/(PE.rok)] Praha
Norsko
Strass
Wolfgangsee
(Balmer , 2000)
(Nowak , 2011)
(Nowak , 2011)
spotřeba na aeraci a míchání nádrží
-
9,1
11,5
18,9
ostatní spotřeba
-
10,8
7,7
11,3
specificka spotřeba elektřiny
31 - 47
19,9
19,2
30,2
specificka produkce elektřiny
18,6 - 19,8
21,4
20,6
23,5 / 25,4*
-16.1 až - 27.8
+ 1.6
+ 1.4
- 6.7 /- 4.6*
Celková bilance *
teoretické hodnoty pro případ, že veškerý produkovaný bioplyn bude využit k produkci elektrické energie
ÚČOV Praha – energetická soběstačnost
ZÁVĚR • Chemická energie vázaná v organickém znečištění splaškových odpadních vod je několikanásobně vyšší, než energie potřebná pro její efektivní vyčištění.
• Anaerobní stabilizace kalů dokáže část této energie transformovat do bioplynu. • Optimalizace anaerobní stabilizace za současné minimalizace spotřeby energie při čištění odpadních vod může být cestou k energetické soběstačnosti ČOV.
DĚKUJI ZA POZORNOST
Pavel Jeníček VŠCHT Praha, Ústav technologie vody a prostředí
