Marek Holba, Adam Bartoník, Ondřej Škorvan, Petr Horák, Marcela Počinková, Karel Plotěnýý Ing Milan Uher
Náš směr …
• snížení energetické g náročnosti → energeticky g y soběstačná ČOV • nové technologie → zmenšení objemů → posun v účinnosti za srovnatelné IN 22.2.2012
Financování vodárenské infrastruktury 2012
2
Spotřeba energie Průměrné provozní náklady na 98 čistírnách v Rakousku 30 – 40 % - na menších ČOV Č
22.2.2012
Financování vodárenské infrastruktury 2012
3
Energie odpadních vod Tepelná energie Množství tepelné energie obsažené v odpadní vodě je dána měrnou t tepelnou l kkapacitou it vody, d kt které é jje přibližně řibliž ě 4 4.2 2 kJ/kg•K kJ/k K nebo b 4.2 4 2 MJ/ MJ/m3 na 1 °C teplotní změny. Hydraulická (kinetická a potenciální) energie Potenciální energie je energie vodního sloupce a je rovna 9.8 kJ/m3 na metr výšky. Kinetická energie je rovna 0.18 kJ/m3 při rychlosti proudění 0.6 m/s. Chemická energie Chemická energie je energie obsažená v organické hmotě v odpadní j j vyjadřovaná yj ve formě chemické spotřeby p y kyslíku y – vodě, nejčastěji CHSK v mg/L. Tchobanoglous [3] definuje potenciál chemická energie kalu v průměru na 13 MJ/kg CHSK, což lze přepočítat na 5.6 MJ/m3 pro složení běžné komunální vody naměřil na ČOV North Toronto hodnotu 6.3 6 3 MJ/m3. 22.2.2012
Financování vodárenské infrastruktury 2012
4
Zařízení s nízkou spotřebou energie
Zahuštění
Čerpadla s nízkou spotřebou energie
Odvodnění
Kontrola čerpadel
Čerpání
Nakládání s kaly
Návrh hydrauliky
Návrh ČOV
Gravitační spád
Bojlery, výměníky tepla
Spotřebiče s nízkou spotřebou
Vytápění
Aerace
Teplo
Hydraulika
Návrh vhodných zařízení
Kontrola a optimalizace
Míchání
Biologická část
SPOTŘEBA ENERGIE
ENERGETICKÁ ROVNOVÁHA Á Á ZDROJE ENERGIE
Nakládání s kaly
Spalování
Hydraulika
Pyrolýza, lý zplyňování
Teplo
Biologická část
Nutrienty i
Vyhnívání
Řasová kultura Transformace na bioplyn na bioplyn
22.2.2012
Teplo, tepelná energie
Kogenerace
Přímé využití metanu
Elektrická energie z energie z turbín
Tepelná energie z tepelných čerpadel tepelných čerpadel
Financování vodárenské infrastruktury 2012
Uhlík hlík
Dusík ík
Anaerobní čištění Mikrobiální palivové články
5
Efektivní a ekonomický systém 1 optimalizace přístrojo1.
vého vybavení na čistírně 2. získávání energie z biomasy 3. využití obnovitelné energie procentuální rozdělení spotřeby energie na čistírně o velikosti 100 000 EO 22.2.2012
Financování vodárenské infrastruktury 2012
6
Na co se zaměřit Potenciál úspor na jednotlivých ČOV závisí na jejich
velikosti, e ost , méně é ě pa pak na a tec technologii o og
Do 20 000 EO se zaměřujeme j na energetický g ý audit
jednotlivých spotřebičů a jejich optimalizaci, popřípadě odvodnění kalu a využití obnovitelné energie. Možnost úspor je cca 20 % nákladů
U ČOV nad 20 000 EO je to anaerobní zpracování
kalu a možnost využití bioplynu. Možnost úspor je cca od 30 % nákladů
22.2.2012
Financování vodárenské infrastruktury 2012
7
Srovnání dmychadel
22.2.2012
Financování vodárenské infrastruktury 2012
8
Srovnání čerpadel Tornow srovnával
chod čerpadel 14 kW v čerpací stanici při kontinuálním a di k ti ál í diskontinuálním chodu.
22.2.2012
Financování vodárenské infrastruktury 2012
9
Optimalizace řízení biolog. procesů řízení dle koncentrace O2 vnos O2 do vodního prostředí novátorské technologie
NH4+ + NO2‐ → N2 + 2H2O
• • • • 22.2.2012
SHARON DEMON ANAMMOX DAXTER Financování vodárenské infrastruktury 2012
10
Optimalizace řízení biolog. procesů Pro tento proces jsou potřebné speciální mikroorganismy,
které byly objeveny až v roce 1999. Tyto bakterie rostou extrémně pomalu (zdvojnásobení počtu za 11 dnů), jsou i citlivé na zvýšený obsahu dusitanů dusitanů, což doposud zabraňovalo většímu technickému použití v praxi. Největší vliv měla instalace zařízení DEMON na spotřebu
el. energie. g Pokles specifických p ý hodnot vztažených ý na 1kg N byl za 2-3 kWh/kgN na asi 1 kWh/kgN. Zmenšila potřeba kyslíku a zvýšil se potenciál pro tvorbu bioplynu. 22.2.2012
Financování vodárenské infrastruktury 2012
11
Termofilní/mezofilní anaerobie Specifické produkce bioplynu při anaerobním rozkladu surového kalu termofilní a mezofilní anaerobní biomasou 0 40 0,40
speccifická produkcce [l/g] (BP, CHS SK)
0,35 0 30 0,30 0,25 0,200 0, 0,15 0,10 0,05
T SK zat. 0,3 g/g
M SK zat. 0,3 g/g
0,00 0
100
200
300
400
500
doba pokusu [hod]
22.2.2012
Financování vodárenské infrastruktury 2012
12
Možnosti zvýšení produkce bioplynu % energie v % celkové BP účinnosti Zahuštění na 7 %, mezofil. Zahuštění na 7%, termofil. Termofil. + rekup. 50% tepla Zahuštění na 8%, termofil. Desintegrace, termofil. Úplná hydrolýza, termofil. Spalování p SSK 22.2.2012
54,98 66,41 66.41 66,41 71,5 82 0
30,7 41,2 49,4 43,3 45,7 56,5 45,8 ,
Financování vodárenské infrastruktury 2012
% elektrické účinnosti
kWhel/kg suš.
15,5 22,4 22,4 22,4 24,1 28,2 11,5 ,
0,66 0,97 0,97 0,97 1,05 1,23 0,50 , 13
Vzorová linka zpracování kalu El Elektrická energie k i ká i
Teplo MG
PAK
ZLC
Fugát do aktivace Prim. kal
6% suš.
12% suš.
ZC Směšovací prefermentační nádrž Fugát g do denitrifikace
22.2.2012
Odvodněný kal 30-35% 30 35% suš.
Anaerobie 55°C
OC
Termická hydrolýza
Financování vodárenské infrastruktury 2012
Fugát do bioaugmentace 14
Energetický potenciál kalu kCal/kg sušiny
22.2.2012
EP v 1 kg sušiny (MJ)
kal
3200
13
dřevo
3780
16
domovní odpad
2200
9
uhlí
8000
33
Financování vodárenské infrastruktury 2012
15
Výroba tepelné energie minimální bezdeštný přítok 15 L/s (tj. aplikovatelné ca.
od d 5 000 – 10 000 EO) tepelný potenciál v přitékající odpadní vodě (průměrná teplota v zimě imě by b neměla poklesno poklesnoutt pod 10 °C) přítomnost spotřebitelů tepla poblíž odběrových míst k k č í zdroje d j energie, i např. ř vytápění tá ě í konkurenční neovlivnění funkce přívodní kanalizace a čistírny odpadních vod
22.2.2012
Financování vodárenské infrastruktury 2012
16
Výroba tepelné energie Teplota přítoku 25
Teplota [°C]
20
15
10
5
0 10.8
29.9
18.11
7.1
26.2
17.4
Datum
22.2.2012
Financování vodárenské infrastruktury 2012
17
6.6
Výroba tepelné energie Poloprovozní zařízení na ČOV Letonice • Odpadní vody na přítoku i odtoku z ČOV má velký tepelný potenciál • Možnost odběru nízkopotenciálního tepla pomocí tepelného čerpadla • Využití pro vytápění budov, předehřev kalu do fermentačních nádrží, sušení kalu • Výstupní teplota až 80 °C
22.2.2012
Financování vodárenské infrastruktury 2012
18
Výroba tepelné energie Modelování x skutečnost Výkon: Změřeno : 2 420 W Model: 2 477 W 2,4 % chyba Výkon Změřeno : 4 977 W Model: 4 436 W 10 % chyba 22.2.2012
Financování vodárenské infrastruktury 2012
19
Shrnutí 1) Optimalizace nakládání s energií – potenciál úspor okolo 20 % zahrnuje energetické audity chodu čerpacích stanic, náhradu zařízení za zařízení s nižší spotřebou čerpadla, míchadla, dmychadla, změny technologických uspořádání, optimalizace jejich provozu, atd. 2) Znovuzískaná energie – potenciál úspor okolo 10 % využití tepelné, hydraulické a kinetické energie a aplikaci např. hydroturbín, tepelných čerpadel, tepelných výměníků, využití energie přítoku i odtoku 3) Využití biomasy - potenciál úspor > 60 % výroba bioplynu při anaerobním vyhnívání, využití kodigesce (tuky z lapáku tuků na ČOV, odpad z jatek, potravinářského průmyslu, atd.), energii získaná při termickém zpracování vysušeného kalu, atd.) 4) Obnovitelná energie – potenciál úspor 10 % ( h j externí (zahrnuje t í zdroje d j energie i - solární lá í články, člá k využití žití energie i větru, ět atd.) td ) 22.2.2012
Financování vodárenské infrastruktury 2012
20
Závěr Odpadní voda obsahuje 9x více energie než je potřeba na jjejí čištění (Shizas j ( and Bagley, 2004) g y, 4)
22.2.2012
Financování vodárenské infrastruktury 2012
21
DĚKUJI ZA POZORNOST
Ing Milan Uher Ing. mobil. +420724 420724 337 823 mail
[email protected]
22.2.2012
Financování vodárenské infrastruktury 2012
22
