Recyklace energie z odpadní vody v procesu čištění odpadních vod Jan Bartáček
Ústav technologie vody a prostředí
Zdroj Energie Zdroj Nutrientů Zdroj Vody
„Použitá voda (Used Water)“
Odpadní voda jako zdroj
Tepelná energie
Kinetická a potenciální energie
Chemická energie
Energie obsažená v odpadních vodách
Možnost použít tepelná čerpadla a výměníky Důležité umístění
◦ Za čistírnou – vhodné, pokud je OV dostatečně teplá, nicméně většinou je problematická doprava ke spotřebiteli ◦ Před čistírnou – Může být problém s ochlazováním vody a následné pomalé biol. procesy ◦ U spotřebitele (decentralizovaně) - nejlepší Nejlépe šedé vody (teplé a zředěné)
Tepelná energie
Možnost použít tepelná čerpadla a výměníky Důležité umístění
www.asio.cz
Tepelná energie
V kanalizaci Na čistírně ◦ Potřeba spádu ◦ Potřeba velkého průtoku (stovky tisíc EO) ◦ V ČR ne příliš využívané
Potenciální energie
Energie obsažená v organických látkách obsažených v odpadní vodě Nejčastěji vyjadřovaná ve formě chemické spotřeby kyslíku (ChSK v mg/L) Možné zhodnotit převedením na metan
1 kg ChSK ~ 13 MJ (18 kW/1000 EO)
Chemická energie V ODPADNÍ VODĚ
ČOV 100 000 EO Usazování
Aktivace
Mechanicky předčištěná 0.9 MW Vstupující voda 1.8 MW Primární kal 0.9 MW
Odtok 0.1 MW
Anaerobní fermentace
Tepelné ztráty 0.4 MW
Přebytečný AK 0.4 MW
Primární kal 0.9 MW
Kogenerace Odtok 0.1 MW
Odtok 0.1 MW
Tepelné ztráty 0.4 MW
Tepelné ztráty 0.4 MW
Vyhnilý kal 0.7 MW
Vyhnilý kal 0.7 MW
Primární kal 0.6 MW
Ztráty, 0.2 MW Teplo, 0.2 MW
El. energie, Spotřeba energie na typické ČOV (100 000 EO) ~ 0.35 MW 0.2 MW
Je možné dosáhnout el. soběstačnosti?
Tok energie na ČOV
Spotřeba energie na ČOV Kde je možné šetřit?
Spotřeba energie na velkých evropských čistíren odpadních vod
www.veoliavoda.cz
Spotřeba energie na ČOV
Kde lze šetřit?
Menendez a Veatch, 2010
Spotřeba energie na ČOV
Recyklace energie na ČOV Kde je možné získat více?
Zvýšení separace org. NL na přítoku ◦ Vyšší rozložitelnost než AK ◦ Možné s koagulací ◦ Nedostatek org. látek pro denitrifikaci (?)
Optimalizace anaerobní fermentace ◦ Optimalizace míchání ◦ Termofilní stabilizace ◦ Předúprava (dezintegrace)
Zvýšení produkce bioplynu
ČOV 100 000 EO Usazování
Anaerobní fermentace
Aktivace
Odtok 0.1 MW
Mechanicky předčištěná 0.6 MW
Tepelné ztráty 0.25 MW Přebytečný AK 0.25 MW
Vstupující voda 1.8 MW Primární kal 1.2 MW
Primární kal 1.2 MW
Kogenerace
Odtok 0.1 MW
Odtok 0.1 MW
Tepelné ztráty 0.25 MW
Tepelné ztráty 0.25 MW
Vyhnilý kal 0.7 MW
Vyhnilý kal 0.7 MW
Ztráty, 0.2 MW
Primární kal 0.8 MW
Teplo, 0.3 MW El. energie, 0.3 MW
Tok energie na ČOV
Pražská ÚČOV Průměrné zatížení NL
Průměrná produkce bioplynu
Jeníček a kol., 2012
Energetická soběstačnost
Pražská ÚČOV
Jeníček a kol., 2012
Energetická soběstačnost
Radikální způsoby šetření energie
Odstraňování dusíku (nitrifikace) spotřebuje většinu dodaného kyslíku Nitritace-Denitritace ◦ NH4+ NO2- N2 ◦ Úspora kyslíku cca. 25 % ◦ Spíše pro koncentrované a pokud možno teplé proudy (kalová voda – 20 – 30 % toku N)
Úsporné metody pro odstranění dusíku
Anaerobic Ammonium Oxidation (ANAMMOX) ◦ ◦
NH4+
NH4+ + O2 NO2NH4+ + NO2- N2
◦ Úspora kyslíku cca. 90 % ◦ Spíše pro koncentrované a pokud možno teplé proudy (kalová voda – 20 – 30 % toku N)
Úsporné metody pro odstranění dusíku
Přímé použití anaerobních reaktorů přímo na splaškovou OV ◦ Již rel. běžné v zemích s teplejším klimatem, např. latinská Amerika ◦ Problémy Nízká kvalita odtoku při nízké vstupní koncentraci nízká účinnost Nízká teplota – pomalé děje Metan v odtoku Dodatečné odstranění nutrientů
Využití anaerobní fermentace
Anaerobní fermentace pro splaškové vody
Využití anaerobie
Mahmoud a kol. 2002
Anaerobní fermentace pro splaškové vody
ANAMMOX
Využití anaerobie
Pro recyklaci zdrojů obecně jsou výhodné koncentrované (teplé) proudy OV ◦ Řešitelné pouze při určitém stupni decentralizace a separace proudů ◦ Šedá voda – recyklace tepla ◦ Černá voda (toalety) – recyklace energie a nutrientů
Decentralizace
Komplex 32 rodinných domů Separace černé vody
Sneek - Nizozemí 24
Sneek - Nizozemí 9-25
Čištění černých vod 26
Hledání rezerv ve stávající lince Optimalizace anaerobního stupně Optimalizace separace primárního kalu Použití nových technologií ◦ ANAMMOX ◦ Přímé použití anaerobie
Rekuperace tepla je možná, ale výhodnější je decentralizovaně Potenciální energie spíše v kanalizaci
Recyklace energie z OV Závěry
Recyklace energie z odpadní vody v procesu čištění odpadních vod
Děkuji za pozornost!! Jan Bartáček
Ústav technologie vody a prostředí
