Vysoká škola chemicko technologická v Praze Ústav technologie vody a prostředí
VÝVOJ KALOVÉHO HOSPODÁŘSTVÍ NA ÚČOV PRAHA ZA POSLEDNÍCH 10 LET Michal Dohányos, Jana Zábranská, Pavel Jeníček, Josef Kutil, Vladimír Todt 1
ÚČOV Praha Uvedení do provozu 1967. Téměř do konce devadesátých let ÚČOV
biologicky čistila pouze 70% přítoku odpadní vody, zbytek byl vypouštěn do Vltavy po mechanickém předčištění.
Poslední intenzifikace ukončena v roce 1997 a je
v podstatě provizoriem, které biologicky čistí a částečně nitrifikuje celý přítok odpadní vody.
2
Kalové hospodářství ÚČOV Praha primární kal
fugáty
přebytečný kal strojovny
zahušťovací odstředivky
1
A 3
manipulační nádrže odvodňovací odstředivky
5 B 7
stabilizovaný kal 9 C
Teoretický objem: I° 6 x 5166 m3 II° 6x 4690 m3
11 I°
II°
bioplyn energo centrum
3
Kalové hospodářství ÚČOV v devadesátých letech
Od r. 1993 - postupně instalovány 4ks
odvodňovacích odstředivek Centripress 4-1. Dosaženo snížení objemu kalů (při produkci 70 tun sušiny VK/den) oproti pásovým lisům Bellmer o 45%.
R. 1994 započalo separátní zahušťování
přebytečného aktivovaného kalu pomocí zahušťovacích odstředivek typu BSC 4-2 od KHD Humboldt-Wedag. 4
Kalové hospodářství ÚČOV v devadesátých letech 45000 40000
PK ZPAK SSK
35000 tun/rok
30000 25000 20000 15000 10000 5000
19 99
19 98
19 97
19 96
19 95
19 94
19 93
19 92
19 91
19 90
0
rok
PK – primární kal; ZPAK – zahuštění přebytečný aktivovaný kal; SSK – směsný surový kal
5
Kalové hospodářství ÚČOV v devadesátých letech- anaerobní stabilizace
VN I° je při pouze hydraulickém míchání (externí
recirkulace) využita jen z 54,3%, střední doba zdržení je při denní dávce kalu 450 m3 pouze 4,3 dne VN I° je při souběžném míchání (externí recirkulace a míchání pneumatické) využita ze 75,1%, střední doba zdržení se zvýšila na 5,1 dne. VN II° není míchaná, její objem zvyšuje dobu zdržení v prvním případě (míchání pouze hydraulické) na 7,3 dne, ve druhém případě na 9,0 dne.. 6
Kalové hospodářství ÚČOV v devadesátých letech- anaerobní stabilizace
etapa
1994-1996 1997-1998 1999-2001 2005-2006
Denní Specifická Přived Dosažitelná produkce produkce ené výroba energie BP BP OL 3/t Nm Nm3/d t/d MWhel/d MWht/d VLorg. 22591 445 50,84 50,06 77,33 24169 493 49,05 53,56 82,73 32655 448 73,05 72,36 111,78 45491 652 69,72 100,81 155,72 7
Intenzifikace kalového hospodářství na ÚČOV Praha Jedním z klíčů intenzifikace kalového hospodářství je optimalizace anaerobní stabilizace to jest zvýšení produkce bioplynu. Toho lze dosáhnout:
zvýšením množství přiváděných organických látek,
optimalizací technologických podmínek procesu, předúpravou přebytečného aktivovaného kalu – desintegrací,
termofilní anaerobní stabilizací. 8
Intenzifikace kalového hospodářství na ÚČOV Praha Pro intenzifikaci anaerobní stabilizace kalů byly na ÚČOV Praha zvoleny dvě vzájemně se umocňující metody a to zavedení:
lyzace přebytečného aktivovaného kalu termofilní anaerobní stabilizace směsného
surového kalu.
9
Zavedení lyzace přebytečného aktivovaného kalu
1997 – provozní test, pouze mezofilie +20% BP 1998 – BP + 6-50%, lyzace 3 – 5% 1999-2000 – BP + 20%, lyzace 5 - 8% 1.10.2004 – 11.6.2005 – 15% BP, ekonomická návratnost 1,5 roku bez zelené energie, poloviční doba se zelenou energii, (instalováno 5 zařízení, v provozu max 3, 5 – provozní rezerva)
10
Zahušťovací odstředivka jako lyzační zařízení
destrukce buněk je vedlejším procesem
zahušťování využívá se kinetické energie rotoru lyzaci je podrobován až zahuštěný kal v odděleném prostoru nedochází k ovlivňování centrátu nejsou ovlivněny separační vlastnosti odstředivky
11
Provedení lyzačního zařízení - příklad
12
Přebytečný aktivovaný kal před zahuštěním
Gramm
Neisser
13
Přebytečný aktivovaný kal po zahuštění
Gramm
Neisser 14
Přechod z mezofilní na termofilní stabilizaci
Provozní pokus byl zahájen na dvojici
stabilizačních nádrží VN 5 (VN 6) dne 1.11.1997, postupným zvyšováním teploty v prvním stupni, konečné teploty 55°C bylo dosaženo 4.6.1998.
Plné výkonnosti termofilního procesu bylo dosaženo až za cca 12 měsíců.
Přechod dalších nádrží na termofilní provoz již
probíhal podstatně rychleji, protože jako inokulum byla použita biomasa z druhého stupně termofilní nádrže. 15
Snížená hladina v mezofilních nádržích pro zvládnutí pěnění
4525 m3 3600 m3 55oC
38oC
16
Technologické parametry stabilizačních nádrží zatížení nádrže mezofilní : termofilní :
3.1 kg /m3.d VS 3.7 kg /m3.d VS
Specifická produkce bioplynu na přivedenou org.sušinu Termofilní
Mezofilní
Provozní teplota
55 oC
38 oC
(m3/kg)
0.71
0.54
(Nm3/kg)
0.61
0.48
17
produkce bioplynu (m3/nádrž.d)
Výkonnost termofilní a mezofilní nádrže 25000 termo m3/nádrž.d
20000
mezo m3/nádrž.d
15000 10000 5000 0 0
10
20
30
40
50
zatížení SK VLorg (t/nádrž.d) 18
18000000 16000000 14000000 12000000 10000000 8000000 6000000 4000000 2000000 0
BP
ÚČOV Praha 700 650 600 550 500 450 400 350 300
pec. prod. BP
s p e c . p ro d . B P v N m 3 /tu n u O L p řid .
p ro d u k c e B P v N m 3 /ro k
1994 - v srpnu uvedeno do provozu zahušťování PAK 1995 - v dubnu uvedeny do provozu 3 kogenerační jednotky 1996 - intensifikace ÚČOV - odstávka provozu + rekonstrukce 1997 - zahájena lyzace ZPAK, ÚČOV ve zkušebním provozu 1998 - zkušební provoz, nestabilita pěnění VN + úniky BP, od XI. VN 5 termofilní 1999 - zk. provoz, pěnění VN (mimo VN5), úniky BP 2000 - od XII. trvalý provoz, na 3 měsíce lyzace vyjmuta 2002 - produkce jen za 7 měsíců, v srpnu povodeň 2005 - od VIII. úplná termofilie 2006 - ustálený stav
20
20
20
20
19
19
19
19
07
05
03
01
99
97
95
93
Výsledky intenzifikace kalového hospodářství na ÚČOV Praha 160
800
14.8.02 - 28.2.03 -
140
700 600
100
500
80
400
60
300
OL v t/den
120
40 20
I .fáze intensifikace anaerobie - lyzace zahuštěného přebytečného kalu, zvyšování spec. produkce - narušeno změnou složení SSK a povodní
spec. produkce BP v Nm3/ tunu OL přid
specifická produkce bioplynu / přivedené organické látky
I I.fáze intensifikace anaerobie -
200
postupný přechod souboru VN na termofilní fermentaci SSK s lyzovaným ZPAK
100
0
0 .1 30
.1 30
.1 30
.1 31
.1 31
.1 31
20 2.
20 2.
20 2.
20 2.
20 2.
20 2.
0 00
9 99
8 99
20 2.
2 1.
1 1.
1 1.
.1 31
1.
1.
1.
20
06
05
04
03
02
01
00
Vývoj produkce bioplynu ve srovnání s množstvím vložených OL
20000000
25000 BP
15000000
OL
20000 15000
10000000
10000 5000000
5000
0
OL vlož. v tunách/rok
produkce BP v Nm3/rok
30000
0 07 20
06 20
05 20
04 20
03 20
02 20
01 20
00 20
99 19
98 19
- lineární trend produkce BP má větší strmost než tentýž trend u OL - tím je doložen růst spec. produkce BP
21
Denní Specifická Přived Dosažitelná produkce produkce ené výroba energie BP BP OL etapa 3/t Nm Nm3/d t/d MWhel/d MWht/d VLorg. 1994-1996 22591 445 50,84 50,06 77,33 Lyzace 24169 493 49,05 53,56 82,73 1997-1998 Přechodové období
1999-2001 Termofílie 2005-2006
32655
448
73,05
72,36
111,78
45491
652
69,72
100,81
155,72 22
Závěry Kombinací lyzace přebytečného aktivovaného kalu a termofilní anaerobní stabilizace surového kalu bylo dosaženo prohloubení anaerobního rozkladu a podstatného zrychlení procesu stabilizace. To má za následek:
významné zvýšení produkce bioplynu a tím i
snížení množství stabilizovaného kalu a snížení obsahu organických látek v stabilizovaném kalu;
celkové zkapacitnění celého kalového
hospodářství a zvýšení stability provozu;
23
využitím bioplynu v kogeneračních jednotkách
se dosáhne soběstačnosti ÚČOV ve spotřebě elektrické energie;
stávající objemy vyhnívacích nádrží budou
naprosto postačující s dostatečnou rezervou v kapacitě a výkonu minimálně po dobu dalších 10 let.
zvýšení hygienického zabezpečení výstupního stabilizovaného kalu;
24
