Volgens een studie van het Duitse Milieuagentschap zijn rioolwaterzuiveringsinstallaties verantwoordelijk voor ongeveer 1% van het totale elektriciteitsverbruik in Duitsland. Dit klinkt in eerste instantie als een zeer klein percentage, maar dit biedt echter een zeer aantrekkelijk besparingspotentieel vanuit het oogpunt van de individuele exploitanten van rioolwaterzuiveringsinstallaties. Een typisch voorbeeld van het besparingspotentieel in rioolwaterzuiveringsinstallaties is tankbeluchting. De modernste blowertechnologieën en vraaggestuurde regeltechnologie kunnen bijvoorbeeld het energie-intensieve proces van tankbeluchting energetisch optimaliseren en de economische efficiëntie van een zuiveringstank aanzienlijk verhogen met relatief weinig inspanning.
Dit uitgangspunt is vooral interessant voor steden en gemeenten. Een blik op de energiebehoeften van exploitanten van gemeentelijke rioolwaterzuiveringstanks laat zien dat rioolwaterzuiveringsinstallaties in steden en gemeenten verantwoordelijk zijn voor een aanzienlijk deel (ongeveer 20%) van het totale elektriciteitsverbruik. Waterzuivering speelt dus een cruciale rol in vergelijking met scholen, ziekenhuizen, watervoorzieningssystemen of andere gemeentelijke en stedelijke energieverbruikers.
Het energiebesparingspotentieel van rioolwaterzuiveringsinstallaties Veel rioolwaterzuiveringsinstallaties werken vandaag de dag nog met ongereguleerde en inefficiënte beluchtingssystemen, die verantwoordelijk zijn voor een groot deel van het totale elektriciteitsverbruik. Vanuit het standpunt van vandaag is de ongereguleerde en niet-vraaggestuurde beluchting in rioolwaterzuiveringsinstallaties echter technisch verouderd. Zeer efficiënte systemen zoals turboblowers, draaiblowers en draaicompressoren zijn al enkele jaren beschikbaar op de markt. Deze bieden niet alleen een hogere efficiëntie op zich en kunnen in een breed bereik met gedeeltelijke belasting worden gebruikt, maar kunnen zelfs samen worden gebruikt voor een optimale totale efficiëntie. Dit maakt het mogelijk om optimaal te reageren op veranderingen in de belasting van het vraagprofiel van een tank en om de energiekosten duurzaam te verlagen.
In onze gids bespreken we niet alleen het belang van beluchtingstechnologie voor de economische efficiëntie van rioolwaterzuiveringsinstallaties, maar wijzen we ook op het potentieel van vraaggestuurde blowertechnologieën. Daarnaast laten we zien hoe beheerders van rioolwaterzuiveringstanks hun beluchtingstanks kunnen optimaliseren, van de eerste analyse tot en met de vergrendelende besturing.
Het belang van beluchtingstechnologie voor de economische efficiëntie van rioolwaterzuiveringstanks
Elk jaar verbruiken rioolwaterzuiveringsinstallaties een gigantische hoeveelheid elektriciteit, ongeveer 4.400 gigawattuur (GWh) aan elektrische energie. Dit komt ongeveer overeen met de jaarlijkse productie van een moderne kolengestookte elektriciteitscentrale en staat gelijk aan een jaarlijkse CO₂-productie van ongeveer 3 miljoen ton. Het verhogen van de energiezuinigheid van rioolwaterzuiveringsinstallaties komt dus niet alleen ten goede aan de exploitanten, vaak de stad of gemeente, maar ook aan het milieu.
Als het gaat om het energiezuiniger maken van de processen in rioolwaterzuiveringsinstallaties, is beluchting het belangrijkste aandachtspunt. In veel gevallen bedraagt de energiebehoefte van de blowers in de beluchtingstank 60 tot 80% van de totale behoefte. Maar hoe belangrijk is beluchtingstechnologie eigenlijk voor rioolwaterzuiveringsinstallaties?
Beluchtingstanks vormen de belangrijkste reinigingsfase van rioolwaterzuiveringsinstallaties. Ze gebruiken beluchtingssystemen om zuurstof uit de lucht in de tank te brengen om de groei van aerobe micro-organismen te bevorderen. Deze micro-organismen breken organische vervuilende stoffen af en bouwen actief slib op dat vervuilende stoffen absorbeert. Dit actief slib wordt vervolgens gescheiden van het behandelde rioolwater in tanks voor secundaire behandeling en teruggevoerd naar de actiefslibtank of gebruikt als zuiveringsslib. Bovendien is de ingebrachte zuurstof verantwoordelijk voor de oxidatie van ammoniumstikstof in het rioolwater tot nitraat, en bereidt het zo voor op verwijdering door micro-organismen.
Het energieverbruik van rioolwaterzuiveringsinstallaties wordt meestal uitgedrukt in kilowattuur per jaar per IE (inwonerequivalent). Doorgaans neemt deze waarde af naarmate de omvang van de rioolwaterzuiveringsinstallatie toeneemt, omdat schaalvoordelen kunnen worden benut. Het Duitse Milieuagentschap geeft ordes van grootte voor het elektriciteitsverbruik van rioolwaterzuiveringsinstallaties die kunnen worden gebruikt als richtdoelen:
| INWONEREQUIVALENT | SPECIFIEK STROOMVERBRUIK Grootteklasse 1 | < 1.000 | 75 kWh/(EW x a) Grootteklasse 2 | 1.000 – 5.000 | 55 kWh/(EW x a) Grootteklasse 3 | 5.000 – 10.000 | 44 kWh/(EW x a) Grootteklasse 4 | 10.000 – 100.000 | 35 kWh/(EW x a) Grootteklasse 5 | > 100.000 | 32 kWh/(EW x a) |
|---|
Het is interessant om op te merken dat, ondanks hun lagere specifieke energievereisten, de rioolwaterzuiveringsinstallaties van grootteklasse 4 en 5 verantwoordelijk zijn voor ongeveer 87% van het totale elektriciteitsverbruik. Rioolwaterzuiveringsinstallaties van deze grootte maken slechts ongeveer 22% uit van de ongeveer 10.000 rioolwaterzuiveringsinstallaties, maar zijn verantwoordelijk voor meer dan 90% van de inwonerequivalenten.
In een typische rioolwaterzuiveringsinstallatie vormen biologische zuivering en secundaire zuivering het grootste deel van de energiebehoefte. Voor andere processtappen is echter ook elektrische energie nodig:
- Biologische reiniging en secundaire zuivering 67%
- Slibverwerking 11%
- Flocculatiefiltratie 8%
- Infrastructuur en andere verbruikers 6%
- Pompsystemen voor rioolwater 5%
- Mechanische reinigingsfase 3%
Daarom richt de energie-optimalisatie van rioolwaterzuivering zich voornamelijk op de biologische zuiveringsfase. Een uitgebreide analyse van 85 rioolwaterzuiveringsinstallaties in Noordrijn-Westfalen toonde aan dat optimalisatiemaatregelen in de beluchtingstank bijzonder effectief waren: ze leverden ongeveer twee keer zoveel besparingen op als maatregelen op andere gebieden.
Er zijn talloze mogelijkheden om de biologische reinigingsfase technisch en energetisch te optimaliseren. Deze variëren van de vervanging van het blowersysteem tot de gerichte verbetering van het operationeel beheer en het vermijden van drukverliezen, tot investeringen in hoogefficiënte pomptechnologie met een lage gevoeligheid voor verstopping.
Basisbelasting, piekbelasting en lage belasting – leveren wanneer nodig met moderne ventilatietechnologie
De beluchtingstanks van gemeentelijke en industriële rioolwaterzuiveringsinstallaties worden in grote mate gekenmerkt door een fluctuerend belastingsprofiel. Fluctuerende hoeveelheden rioolwater in de loop van de dag, veranderende neerslagniveaus, seizoensinvloeden en variërende vervuilingsgraden in het rioolwater resulteren in een fluctuerend vraagprofiel, dat soms plotselinge belastingswisselingen kan vertonen. Bovendien moet rekening worden gehouden met seizoensgebonden temperatuurverschillen, die ook een invloed hebben op de vereiste hoeveelheid atmosferische zuurstof in de actiefslibtank.
Moderne concepten voor de beluchting van actiefslibtanks zijn er daarom op gericht om te reageren op het fluctuerende vraagprofiel van een rioolwaterzuiveringsinstallatie met de meest efficiënte beluchtingstechnologie voor elk afzonderlijk geval. De voordelen van turboblowers, draaizuigerblowers en draaizuigercompressoren kunnen dus gericht worden ingezet om het ventilatiesysteem op efficiënte bedrijfspunten te laten werken, zowel bij basisbelasting als bij piek- en lage belasting.
Terwijl de turbomachine bijvoorbeeld qua ontwerp een uitstekende efficiëntie heeft, kan de draaizuigermachine worden gebruikt in een breed bereik met gedeeltelijke belasting met een goede efficiëntie. Als de voordelen van beide technologieën worden gebruikt, ontstaat een beluchtingsconcept dat optimaal kan worden afgestemd op de individuele eisen van de rioolwaterzuiveringsinstallatie en dat de best mogelijke oplossing voor de klant vormt.
Daarom heeft AERZEN een composietconcept ontwikkeld dat op elk moment een op maat gemaakte en zeer efficiënte zuurstoftoevoer mogelijk maakt. Het assortiment van drie producten, ook bekend onder de pakkende naam “Performance³”, stelt exploitanten van rioolwaterzuiveringsinstallaties in staat om de best mogelijke efficiëntie te combineren met maximale operationele veiligheid, betrouwbaarheid en zuinigheid.
De drie series zijn speciaal ontworpen voor vraaggestuurde levering van basis-, piek- en lage belastingen. De turboblowers van de AT- en TB-series worden gekenmerkt door een uitstekende efficiëntie in termen van ontwerp en worden daarom voornamelijk gebruikt voor het bereik met basisbelasting. Voor het genereren van piek- en lage belastingen maakt AERZEN gebruik van de regelbare draaizuigerblowers uit de Delta Blower-serie en de draaizuigercompressoren van het Delta Hybrid type.
De technische gegevens van het Performance³ portfolio in één oogopslag:
| Technologie | Series | Volumestroom | Drukbereik | Regelbereik Turboblower | AT en TB | 300 – 16.200 m³/h | 400 – 1.000 mbar | 40 – 100 % Draaizuigerblower | Delta Blower | 30 – 15.000 m³/h | -500 – 1.000 mbar | 25 – 100 % Draaizuigercompressor | Delta Hybrid | 110 – 9.000 m³/h | -900 – 1.500 mbar | 25 – 100 % |
|---|
Stap voor stap een efficiënte rioolwaterzuiveringstank implementeren
Om het energetische verbeteringspotentieel van de beluchtingstechnologie in rioolwaterzuiveringstanks op een degelijke basis te kunnen evalueren, is het eerst nodig om een gedetailleerde analyse van de bestaande beluchtingstechnologie en het belastingsprofiel uit te voeren. Uitgebreide metingen en analyses maken het mogelijk om het potentieel van energetische moderniseringsmaatregelen te identificeren en te kwantificeren. Met de innovatieve AERaudit service van AERZEN is het mogelijk om het gebruik en de efficiëntie van blowerstations gericht te optimaliseren.
Na deze analysefase wordt het ventilatieconcept geïmplementeerd met behulp van een besturingssysteem op een hoger niveau. Systemen zoals het innovatieve AERsmart machinebesturingssysteem van AERZEN zijn in staat om de luchtvolumes op een ideale manier te verdelen over de technologieën en hun individuele efficiëntie, waardoor de efficiëntie van de installatie duurzaam wordt verhoogd en dicht bij het theoretische optimum komt. Door slechts het besturingssysteem te optimaliseren, kan een aanzienlijk besparingspotentieel tot 15% worden bereikt. Naast de eigen Performance³-serie kunnen ook producten van derden worden bestuurd.
De unieke eigenschap van het AERsmart vergrendelende besturingssysteem is de mogelijkheid om de vereiste zuurstofvraag op elk moment zodanig over de machines te verdelen dat elk belastingspunt op het meest efficiënte werkpunt kan worden aangedreven. De regelaar gebruikt de respectieve karakteristiekenkaarten en rendementen van de blowers en selecteert de combinatie van blowertechnologieën die het meest geschikt is voor het huidige bedrijfspunt.
Grondstofbesparende rioolwaterzuivering met Holzkirchen als voorbeeld
Het voorbeeld van de rioolwaterzuiveringsinstallatie in Holzkirchen laat op indrukwekkende wijze zien hoe grondige rioolwaterzuivering ook kan worden uitgevoerd op een milieuvriendelijke en grondstofbesparende manier. De rioolwaterzuiveringsinstallatie in de buurt van München is verantwoordelijk voor ongeveer 50.000 IE en verbruikt jaarlijks ongeveer 500.000 kWh elektriciteit. Door het geïntegreerde besturingssysteem AERsmart te integreren, is de rioolwaterzuiveringsinstallatie in Holzkirchen erin geslaagd om optimaal gebruik te maken van de voordelen van verschillende blowertechnologieën. Het resultaat: Een energiebesparing van ongeveer 10% en een vermindering van de jaarlijkse elektriciteitsbehoefte van ongeveer 50.000 kWh.
