Optymalne planowanie budowy instalacji zapewnia efektywne oczyszczanie ścieków
Oczyszczanie biologiczne w zbiorniku napowietrzającym jest nie tylko kluczowym etapem w najpopularniejszych procesach oczyszczania ścieków, ale jest także etapem najbardziej energochłonnym. Jeśli operatorzy chcą poprawić bilans energetyczny swoich oczyszczalni ścieków, optymalizacja napowietrzania w reaktorach biologicznych daje im dużą swobodę projektową. Dlatego też głównymi kwestiami przy budowie instalacji są: prawidłowe dobranie napowietrzaczy, wybór odpowiednich technologii i inteligentne, oparte na danych, sterowanie ich pracą w reaktorze biologicznym. Zużycie energii i emisje można znacznie ograniczyć poprzez zintegrowane planowanie w ramach nowych projektów i renowacji.
Czynniki efektywnego oczyszczania ścieków
Aby całościowe prace związane z oczyszczaniem ścieków zakończyły się sukcesem, należy w odpowiednim stopniu uwzględnić wszystkie istotne parametry docelowe:
- Wydajność oczyszczania
- Stabilność operacyjna
- Koszty
Wydajność oczyszczania, jako miara jakości oczyszczania ścieków, stanowi najwyższy priorytet w oczyszczalni ścieków. Ponadto konieczne jest przestrzeganie obowiązujących limitów prawnych, które w zależności od sposobu wykorzystania uzdatnionej wody, mogą być nawet bardziej surowe niż minimalne wymagania niemieckiego rozporządzenia w sprawie ścieków. W podobnym kontekście należy postrzegać stabilność zakładu. Oczyszczalnia ścieków musi osiągać wymagane parametry wydajności nawet przy obciążeniach uderzeniowych. Jednak wyeksploatowane urządzenia, które przekroczyły swój okres użytkowy i tryby pracy powodujące duże zużycie materiału, mogą nie sprostać temu wyzwaniu.
Koszty energii są w zasadzie jedynym czynnikiem kosztowym, na który można znacząco wpłynąć w codziennej pracy oczyszczalni ścieków. Pozostałe koszty, takie jak koszty personelu obsługującego lub konserwacji, należy zasadniczo przyjąć jako stałe. Przy budowie nowego zakładu kluczowe decyzje dotyczące późniejszego zapotrzebowania na energię podejmowane są już na wczesnym etapie. Jednak w puli około 10 000 komunalnych oczyszczalni ścieków w całym kraju nowe inwestycje stanowią wyraźny wyjątek.
Dlatego też znacznie częściej dochodzi do wymiany podzespołów w istniejących instalacjach. W praktyce jednak dzieje się tak zwykle tylko wtedy, gdy konieczna jest wymiana wadliwej technologii – w bardzo nielicznych przypadkach robi się to „jedynie” w celu optymalizacji struktury kosztów. Każdy, kto chce skutecznie obniżyć koszty bieżące eksploatacji oczyszczalni ścieków powinien jednak zacząć od określenia zapotrzebowania na energię, ponieważ w tym obszarze można osiągnąć znaczną poprawę nawet bez wymiany większych elementów instalacji.
Projekt konfiguracji oczyszczalni i dobór parametrów eksploatacyjnych mają również wpływ na inne ważne czynniki, takie jak rodzaj i ilość osadu ściekowego oraz możliwości odzysku składników odżywczych.
Oczyszczanie ścieków: Aspekty energetyczne
Wastewater treatment plants account for around 20 percent of the energy consumption of municipal facilities. This shows what a beneficial impact energy savings can have on a municipality's finances. However, the fact that wastewater treatment is energy-intensive and therefore represents a large savings potential is also true of commercial plants. In addition to the financial perspective, there is the ecological perspective: In a study conducted by the Federal Environment Agency, operators can achieve average savings of 30 percent without investing in new machinery, thus avoiding emissions of around 900,000 tonnes of CO2 per year.
Napowietrzenie ścieków w reaktorze, w którym odbywa się oczyszczanie biologiczne, stanowi ok. 50 procent zużycia energii przez oczyszczalnię ścieków. Dodatkowo zakłady oczyszczania osadów ściekowych posiadają mieszadła pracujące w trybie ciągłym. Każdy z pozostałych etapów procesu odpowiada za stosunkowo niewielką część całkowitego zużycia energii i ma odpowiednio niższy priorytet w projektach optymalizacji konstrukcji instalacji.
However, wastewater treatment plants are not just consumers of energy; in many cases, they also produce it. The wastewater treatment plants of size classes 4 and 5, which in Germany account for the majority of the population (PE), pump wastewater sludge (a by-product of wastewater treatment) into what are known as digestion towers. With the addition of heat energy, the decomposition of the sludge's organic components produces thermally usable digester gas.
Block-type thermal power stations convert the gas into electricity and heat. Reducing energy requirements is therefore not the only starting point for improving efficiency. In addition, there is also great potential in increasing one's own electricity and heat yield and thus reducing externally procured energy for the operation of blowers, pumps and agitators as well as for heating the digester tank. AERZEN also offers solutions and concepts for this comprehensive approach to plant construction and integrates energy generation into the planning.
Napowietrzanie jako główny obszar zainteresowania w budowie instalacji
Napowietrzanie aktywnego reaktora biologicznego, wymagane do procesu oczyszczania biologicznego, w dużych oczyszczalniach ścieków odpowiada za około 50 procent całkowitego zużycia energii, a w przypadku mniejszych oczyszczalni odsetek ten jest jeszcze wyższy. Dlatego też tu właśnie należy podjąć wysiłki w celu zmniejszenia kosztów bieżących. Niezależnie od tego, czy chodzi o planowanie nowej inwestycji, czy o wymianę parku maszynowego, fachowe dostosowanie konfiguracji systemu do indywidualnych wymagań oczyszczalni ścieków może spowodować znaczną poprawę. Technologia dmuchaw, liczba i wielkość poszczególnych urządzeń oraz inteligentne sterowanie dają duże możliwości projektowe. Firma AERZEN od dziesięcioleci ściśle współpracuje z operatorami oczyszczalni ścieków i uwzględnia ich wymagania w rozwoju produktów i rozwiązań.
Aby wesprzeć klientów w ogólnej optymalizacji ich procesu napowietrzania, firma AERZEN oferuje nie tylko wysoce zaawansowaną technologię dmuchaw w ramach koncepcji Performance3, ale także odpowiednie oprogramowanie sterujące i specjalistyczną wiedzę w zakresie koordynacji systemu. AERZEN wspiera klientów już na etapie planowania i wspólnie z nimi opracowuje odpowiednie projekty. Doświadczenie z szerokiej gamy projektów i specjalnie opracowane pomoce planistyczne pomagają znaleźć szybkie, rozsądne i przyszłościowe rozwiązanie.
Wybór systemu napowietrzania determinuje zapotrzebowanie energetyczne etapu oczyszczania biologicznego w horyzoncie długoterminowym. Dzieje się tak dlatego, że stacje dmuchaw często można wymienić jedynie w ramach inwestycji wymiany. W obu przypadkach planowania, czyli przy budowaniu nowych obiektów, jak i przy remoncie, kluczowy jest zatem wybór optymalnej technologii i odpowiedniego modelu. Ze względów technicznych różne technologie dmuchaw mają różną charakterystykę działania, a do tego istotną rolę odgrywa także wielkość poszczególnych jednostek.
Firma AERZEN oferuje swoim klientom dmuchawę wyporową Delta Blower, sprężarkę rotacyjną Delta Hybrid i turbodmuchawę Aerzen Turbo. Chociaż turbodmuchawy są wyjątkowo energooszczędne przy pracy na poziomie parametrów projektowych, obsługują węższy zakres obciążenia niż inne typy technologiczne. Z kolei maszyna rotacyjna lobowa ma większy zakres regulacji. System może zatem bardzo skutecznie radzić sobie ze zmiennymi obciążeniami, ponieważ wydajność pozostaje prawie identyczna we wszystkich punktach pracy.
To oznacza, że dostępne są różne technologie dmuchaw, charakteryzujące się różnymi zaletami. Zadaniem projektanta systemu jest skonfigurowanie ich w system napowietrzania w taki sposób, aby połączyć ich mocne strony i optymalnie obsługiwać wszystkie profile obciążenia. Możliwość jednoczesnego używania agregatów o różnych rozmiarach i organizowania ich pracy na różne sposoby zapewnia dalszą swobodę planowania. Specjaliści ds. zastosowań AERZEN wykonują analizę profili zużycia i obciążeń, aby zapewnić bazę danych do dalszego planowania.
Podstawą optymalnego wykorzystania zwiększonej elastyczności jest jednak odpowiednia baza danych. Brak informacji o warunkach pracy poszczególnych elementów instalacji oraz charakterystyce obciążenia oczyszczalni utrudnia wykorzystanie potencjału nowoczesnej technologii oczyszczalni.
Chociaż na działalność oczyszczalni ścieków co do zasady duży wpływ ma doświadczenie jej personelu, wykorzystanie istniejącego potencjału efektywności wymaga ponownego przemyślenia. Dotyczy to szczególnie etapu napowietrzania, gdzie zmieniające się obciążenia i stacje dmuchaw, które składają się z agregatów o różnych właściwościach, wymagają inteligentnego sterowania opartego na danych. Monitorowanie zużycia energii przez najbardziej energochłonne podzespoły instalacji i pomiar strat ciśnienia to warunek wstępny optymalizacji zużycia energii i wczesnego wykrywania usterek. Mimo to gromadzenie danych nie jest jeszcze standardem, zwłaszcza w mniejszych oczyszczalniach ścieków. Jednak coraz niższe ceny odpowiedniej technologii pomiarowej ułatwiają modernizację.
Gromadzenie danych stanowi nieodłączną część procesu planowania w przypadku zmiany konfiguracji stacji dmuchaw i określaniu indywidualnej strategii sterowania. Podczas AERaudit eksperci AERZEN rejestrują zmiany przepływu objętościowego w czasie, wahania ciśnienia w systemie oraz przebiegi temperatur i zużycia energii. Dane te umożliwiają kompleksową analizę profilu obciążenia zbiornika napowietrzającego. Na tej podstawie specjaliści ds. budowy oczyszczalni opracowują koncepcję instalacji optymalnie dostosowaną do indywidualnej charakterystyki oczyszczalni ścieków. Celem tych działań jest korzystne dla zakładu dopasowanie charakterystyk poszczególnych typów technologicznych dmuchaw i rozmiarów agregatów.
Układ sterowania oczyszczalnią określa, która z dmuchaw powinna pracować i w jakim punkcie pracy przy danym całkowitym obciążeniu oczyszczalni. Zintegrowany system sterowania AERsmart rozdziela przepływ objętościowy na poszczególne maszyny w sposób zapewniający optymalizację ich wydajności. Umożliwia to systemowi sterowania szybkie reagowanie na zmiany obciążenia spowodowane dużą ilością ścieków i wysokim poziomem zanieczyszczeń. Globalny system sterowania pozwala osiągnąć oszczędność energii do 15 procent. Korzystając z najnowocześniejszej technologii dmuchaw, operatorzy instalacji mogą zredukować energię napowietrzania nawet o 50 procent. Decydującym czynnikiem jest jednak zawsze opracowanie przez producenta instalacji spójnej koncepcji ogólnej.
The energetic optimisation of aeration enables considerable reduction of a wastewater treatment plant's energy costs and emissions. Implementation is often difficult in practice, and especially in municipal institutions. Although investments in blower technology quickly pay for themselves thanks to the high efficiency gains, getting the funds released presents an obstacle to implementation.
A blower station can often only be replaced by plant constructors as part of an already necessary replacement procurement. This makes Performance3 from AERZEN particularly flexible, meaning that all wastewater treatment plants can improve their energy efficiency. In addition to the latest blower technologies from the company's own portfolio, existing units from third-party manufacturers can also be integrated into the smart global control system. Of course, the control unit can also manage a single machine. Even system operators who are unable to completely replace the aeration unit in the medium term can thus achieve double-digit percentage improvements in energy efficiency.
