Marek Holba, Adam Bartoník, Ondřej Škorvan, Petr Horák, Marcela Počinková, Karel Plotěný. Ing Milan Uher

Transkript

1 Marek Holba, Adam Bartoník, Ondřej Škorvan, Petr Horák, Marcela Počinková, Karel Plotěný Ing Milan Uher

2 Náš směr snížení energetické g náročnosti energeticky g y soběstačná ČOV nové technologie zmenšení objemů posun v účinnosti za srovnatelné IN Financování vodárenské infrastruktury

3 Spotřeba energie Průměrné provozní náklady na 98 čistírnách v Rakousku % - na menších ČOV Financování vodárenské infrastruktury

4 Energie odpadních vod Tepelná energie Množství tepelné energie obsažené v odpadní vodě je dána měrnou tepelnou kapacitou vody, které je přibližně ě 42kJ/k 4.2 kj/kg K nebo 42MJ/ 4.2 MJ/m 3 na 1 C teplotní změny. Hydraulická (kinetická a potenciální) energie Potenciální energie je energie vodního sloupce a je rovna 9.8 kj/m 3 na metr výšky. Kinetická energie je rovna 0.18 kj/m 3 při rychlosti proudění 0.6 m/s. Chemická energie Chemická energie je energie obsažená v organické hmotě v odpadní vodě, nejčastěji j vyjadřovaná ve formě chemické spotřeby kyslíku 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/m 3 pro složení běžné komunální vody naměřil na ČOV North Toronto hodnotu 6.3 MJ/m Financování vodárenské infrastruktury

5 Zařízení s nízkou spotřebou energie Čerpadla s nízkou spotřebou energie Kontrola čerpadel Návrh hydrauliky Návrh ČOV Bojlery, výměníky tepla Spotřebiče s nízkou spotřebou Návrh vhodných zařízení Kontrola a optimalizace Zahuštění Odvodnění Čerpání Gravitační spád Vytápění Aerace Míchání Nakládání s kaly Hydraulika Teplo Biologická část SPOTŘEBA ENERGIE ENERGETICKÁ ROVNOVÁHA ZDROJE ENERGIE Nakládání s kaly Hydraulika Teplo Biologická část Spalování Transformace na bioplyn Pyrolýza, Nutrienty Uhlík Dusík Vyhnívání zplyňování Teplo, tepelná energie Kogenerace Přímé využití metanu Elektrická energie z turbín Tepelná energie z tepelných čerpadel Řasová kultura Anaerobní čištění Mikrobiální palivové články Financování vodárenské infrastruktury

6 Efektivní a ekonomický systém 1. optimalizace přístrojového vybavení na či- stírně 2. získávání energie z biomasy z biomasy 3. využití obnovitelné energie procentuální rozdělení spotřeby energie na čistírně o velikosti EO Financování vodárenské infrastruktury

7 Na co se zaměřit Potenciál úspor na jednotlivých ČOV závisí na jejich velikosti, méně ě pak na technologii og Do EO se zaměřujeme na energetický audit jednotlivých spotřebičů a jejich optimalizaci, popřípadě odvodnění kalu a využití obnovitelné energie. Možnost úspor je cca 20 % nákladů U ČOV nad EO je to anaerobní zpracování kalu a možnost využití bioplynu. Možnost úspor je cca od 30 % nákladů Financování vodárenské infrastruktury

8 Srovnání dmychadel Financování vodárenské infrastruktury

9 Srovnání čerpadel Tornow srovnával chod čerpadel 14 kw v čerpací stanici při kontinuálním a diskontinuálním chodu Financování vodárenské infrastruktury

10 Optimalizace řízení biolog. procesů řízení dle koncentrace O 2 vnos O 2 do vodního prostředí novátorské technologie NH 4+ + NO 2 N 2 + 2H 2 O SHARON DEMON ANAMMOX DAXTER Financování vodárenské infrastruktury

11 Optimalizace řízení biolog. procesů Pro tento proces jsou potřebné speciální mikroorganismy, které byly objeveny až v roce Tyto bakterie rostou extrémně pomalu (zdvojnásobení počtu za 11 dnů), jsou i citlivé na zvýšený obsahu dusitanů, což doposud zabraňovalo většímu technickému použití v praxi. Největší vliv měla instalace zařízení DEMON na spotřebu el. energie. Pokles specifických hodnot vztažených na 1kg N byl za 2-3 kwh/kgn na asi 1 kwh/kgn. Zmenšila potřeba kyslíku a zvýšil se potenciál pro tvorbu bioplynu Financování vodárenské infrastruktury

12 Termofilní/mezofilní anaerobie Specifické produkce bioplynu při anaerobním rozkladu surového kalu termofilní a mezofilní anaerobní biomasou 040 0,40 0,35 spec cifická produkc ce [l/g] (BP, CHS SK) 030 0,30 0,25 0,20 0 0,15 0,10 0,05 T SK zat. 0,3 g/g M SK zat. 0,3 g/g 0, doba pokusu [hod] Financování vodárenské infrastruktury

13 Možnosti zvýšení produkce bioplynu % energie v % celkové % elektrické kwh el /kg BP účinnosti účinnosti suš. Zahuštění na 7 %, mezofil. 54,98 30,7 15,5 0,66 Zahuštění na 7%, termofil. 66,41 41,2 22,4 0,97 Termofil. + rekup. 50% tepla ,4 22,4 0,97 Zahuštění na 8%, termofil. 66,41 43,3 22,4 0,97 Desintegrace, termofil. 71,5 45,7 24,1 1,05 Úplná hydrolýza, termofil ,5 28,2 1,23 Spalování SSK 0 45,8 11,5 0, Financování vodárenské infrastruktury

14 Vzorová linka zpracování kalu Elektrická ká energie Teplo PAK ZLC MG Fugát do aktivace Prim. kal 6% suš. 12% suš. ZC Anaerobie 55 C OC Odvodněný kal 30-35% 35% suš. Směšovací prefermentační nádrž Fugát do denitrifikace Termická hydrolýza Fugát do bioaugmentace Financování vodárenské infrastruktury

15 Energetický potenciál kalu kcal/kg sušiny EP v 1 kg sušiny (MJ) kal dřevo domovní odpad uhlí Financování vodárenské infrastruktury

16 Výroba tepelné energie minimální bezdeštný přítok 15 L/s (tj. aplikovatelné ca. od EO) tepelný potenciál v přitékající odpadní vodě (průměrná teplota vzimě by neměla poklesnout pod 10 C) přítomnost spotřebitelů tepla poblíž odběrových míst konkurenční k č zdroje energie, např. ř vytápění ě neovlivnění funkce přívodní kanalizace a čistírny odpadních vod Financování vodárenské infrastruktury

17 Výroba tepelné energie 25 Teplota přítoku 20 Teplota [ C] Datum Financování vodárenské infrastruktury

18 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 Financování vodárenské infrastruktury

19 Výroba tepelné energie Modelování x skutečnost Výkon: Změřeno : W Model: W 2,4 % chyba Výkon Změřeno : W Model: W 10 % chyba Financování vodárenské infrastruktury

20 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 % (zahrnuje externí zdroje energie - solární články, k využití energie větru, atd.) Financování vodárenské infrastruktury

21 Závěr Odpadní voda obsahuje 9x více energie než je potřeba na její j čištění (Shizas and Bagley, 2004) Financování vodárenské infrastruktury

22 DĚKUJI ZA POZORNOST Ing. Milan Uher mobil mail Financování vodárenské infrastruktury