Vysoká škola chemicko technologická v Praze Ústav technologie vody a prostředí VÝVOJ KALOVÉHO HOSPODÁŘSTV STVÍ 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 p odpadní vody, zbytek byl vypouštěn n do Vltavy po mechanickém předčištění. Poslední intenzifikace ukončena v roce 1997 a je v podstatě provizoriem, které biologicky čistí a částečně nitrifikuje celý přítok p odpadní vody. 2
Kalové hospodářstv ství ÚČOV Praha primární kal přebytečný kal zahušťovací odstředivky strojovny A B 1 3 5 7 9 manipulační nádrže fugáty odvodňovací odstředivky stabilizovaný kal Teoretický objem: I 6 x 5166 m 3 II 6x 4690 m 3 C 11 I II bioplyn energo centrum 3
Kalové hospodářstv ství ÚČOV v devadesátých letech Od r. 1993 - postupně instalovány ny 4ks odvodňovac ovacích ch odstředivek Centripress 4-1. Dosaženo snížen ení objemu kalů (při i produkci 70 tun sušiny VK/den) oproti pásovým p lisům Bellmer o 45%. R. 1994 započalo alo separátn tní zahušťov ování přebytečného aktivovaného kalu pomocí zahušťovac ovacích ch odstředivek typu BSC 4-24 2 od KHD Humboldt-Wedag Wedag. 4
Kalové hospodářstv ství ÚČOV v devadesátých letech tun/rok 45000 40000 35000 30000 25000 20000 15000 10000 5000 0 PK ZPAK SSK 1990 1991 1992 1993 1994 1995 rok PK primárn rní kal; ZPAK zahuštění přebytečný aktivovaný kal; SSK směsný sný surový kal 1996 1997 1998 1999 5
Kalové hospodářstv ství ÚČOV v devadesátých letech- anaerobní stabilizace VN I I je při p i pouze hydraulickém m míchm chání (externí recirkulace) ) využita jen z 54,3%, středn ední doba zdržen ení je při p i denní dávce kalu 450 m 3 pouze 4,3 dne VN I I je při p i souběž ěžném m míchm chání (externí recirkulace a míchm chání pneumatické) ) využita ze 75,1%, středn ední doba zdržen ení se zvýšila na 5,1 dne. VN II není míchaná,, její objem zvyšuje dobu zdržen ení v prvním m případp padě (mích chání pouze hydraulické) na 7,3 dne, ve druhém m případp padě na 9,0 dne.. 6
Kalové hospodářstv ství ÚČOV v devadesátých letech- anaerobní stabilizace etapa Denní produkce BP Nm 3 /d Specifická produkce BP Nm 3 /t VLorg. Přived ené OL t/d Dosažitelná výroba energie MWh el /d MWh t /d 1994-1996 22591 445 50,84 50,06 77,33 1997-1998 24169 493 49,05 53,56 82,73 1999-2001 32655 448 73,05 72,36 111,78 2005-2006 45491 652 69,72 100,81 155,72 7
Intenzifikace kalového hospodářstv ství na ÚČOV Praha Jedním m z klíčů intenzifikace kalového hospodářstv ství je optimalizace anaerobní stabilizace to jest zvýšen ení produkce bioplynu.. Toho lze dosáhnout: zvýšen ením m množstv ství přiváděných organických látek, optimalizací technologických podmínek procesu, předúpravou přebytep ebytečného aktivovaného kalu desintegrací, termofilní anaerobní stabilizací. 8
Intenzifikace kalového hospodářstv ství na ÚČOV Praha Pro intenzifikaci anaerobní stabilizace kalů byly na ÚČOV Praha zvoleny dvě vzájemn jemně se umocňuj ující metody a to zavedení: lyzace přebytečného aktivovaného kalu termofilní anaerobní stabilizace směsn sného 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 nádrn drží VN 5 (VN 6) dne 1.11.1997, postupným zvyšov ováním m teploty v prvním m stupni, konečné teploty 55 C C bylo dosaženo 4.6.1998. Plné výkonnosti termofilního procesu bylo dosaženo aža za cca 12 měsíců. m Přechod další ších nádrn drží na termofilní provoz již probíhal podstatně rychleji, protože e jako inokulum byla použita biomasa z druhého ho stupně termofilní nádrže. 15
Snížená hladina v mezofilních nádržích pro zvládnutí pěnění 4525 m3 55 o C 38 o C 3600 m3 16
Technologické parametry stabilizačních nádrží zatížen ení nádrže mezofilní : termofilní : 3.1 kg /m3.d VS 3.7 kg /m3.d VS Specifická produkce bioplynu na přivedenou p org.su.sušinu Termofilní Mezofiln zofilní Provozní teplota 55 o C 38 o C (m 3 /kg) 0.71 0.54 (Nm 3 /kg) 0.61 0.48 17
Výkonnost termofilní a mezofilní nádrže produkce bioplynu (m3/nádrž.d) 25000 20000 15000 10000 5000 0 termo m3/nádrž.d mezo m3/nádrž.d 0 10 20 30 40 50 zatížení SK VLorg (t/nádrž.d) 18
19 93 19 95 1997 19 99 20 01 20 03 20 05 20 07 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 p rodukce BP v Nm3/rok 18000000 16000000 14000000 12000000 10000000 8000000 6000000 4000000 2000000 0 BP pec. prod. BP ÚČOV Praha 700 650 600 550 500 450 400 350 300 s pec. prod. B P v N m 3/tunu OL p řid.
Výsledky intenzifikace kalového hospodářstv ství na ÚČOV Praha specifická produkce bioplynu / přivedené organické látky OL v t/den 160 140 120 100 80 60 40 20 0 I.fáze intensifikace anaerobie - lyzace zahuštěného přebytečného kalu, zvyšování spec. produkce - narušeno změnou složení SSK a povodní 14.8.02-28.2.03 - II.fáze intensifikace anaerobie - postupný přechod souboru VN na termofilní fermentaci SSK s lyzovaným ZPAK 800 700 600 500 400 300 200 100 0 spec. produkce BP v Nm3/ tunu OL přid 1.1.1999 1.1.1998 31.12.2000 1.1.2000 30.12.2004 31.12.2003 31.12.2002 31.12.2001 30.12.2006 30.12.2005 20
Vývoj produkce bioplynu ve srovnání s množstv stvím vložených OL produkce BP v Nm3/rok 20000000 15000000 10000000 5000000 BP OL 30000 25000 20000 15000 10000 5000 OL vlož. v tunách/rok 0 0 1999 1998 2001 2000 2003 2002 2005 2004 2007 2006 - lineární trend produkce BP má větší strmost než tentýž trend u OL - tím je doložen růst spec. produkce BP 21
etapa Denní produkce BP Nm 3 /d Specifická produkce BP Nm 3 /t VLorg. Přived ené OL t/d Dosažitelná výroba energie MWh el /d MWh t /d 1994-1996 22591 445 50,84 50,06 77,33 Lyzace 1997-1998 1998 24169 493 49,05 53,56 82,73 Přechodové období 1999-2001 32655 448 73,05 72,36 111,78 Termofílie 2005-2006 2006 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 mám za následek: významné zvýšen ení produkce bioplynu a tím t m i snížen ení množstv ství stabilizovaného kalu a snížen ení obsahu organických látek l v stabilizovaném m kalu; celkové zkapacitnění celého kalového hospodářstv ství a zvýšen ení stability provozu; 23
využit itím m bioplynu v kogeneračních jednotkách se dosáhne soběsta stačnosti ÚČOV ve spotřeb ebě elektrické energie; stávaj vající objemy vyhnívac vacích ch nádrn drží budou naprosto postačuj ující s dostatečnou rezervou v kapacitě a výkonu minimáln lně po dobu další ších 10 let. zvýšen ení hygienického ho zabezpečen ení výstupního stabilizovaného kalu; 24