Úprava vody prochází hlubokou transformací a nabývá na významu na celém světě. Voda je stále vzácnější komoditou. Zejména v chudších zemích není k dispozici v dostatečném množství. Nedostatky jsou stále více viditelné v důsledku rostoucí poptávky ze strany průmyslu, zemědělství a výroby energie. Přestože problémy, jako je nedostatek vody, mají v Německu jen omezený význam, odpovědný přístup k vodě, který šetří zdroje, je pro budoucnost důležitou záležitostí. Úprava vody hraje klíčovou roli z hlediska dostupnosti vody. Přibližně 80 procent odpadních vod na celém světě stále zůstává neošetřených, i když v mnoha případech by bylo jejich čištění technicky možné. Z dlouhodobého hlediska tedy existuje značný potenciál pro významné snížení spotřeby vody v průmyslu.
Současně se zaměřujeme na energetickou účinnost, zejména v průmyslových zemích. Úpravny odpadních vod jsou díky energeticky náročným procesům v provzdušňovacích nádržích považovány za skutečné žrouty energie. Na pozadí ambiciózních cílů v oblasti ochrany klimatu a rostoucích cen energie se energetická účinnost při úpravě vody stane jednou z hlavních otázek budoucnosti.
Zejména v oblasti energetických technologií pro nádrže na čištění odpadních vod je zřejmé, že spolehlivé technologie pro udržitelné snížení nákladů na energii již existují a z pohledu provozovatelů jsou vysoce atraktivní. Investice do moderní ventilační technologie se vyplácejí velmi rychle a zlepšují účinnost zařízení bez zbytečných nákladů, zejména v případě starších úpraven vody. Úprava vody budoucnosti má dalekosáhlý potenciál ke zmírnění nedostatku vody, podpoře odpovědného nakládání se surovinami a snižování spotřeby energie. Příkladem s velkým potenciálem pro budoucnost je výroba energie z odpadní vody.
Jedním z nejdůležitějších problémů budoucnosti v oblasti úpravy vody je výroba energie z odpadní vody. Princip této myšlenky je jednoduchý: Pevné látky obsažené v odpadních vodách, jako jsou exkrementy, toaletní papír nebo jiné částice, mohou být obecně použity v bioplynových stanicích k výrobě elektrické energie a tepla. Technologie pro tento proces již byly úspěšně použity, ale stále ještě existuje dostatek prostoru pro růst. Z tohoto důvodu jsou v současné době zkoumány a testovány nové technologie zaměřené na zvýšení spalování kalů ve formě prototypů – se slibnými výsledky.
Než se však naplno využije potenciál odpadních vod při výrobě energie, je ještě třeba překonat mnoho překážek. Jednou z výzev je výrazně zvýšit procento pevných látek, které mohou být extrahovány z odpadní vody před vlastním procesem čištění. Toho lze dosáhnout například přidáním polymerů, které způsobují shlukování kalu.
Energetická účinnost je nejdůležitějším problémem pro úpravu vody budoucnosti. Na jedné straně se provozovatelé čistíren odpadních vod setkávají s neustále přísnějšími předpisy na ochranu životního prostředí ze strany politiků. Na druhé straně musí zavádět opatření k potlačení rostoucích cen elektřiny. Abychom pochopili důležitost energetické účinnosti nádrží na čištění odpadních vod, musíme se podívat na energetickou bilanci úpravny.
Přibližně 10 200 úpraven odpadních vod instalovaných v Německu spotřebuje ročně zhruba 4 400 gigawatthodin (GWh) elektrické energie. To odpovídá specifické spotřebě 35 kWh/populační ekvivalent za rok. Úpravny odpadních vod jsou proto stále zodpovědné za zhruba 0,7 % energie spotřebované v Německu.
Ukazuje se, že provzdušňování je zdaleka největším spotřebitelem u téměř všech čistíren odpadních vod s kalovými procesy. Zatímco procento energie spotřebované čistírnami s aerobní stabilizací kalu je mezi 60 a 80 %, u čistíren s vyhníváním kalu se jedná o zhruba 50 %. Navíc jsou zde další spotřebitelé energie, kteří však nejsou tak významní jako proces odkalování. Shrnutí hlavních spotřebitelů energie:
Pohled na průměrnou spotřebu energie těchto čistíren ukazuje, že největší potenciál pro snížení spotřeby energie spočívá v provzdušňování provzdušňovacích nádrží a ve stále spuštěných čerpacích stanicích, například na vstupu, pomocném zvedacím mechanismu a vnitřní recirkulaci. Provzdušňování provzdušňovacích nádrží hraje nejdůležitější roli, proto bude toto hledisko později analyzováno podrobněji.
Zvyšování energetické účinnosti provzdušňovacích nádrží a používání kalového plynu nebo bioplynu k výrobě energie a tepla nejsou jedinými opatřeními na cestě k úpravě vody budoucnosti. Další potenciál například spočívá v integraci systémů obnovitelných energií do energetických systémů úpraven odpadních vod.
Například je možné nainstalovat na pozemky úpraven odpadních vod solární články nebo větrné turbíny, aby se dále zlepšil poměr generované energie k celkové spotřebě energie. Současně je třeba mít na paměti, že tato opatření podléhají stejným omezením jako jiná místa a ziskovost investice závisí na převládajících podmínkách, jako je místní sluneční svit a větrné podmínky. Přestože využití solárních kolektorů k výrobě tepla je zvláště zajímavé pro čistírny bez vyhnívání kalu, bude tento přístup pravděpodobně hrát v budoucnu pouze vedlejší roli. U čistíren s aerobní stabilizací kalu je v létě obvykle k dispozici nadbytek tepla, což činí toto opatření pro tento typ čistírny odpadních vod zbytečným. Další opatření k zajištění energeticky účinné úpravy vody v budoucnosti se snaží využít elektřinu z vodní energie na vstupech a výstupech z úpravny odpadních vod. Tento přístup však nabízí pouze omezený potenciál, protože dostupná spádová výška je nízká a množství generované energie neodůvodňuje vynaložené úsilí a náklady.
Zejména v případě větších čistíren se spalováním kalů se doporučuje používat odpad zachycený na roštové mříži jako další zdroj paliva k dalšímu zvýšení energetické účinnosti. Potenciál této technologie je však omezen použitím myček roštových mříží, které snižují hromadění odpadu.
z důvodu vysoké spotřeby energie. V závislosti na úpravně odpadních vod představuje provzdušňovací proces 60 až 80 % celkové energetické potřeby, a to je důvod, proč je provzdušňování obzvláště důležité pro čištění vody budoucnosti.
Abychom pochopili, proč provzdušňovací nádrže spotřebovávají tolik energie, podívejme se krátce na procesy v biologickém čisticím systému. Provzdušňovací nádrže zbavují mechanicky předčištěnou odpadní vodu organických látek, jako jsou fosfáty a sloučeniny dusíku. Tento rozklad je ovlivněn mikroorganismy, jako jsou bakterie, provzdušněný kal.
K biologickému odstranění fosfátů z odpadní vody v prvním kroku je v první části nádrže udržována nízká hladina kyslíku. Do odpadní vody se pak zavádí velké množství kyslíku formou stlačeného vzduchu. Bakterie se díky kyslíku rychle množí, což způsobuje, že se fosfáty váží s biologickým kalem, když se kombinují s rozpuštěným srážedlem. Kal se pak rozkládá v dočišťovacích nádržích a může být přiváděn zpět do provzdušňovacích nádrží nebo dopraven do systému zpracování kalů. Tento proces využívá velké množství energie kvůli používání velkého množství stlačeného vzduchu.
Výzva provzdušňovací technologie spočívá zejména v zajištění přívodu vzduchu na základě poptávky, schopného zvládnout závažné kolísání profilů zatížení a různé úrovně kontaminace. Starší čistírny odpadních vod jsou často vybaveny dmychadlovými technologiemi, které vždy dodávají stejné množství kyslíku bez ohledu na situaci dodávky, i když to není vždy nutné. Výzva proto spočívá v implementaci provzdušňování řízeného poptávkou na jedné straně a na straně druhé v co nejefektivnějších dodávkách pro rozsahy částečného zatížení profilu zatížení.
Pro efektivní dodávku energie do provzdušňovacích nádrží spoléhá AERZEN na portfolio produktů, které se skládá z jedné nebo více technologií dmychadel implementovaných v souladu s individuálními požadavky každé čistírny odpadních vod. Tento přístup umožňuje dosáhnout maximální účinnosti a plně zužitkovat potenciál úspor.
Složení portfolia: turbodmýchadla, dmychadla s rotačními písty a kompresory se stočenými rotačními písty. Zatímco turbodmychadla jsou například konstrukčně působivě energeticky účinná, stroje s rotačními písty vynikají z hlediska nastavitelnosti a téměř neměnnou účinností v rozsahu částečného zatížení. Jako hybridní systém kombinuje kompresor s rotačním pístem výhody technologie dmychadla a kompresoru v jediném systému. V závislosti na aplikaci je vhodné zvolit pro danou situaci kombinaci různých technologií nebo nejúčinnější technologii. Současně je možné instalovat nejen různé technologie, ale také různé velikosti. A další potenciál pro úspory lze realizovat, pokud je tento přístup kombinován s inteligentním centrálním řídicím systémem.
Zkušenosti ukazují, že podstatných úspor energie lze dosáhnout optimalizovaným provzdušňováním. Například instalací turbodmychadla a systému Delta Hybrid Aerzen se čistírně odpadních vod Rheda-Wiedenbrück podařilo za rok uspořit 40'000 eur v nákladech na energii.
STRÁNKY NA TÉMA ČIŠTĚNÍ ODPADNÍCH VOD VE SVĚTĚ:Úprava vody a odpadní vody | Služby pro provozovatele čistíren odpadních vod | Případové studie | Performance³ | Wastewater treatment guide | Kalkulátor výkonnosti
