Очистка сточных вод претерпевает глубокие преобразования и приобретает все большее значение во всем мире. Вода становится все более дефицитным товаром. Особенно в нуждающихся странах ее количество значительно ограничено. Этот дефицит становится все более ощутимым в связи с растущим спросом со стороны промышленности, сельского хозяйства и энергетических предприятий. И несмотря на то что такие проблемы, как нехватка воды, для Германии не так актуальны, ответственный и ресурсосберегающий подход к использованию воды имеет важное значение для будущего. Водоподготовка играет ключевую роль в вопросе доступности воды. Около 80 процентов сточных вод во всем мире по-прежнему не подвергаются очистке, хотя во многих случаях это технически возможно. Поэтому в долгосрочной перспективе существует огромный потенциал для значительного снижения уровня потребления воды промышленными предприятиями.
В то же время особое внимание также уделяется энергоэффективности,особенно в странах с развитой экономикой. Очистные сооружения относятся к крупнейшим потребителям энергии из-за энергоемких процессов в аэрационных бассейнах. На фоне амбициозных целей по защите климата и роста цен на энергоносители энергоэффективность процесса водоочистки станет одним из главных вопросов будущего.
В частности, стало очевидно, что в области энергетических технологий для водоочистных бассейнов уже существуют надежные технологии для стабильного снижения энергопотребления, которые весьма привлекательны для операторов. Инвестиции в современные вентиляционные технологии окупаются очень быстро и повышают эффективность работы станции без лишних затрат, особенно при внедрении на старых водоочистных сооружениях. Водоочистка будущего обладает многообещающим потенциалом для уменьшения дефицита воды, содействия ответственному управлению сырьевыми ресурсами и снижения энергопотребления. В качестве примера с большим потенциалом в будущем можно привести производство энергии при переработке сточных вод.
Одним из важнейших вопросов будущего в области водоочистки является производство энергии при переработке сточных вод. Каждый кубический метр сточных вод содержит в четыре раза больше энергии, чем потребляется при очистке этой воды; таким образом, с чисто теоретической точки зрения водоочистная станция может производить больше энергии, чем она потребляет. Это мнение основывается на простом принципе: содержащиеся в сточных водах твердые частицы, такие как фекалии, туалетная бумага или другие твердые вещества, как правило, могут использоваться в биогазовых установках для производства электрической энергии и тепла. Технологии для этого процесса уже успешно внедряются, но еще есть множество возможностей для роста. Поэтому в настоящее время исследуются и испытываются прототипы новых технологий, направленных на увеличение объемов сжигания осадка — со впечатляющими результатами.
Однако предстоит преодолеть еще множество препятствий, прежде чем весь потенциал сточных вод в отношении производства энергии будет реализован. Одной из задач является значительное увеличение доли твердых веществ, которые можно извлечь из сточных вод до фактического процесса очистки. Этого можно добиться, например, путем добавления полимеров, вызывающих комкование осадка.
Энергоэффективность при водоочистке является наиболее важным вопросом будущего. С одной стороны, операторы очистных сооружений постоянно сталкиваются со все более жесткими экологическими требованиями со стороны политиков. С другой стороны, им необходимо вводить меры по повышению эффективности, чтобы защититься от роста цен на электроэнергию. Для того чтобы понять важность энергоэффективности водоочистных бассейнов, целесообразно рассмотреть энергетический баланс очистных сооружений.
Около 10200 очистных сооружений, работающих в Германии, потребляют в общей сложности около 4400 гигаватт-часов (ГВт·ч) электроэнергии в год. Это соответствует удельному потреблению 35 кВт·ч на эквивалентное число жителей в год. Поэтому на долю водоочистных сооружений до сих пор приходится около 0,7 % потребляемой в Германии электроэнергии.
Как выяснилось, на процесс аэрации затрачивается наибольшее количество энергии на почти всех водоочистных станциях с переработкой осадка: в то время как на очистных сооружениях с аэробной стабилизацией осадка доля потребляемой электроэнергии составляет от 60 % до 80 %, на очистных сооружениях с технологией сбраживания осадка она по-прежнему составляет около 50 %. Кроме того, присутствуют и другие потребители энергии, которые не так значительны, как технология переработки осадка. Краткий обзор основных потребителей энергии
Анализ среднего энергопотребления этих сооружений показывает, что наибольший потенциал для снижения энергозатрат обнаруживается для процесса аэрации аэрационных бассейнов, для постоянно работающих насосных станций, например, установленных на входе, для промежуточного подъемного механизма и для внутренней рециркуляции. Аэрация аэрационных бассейнов играет наиболее важную роль, поэтому ниже этот аспект будет рассмотрен подробнее.
Повышение энергоэффективности аэрационных бассейнов и использование шлама или газа вторичной переработки для производства энергии и тепла — это не единственные меры на пути к водоочистке будущего. Дополнительный потенциал кроется, например, в интеграции возобновляемых источников энергии в энергетические системы водоочистных сооружений.
Например, на территории очистных сооружений можно установить солнечные батареи или ветроэнергетические установки для дальнейшего улучшения соотношения вырабатываемой энергии к общему энергопотреблению. В то же время необходимо учитывать то, что эти меры сопряжены с теми же ограничениями, что и для других объектов, а рентабельность инвестиций зависит от преобладающих условий, таких как количество солнечного света и ветровая обстановка на месте. И хотя использование солнечных коллекторов для производства тепла также представляет особый интерес для станций без сбраживания осадка, в будущем этот подход, вероятно, будет играть лишь второстепенную роль. На очистных сооружениях с аэробной стабилизацией осадка, как правило, в летнее время уже наблюдается избыток тепла, что делает эту меру излишней для такого типа водоочистных станций. Другие меры по обеспечению энергоэффективной водоочистки в будущем направлены на использование гидроэлектроэнергии на участках входа и выхода водоочистной станции. Однако этот подход имеет лишь ограниченный потенциал, поскольку имеющаяся высота падения незначительна, а количество вырабатываемой энергии не оправдывает усилий и затрат.
Например, для более крупных сооружений с сжиганием осадка рекомендуется использовать отфильтрованный мусор в качестве дополнительного источника топлива для дальнейшего повышения энергоэффективности. Однако возможности этой технологии ограничены из-за использования очистителей отфильтрованного мусора, которые сокращают его накопление.
в связи с высоким энергопотреблением. В зависимости от станции очистки сточных вод на процесс аэрации приходится от 60 % до 80 % общих энергозатрат, поэтому оптимизация процесса аэрации имеет особое значение для водоочистки в будущем.
Для того чтобы понять, почему аэрационные бассейны потребляют такое количество энергии, необходимо вкратце рассмотреть процессы, протекающие в системе биологической очистки. Аэрационные бассейны очищают сточные воды, которые уже прошли предварительную механическую очистку, от органических веществ, таких как фосфаты и азотсодержащие соединения. Процесс разложения происходит под действием микроорганизмов, таких как бактерии, образующих аэрированный шлам.
Для биологического удаления фосфатов из сточных вод на начальном этапе в первой части бассейна поддерживается низкое содержание кислорода. Затем в сточные воды подается большое количество кислорода с помощью сжатого воздуха. Благодаря кислороду бактерии быстро размножаются и способствуют связыванию фосфатов с биологическим шламом в сочетании с растворенным осаждающим реагентом. Затем осадок подвергается разложению в бассейнах вторичной очистки и может подаваться обратно в аэрационные бассейны или в систему переработки осадка. Из-за подачи большого количества сжатого воздуха этот процесс является крайне энергоемким.
Задача аэрационной технологии в первую очередь заключается в обеспечении подачи воздуха согласно потребностям, которая позволит справиться с сильными колебаниями профилей нагрузки и с различными уровнями загрязнения. На более старых очистных сооружениях часто применяются воздуходувные технологии, которые всегда подают одинаковое количество кислорода вне зависимости от ситуации, даже если в этом нет необходимости. Поэтому задача заключается в том, чтобы, с одной стороны, обеспечить аэрацию в зависимости от потребностей, а с другой стороны, подавать кислород в диапазонах частичной нагрузки с максимальной эффективностью.
Для эффективной подачи энергии в аэрационные бассейны компания AERZEN использует комбинацию продуктов, состоящую из одной или нескольких воздуходувочных технологий, устанавливаемых в соответствии с индивидуальными потребностями каждой водоочистной станции. Такой подход позволяет достичь максимальной эффективности и полностью использовать потенциал экономии.
Ассортимент продукции включает турбовоздуходувки, воздуходувки нагнетательного действия и роторно-лопастные компрессоры. Выигрыш очевиден: каждая из этих технологий имеет свои преимущества и сильные стороны, которые можно адаптировать к индивидуальным требованиям. В то время как турбовоздуходувки, например, выгодно отличаются своей энергоэффективной конструкцией, роторно-поршневые агрегаты впечатляют своими возможностями регулирования и практически неизменной эффективностью в диапазоне частичной нагрузки. Благодаря своей гибридной конструкции роторно-лопастной компрессор сочетает в себе преимущества воздуходувки и компрессора в одной системе. В зависимости от области применения рекомендуется выбирать либо комбинацию различных технологий, либо наиболее эффективную технологию для конкретной ситуации. В то же время можно внедрять не только разные технологии, но и оборудование различного размера. Кроме того, дополнительный потенциал экономии может скрываться в сочетании этого подхода с интеллектуальной глобальной системой управления.
Опыт показывает, что оптимизация аэрационного процесса позволяет достичь значительной экономии энергии. Например, благодаря установке турбовоздуходувки и гибридной воздуходувки Delta Hybrid от компании Aerzen на очистных сооружениях Реде-Виденбрюка удалось снизить энергозатраты 40'000 евро в год.
СТРАНИЦЫ В РАЗДЕЛЕ ПО ОЧИСТКЕ СТОЧНЫХ ВОД В МИРЕ:Водоподготовка и очистка сточных вод | Услуги для операторов водоочистных сооружений | Примеры из практики | Performance³ | Wastewater treatment guide | Калькулятор производительности
