Энергия сточных вод

Сокращение потребления энергии установками для очистки сточных вод

Снижение расходов на энергию является, на сегодняшний день, основным приоритетом не только очистных компаний и организаций водного хозяйства. Сточные воды содержат органические вещества, тепловую и кинетическую энергию, количество которой в 9 раз превышает количество, которое требуется для очистки воды. Мы пародоксально расходуем энергию для очистки воды, которая сама по себе является источником энергии. Становится необходимым оптимизация энергопотребления всех элементов этих систем.


В настоящее время очистные системы не приспособлены для работы в оптимальном энергетическом режиме. Однако этот режим можно настроить, например, путем оптимизации потребления энергии отдельных электрических приборов, путем изменения технологии, использованием тепловой энергии при помощи тепловых насосов для отопления объекта или технологических процессов или повысить производство биогаза.

Spotřeba energie na ČOV

Потенциальная экономия энергии в очистных системах может быть определена следующим образом:

• оптимизация очистных приборов,
• рециклирование энергии,
• получение энергии из биомассы,
• использование возобновляемых источников энергии.

Оптимизация очистных приборов очистной системы:

Оптимизация оснащения очистной системы требует проведения энергетического аудита. Часто расход электроэнергии измеряется, однако эти данные никак не обрабатываются и не анализируются. Эти показатели очень важны для контроля системы (расход электроэнергии), а также для предотвращения аварий (например, если наблюдается повышенный расход электроэнергии, это означает наличие неисправностей и нужно искать причину). После проведения энергетического аудита необходимо произвести следующие действия:

• анализ замены приборов на приборы с однаковой мощностью, но с меньшим потребление энергии, прежде всего у насосных станций и источников подачи воздуха. Решением является замена существующих приборов на низкоэнергетические;

• Оптимизация управления процессами, опять это касается прежде всего насосных станций и источников подачи воздуха. Можно выгодно использовать простые системы моделирования, а на основе этих данных можно настроить работу отдельных приборов в соответствии с реальными потребностями мощности, например, при помощи преобразователей частоты или путем замены устаревших приборов на приборы с более высокой эффективностью.

Оценка «жизненного цикла устройства»

Для насоса с прерывным режимом работы и мощностью 14 кВт инвестиционные расходы составляют 40 % после 5 лет работы при 1000 рабочих часов в год. После 10 лет эти расходы составляют 25%. Наибольшую часть этих расходов составляет расходы на энергию (50% расходов через 5 лет и 63 % расходов через 10 лет) – см. рисунок ниже.

Оценка «жизненного цикла устройства»

 

Рециклирование тепловой энергии:
Установка для рециклирования тепловой энергии состоит из двух частей: теплообменника и теплового насоса. Теплообменник устанавливается прямо в канализацию и поглощает из нее энергию. Обычно выделяют три места в канализации, где возможно проводить рециклирование тепла:
• рециклирование тепла в подводящей канализации перед очистным сооружением
• рециклирование тепла на сбросе из очистного сооружения,
• рециклирование тепла внутри здания. Температура сточных вод является достаточно высокой, а потребители тепла находятся рядом.

Места отбора тепловой энергии из сточных вод
Тепло можно поглощать на сбросе из здания, в канализации или за локальным очистным сооружением. Каждое место имеет свои спецефические условия и ограничения. Отбор на сбросе из объекта или прямо в здании чаще всего ограничен неравномерным и прерывистым потоком. Поэтому надлежащее использование ограничено для объектов с большим количеством сточных вод с постоянным оттоком в рабочее время. Речь идет о пищевых или промышленных предприятих, аквапарках, медицинских организациях. В течении последних лет было проведено достаточно большое количество подобных отборов из сточных или технологических вод (в простых случах только передача энергии через стену теплообменника).
Напротив, в Чешской республике не было случаев отбора энергии сточной воды из канализации или на (за) локальным очистным сооружением, поэтому мы опираемся на опыт наших заграничных коллег, имеющих с этим 20 летний опыт.

                             a. сброс из здания              б.приводящая канализация           в. сброс из ЛОС

Рис.1 Локализация мест с возможностью отбора тепловой энергии сточных вод и возможный способ использования тепла при помощи теплового насоса (отопление, подогрев теплой воды)

Отбор энергии из сточных вод на/за локальным очистным сооружением может проходить относительно гладко по течению у очистных сооружений. При отборе на входе из сильного потока сточной воды, охлаждение воды колеблется в пределах 1К и практически не оказывает влияние на технологию очистки. Охлаждение воды за локальным очистным сооружением является позитивным для потоков, в которые вода в процессе очистки сливается. Место отбора можно расположить прямо в очистном сооружении на основной трассе или на байпасе. Учитывая расположение локального очистного сооружения по отношению к застройке, потенциальные потребители тепла, как правило, находятся далеко от нее. Площадь очистного сооружения обычно включает строительный объект, который отапливается в зимнее время года.

 

Получение энергии из биомассы
Биомасса и ее обработка – обезвоживание осадка.
В настоящее время избыточный ил из очистных сооружений рассматривается как отходы, хотя это очень перспективный источник энергии. С энергетической точки зрения возможно использовать топливный потенциал ила для его обезвоживания вместо использования обычного ископаемого топлива. Энергетический потенциал ила зависит от его состава и жидкости в нем. Исследования подтвердили, что при использовании этой энергии возможно сэкономить 30–40 % использованной энергии в очистных сооружениях. Энергетический потенциал обезвоженного осадка составляет почти 13 МДж..

  кДж/кг сухого вещества 1 кг сырья в мегаджоулях
Обезвоженный ил 3 200 13
Дерево 3 780 16
Отходы из домашнего хозяйства 2 200 9
Уголь 8 000 33