Energija iz otpadne vode

Snížení energetické náročnosti ČOV

Snížení nákladů za energie je dnes hlavní prioritou provozovatelů nejen čistírenských a vodohospodářských společností. Odpadní voda obsahuje organické látky, tepelnou a kinetickou energii, jejíž množství je zhruba 9x vyšší než je potřeba na její čištění. Paradoxně však na čištění odpadní vody energii ještě dodáváme. Energetická optimalizace všech prvků v těchto systémech se stává nutností.


Čistírny odpadních vod často nejsou v současné době provozovány v optimálním energetickém režimu. Tento režim lze "vyladit" např. optimalizovanou spotřebou jednotlivých elektrických spotřebičů, změnou technologie, využitím tepelné energie pomocí tepelných čerpadel na vytápění objektů či technologických procesů nebo zvýšení produkce bioplynu.

Spotřeba energie na ČOV

Potenciál energetických úspor na čistírnách lze definovat následujícími způsoby:

• optimalizace přístrojového vybavení na čistírně,
• recyklace tepelné energie,
• získávání energie z biomasy,
• využití obnovitelné energie.

Optimalizace přístrojového vybavení na čistírně

Optimalizace přístrojového vybavení zpravidla vyžaduje provedení energetického auditu na čistírně. V mnoha provozech je měřena spotřeba elektrické energie, nicméně s daty se nepracuje a shromažďují se data pouze proto, aby byla. Data a jejich vyhodnocení jsou nesmírně důležité pro kontrolu systému (spotřeba elektrické energie) a v předcházení
mnoha haváriím (např. pokud vidíme zvýšenou spotřebu, je něco v nepořádku a můžeme hledat příčinu). Po provedení energetického auditu následují zpravidla následující kroky:

• analýza výměny spotřebičů za spotřebiče se stejným výkonem, ale nižší spotřebou energie, kdy se soustřeďujeme především na čerpací stanici a dodávku vzduchu. Řešením je pak nahrazení stávajících přístrojů nízkoenergetickými spotřebiči;

• optimalizace řízení procesu – opět se soustřeďujeme především na čerpací stanici a dodávku vzduchu. S výhodou lze použít jednoduché modelovací systémy a na základě těchto dat upravit chod jednotlivých spotřebičů dle skutečné potřeby výkonu, například pomocí frekvenčních měničů, popřípadě výměnou zastaralých spotřebičů za spotřebiče s vyšší účinností.

Posouzení „životního cyklu zařízení“

Pro čerpadlo o diskontinuálním chodu a výkonu 14 kW tvoří investiční náklady 40 % po pětiletém provozu při 1000 provozních hodinách za rok a po 10 letech tvoří tyto náklady pouze 25 %. Přirozeně nejvyšší částku tvoří spotřeba energie, která je 50 % nákladů po pěti letech a 63 % nákladů po 10 letech. Srovnání i s čerpadlem s kontinuálním chodem je znázorněno na obrázku níže.

Posouzení „životního cyklu zařízení“

 

Recyklace tepelné energie
Zařízení na recyklaci tepelné energie sestávají ze dvou částí: tepelného výměníku a tepelného čerpadla. Výměník se umisťuje přímo do kanalizace a získává energii (teplo) z ní. Obecně lze identifikovat tři místa na kanalizaci, kde lze recyklaci tepla provádět:
• recyklace tepla v přívodní kanalizaci před čistírnou,
• recyklace tepla na odtoku z čistíren odpadních vod,
• recyklace tepla uvnitř budov.
Teplota odpadní vody je poměrně vysoká a výhodou je, že spotřebitelé tepla jsou zpravidla poblíž.

Místa odběru tepelné energie z odpadních vod
Teplo lze odbírat na odtoku z budovy, v kanalizační síti nebo na (za) ČOV. Každé z míst má své specifické podmínky a omezení. Odběr na odtoku z objektu či přímo v budově je u většiny staveb omezen nerovnoměrným a přerušovaným průtokem. Vhodné využití je tudíž omezeno na  objekty s vyšším množstvím odpadní vody, jejíž odtok je v době provozu  nepřerušovaný. Jedná se například  potravinářské nebo jiné průmyslové provozy, aquaparky, léčebná zařízení. V mnoha případech realizovaných v posledních letech je již využití tepla z odpadní nebo technologické vody realizováno (v jednodušších případech jen předáním energie přes stěny výměníků). 
Oproti tomu se získáváním tepla z odpadní vody ve vhodných místech trasy kanalizační sítě nebo na (za) ČOV zatím moc zkušeností v ČR není a vychází se ze zkušenosti v zahraničí, kde jsou instalace i 20 let.

                                                                         a. odtok z budovy              b. kanalizační stoka           c. odtok z ČOV

Obr.1    Lokalizace míst pro možnost odběru tepelné energie z odpadní vody a možný způsob využití tepla pomocí tepelného čerpadla (vytápění, předehřev teplé vody).

Odběr energie z odpadní vody na/za ČOV může být u velikostně odpovídajících čistíren relativně bezproblémový ve vztahu k průtoku. Při odběru na přítoku a vysokém průtoku odpadní vody se ochlazení vody pohybuje pouze v řádu 1K a nemá tak výraznější vliv na technologii čistění. Ochlazení vody za ČOV je pozitivní ve vztahu k tokům, do kterých je voda po procesu čištění odváděna. I na ČOV lze umístit místo odběru tepla do hlavní trasy nebo bypassu. Vzhledem k umístění ČOV ve vztahu k zástavbě jsou potencionální odběratelé tepla obvykle ve větší vzdálenosti. Areál ČOV mívá stavební objekt, jež je v zimním období vytápěn. První nejjednodušší aplikací by mohlo být nasazení technologie právě za tímto účelem v kombinaci s přípravou TV. 

 

Získávání energie z biomasy
Biomasa a její úprava  - dezintegrace kalu
V současné době je přebytečný kal z čistíren odpadních vod považován za odpad, ačkoliv je velice slibným zdrojem energie. Z energetického hlediska lze využít např. palivový potenciál kalu po jeho vysušení, kdy může nahradit fosilní zdroje. Energetický potenciál kalu závisí na jeho složení a na množství vlhkosti v něm obsažené a studie ukazují, že lze touto cestou uspořit 30–40 % spotřebované energie na čistírnách odpadních vod. Vysušený kal má energetický potenciál téměř 13 MJ.