Oczyszczalnie ścieków, a wzrost cen energii elektrycznej
fot. Aerzen
Ceny prądu zwiększyły się już o ok. 60-70 proc. w ujęciu rocznym. Eksperci przewidują, że hurtowe ceny energii elektrycznej w kolejnych latach będą dalej rosły i grozi nam podwojenie cen energii. Ceny rosną, gdyż po pierwsze drożeje węgiel zaś po drugie szybko podwyższają się – ponad dwukrotnie w ciągu roku - ceny praw do emisji dwutlenku węgla. Polska energetyka – oparta w 80 proc. na węglu – jest zatem bardzo wrażliwa na te dwa czynniki. To fatalna informacja dla oczyszczalni ścieków, które jako istotni konsumenci energii elektrycznej muszą się liczyć ze znacznie większymi wydatkami.
Napowietrzanie ścieków w typowej oczyszczalni pochłania nawet do 70% całkowitego zużycia energii elektrycznej, co świadczy o wielkim potencjale możliwych oszczędności. Wieloletnia praktyka austriackiej firmy Aquaconsult wskazuje, że realne oszczędności tylko w samym obszarze optymalizacji geometrii i przestrzennego rozmieszczenia dyfuzorów w napowietrzanym zbiorniku to poziom oszczędności energii elektrycznej nawet do 50% w stosunku do wartości przed optymalizacją. Aquaconsult to nazwa przedsiębiorstwa związanego z najbardziej efektywnym systemem napowietrzania w technice wodno-ściekowej na całym świecie. Sukces firmy miał swoje początki w 1986 r., na skutek intensywnej pracy badawczej nowo utworzonej firmy AQUACONSULT Anlagenbau GmbH. Wprowadzenie na rynek dyfuzora wraz z elastyczną, perforowaną membraną w 100% wykonaną z poliuretanu było wtedy rewolucją w tej gałęzi przemysłu. Owa pionierska działalność zaowocowała stworzeniem zaawansowanego podłużnego dyfuzora - AEROSTRIP® - w 1995 roku, co było kamieniem milowym w technologii napowietrzania. Przedstawicielem Aquaconsult na runku polskim jest firma Aerzen Polska Sp. z o.o., spółka-córka niemieckiego producenta dmuchaw i sprężarek Aerzener Maschinenfabrik GmbH.
Jaka jest rola systemu napowietrzania w oczyszczalniach ścieków.
Jednym z podstawowych procesów w oczyszczalni ścieków jest napowietrzanie. Aby nastąpił proces biologicznego rozkładu związków organicznych, trzeba do układu dostarczyć tlen, który jest niezbędny bakteriom do życia. Zmiany ilości wymaganego powietrza w czasie zależą od ładunku zanieczyszczeń w ściekach w komorach tlenowych, które określają pożądane wartości stężenia tlenu w tych komorach.W zależności od wielkości oczyszczalni i technologii oczyszczania ścieków stosuje się różne sposoby napowietrzania, a mianowicie: napowietrzanie mechaniczne, napowietrzanie tlenem o wysokiej czystości i napowietrzanie sprężonym powietrzem (grubopęcherzykowe, średniopęcherzykowe i drobnopęcherzykowe).
W jaki sposób ocenić system napowietrzania.
Podczas oceny efektywności systemu napowietrzania w grę wchodzi szereg współczynników, poniżej niektóre z nich:
Standardowa wydajność transferu tlenu (SOTE Standard Oxygen Transfer Efficiency)
Używany do określania wydajności transferu tlenu SOTE to stosunek pomiędzy ilością tlenu transferowanego, a ilością tlenu dostarczanego do ścieków. Ten współczynnik może osiągnąć wartość do 60% w zależności od głębokości ścieków i natężenia przepływu powietrza.
Standardowa efektywność napowietrzania (Standard Aeration Efficiency kg O2/kWh)
SAE jest to stosunek pomiędzy ilością tlenu transferowanego do ścieków, a ilością zużytej energii. Typowe wartości to 1÷2 kg O2/kWh w przypadku systemów mechanicznego napowietrzania i 2÷8 kg O2/kWh w przypadku systemów napowietrzania ścieków wgłębnego. Wartość SAE odzwierciedla SOTE oraz dodatkowo wydajność dmuchawy i straty ciśnienia w systemie.
Standardowy transfer tlenu (SOTR Standard Oxygen Transfer Rate kg O2/h)
SOTR pokazuje transfer tlenu w warunkach standardowych wyrażony w kilogramach dostarczonego tlenu na godzinę.
Wszystkie wartości są traktowane jako referencyjne i odnoszą się do pomiarów w czystej wodzie. Wartości w ściekach, medium znacznie trudniejszym, mogą jednakże znacznie się różnić. Przeliczenie na warunki rzeczywiste odbywa się w inżynierskiej praktyce za pomocą tzw. współczynnika alfa, który dla standardowych dyfuzorów waha się w granicach 0,5 – 0,7.
Aerostrip® – osiągi nie do pobicia
Najczęściej rozważane jest drobnopęcherzykowe napowietrzanie sprężonym powietrzem jako sposób efektywny i stosowany w przepływowych oczyszczalniach ścieków.
W tym momencie wielkość zaczyna grać rolę – od średnicy pęcherzyka powietrza zależy, ile tlenu dostanie się do ścieków, przez które pęcherzyk przemieszcza się ku ich powierzchni. Im mniejszy jest pęcherzyk powietrza wydostający się z dyfuzora, tym wolniej będzie się wynurzać, tym dłużej zostanie w ściekach, czyli będzie miał więcej czasu na oddanie tlenu, więc odda go ściekom więcej, zatem celem poprawienia transferu tlenu do ścieków dyfuzory zanurza się na większej głębokości. Dyfuzor Aerostrip® jako jedyny na rynku zapewnia konstrukcyjną idealną możliwość bezpośredniego zainstalowania na dnie zbiornika, a poprzez to zapewnienie praktycznie takiej głębokości napowietrzania jak głębokości czynnej reaktora oraz minimalizację tzw. stref martwych, czyli ubogich w tlen oraz zapobieganie odkładaniu się osadów, co jest zupełnie niemożliwe w przypadku np. dyfuzorów talerzowych, które względu na swoją konstrukcję i sposób montażu napowietrzają wyłącznie ścieki nad nimi i w praktyce eliminują 20-30 cm głębokości reaktora z objętości czynnej.
Niezawodność rozwiązań napowietrzania ścieków z dyfuzorami Aerostrip® potwierdziła się w ogromnej ilości aplikacji. Systemy napowietrzania dostarczane przez Aerzen Polska to kompletne układy począwszy od energooszczędnych dmuchaw i sprężarek natleniających, systemu dyfuzorów do napowietrzania drobnopęcherzykowego wraz z orurowaniem i elementami montażowymi. Oferta Aerzen Polska jest pod tym względem nie do pobicia: począwszy od trzech własnych technologii sprężania powietrza (dmuchawa rotacyjna, śrubowa, turbodmuchawa) po najlepsze obecnie na rynku membranowe dyfuzory napowietrzające. Włączając w to staranne planowanie pod względem geometrii zastosowanych dyfuzorów, ich przestrzennego rozmieszczenia i rozplanowania w napowietrzanym zbiorniku, system napowietrzania wykonany przez Aerzen ma wszelkie znamiona wysokiej jakości. W każdym przypadku dobranie odpowiedniego rozwiązania jest poparte wyliczeniami w zakresie ilości dostarczanego tlenu, tak aby uzyskać jak największą ilość tlenu przy najmniejszym zapotrzebowaniu energii.
Dyfuzory napowietrzające Aerostrip®
Dyfuzory membranowe z serii Aerostrip® stanowią najnowszą innowację w technologii napowietrzania drobnopęcherzykowego. Zostały one skonstruowane jako dyfuzor drobnopęcherzykowy charakteryzujący się bardzo niskim zapotrzebowaniem na energię. Aerostrip® może być bezpiecznie stosowany zarówno w komunalnych jak też przemysłowych oczyszczalniach ścieków na całym świecie. Materiały konstrukcyjne dyfuzora są odporne na działanie wszelkich czynników, które to mogą znajdować się w ściekach, zgodnie z niemieckimi regulacjami ATV A115 załącznik 1.
Zalety dyfuzora Aerostrip®
- efektywność transferu tlenu (SOTE) do 70%
- efektywność systemu napowietrzania (SAE) od 3 do 8 kg O2 /kWh
- wyjątkowa geometria dyfuzora oraz zaawansowana technologicznie mikro-dziurkowana membrana zapewniają dużą gęstość zabudowy na dnie zbiornika oraz małą wielkość strumienia powietrza, tym samym gwarantując uzyskanie wysokiego transferu tlenu do ścieków przy zużyciu najniższej możliwej ilości energii. Membrana została zaprojektowana w sposób zapewniający najniższą możliwą wysokość strat, co minimalizuje zapotrzebowanie energii.
- zakres regulacji przepływu powietrza 4 – 120 Nm3/h/m2
- wykonanie membrany uniemożliwia jej zatykanie się.
- perforacja membrany umożliwia napowietrzanie sekwencyjne (przerywane).
- niskie wymagania serwisowe i konserwacyjne – niski koszt.
- wyjątkowo długa żywotność, niektóre z oczyszczalni ścieków posiadają dyfuzory pracujące bezawaryjnie od 20 lat.
- elastyczna kombinacja długości – dyfuzory dostępne są w rozmiarach 1,0 – 4,0 m, w skokach 0,5 m.
- membrana dyfuzora jest wykonana z poliuretanu i nie zawiera środków zmiękczających. Dzięki temu jest ona stabilniejsza, a jej właściwości mechaniczne zmieniają się bardzo wolno. Stabilność mechaniczna membran poliuretanowych jest większa niż membran etylenowo-propylenowo-dienowych (EPDM) i silikonowych.
- dostępne w dwóch wariantach materiałowych - wykonanie ich korpusu ze stali nierdzewnej (typ dyfuzora T), praktycznie niewrażliwej na działanie czynników zewnętrznych bądź też z PCV (typ Q). Oba typy charakteryzują się identyczną efektywnością, a różnią się tylko materiałem konstrukcyjnym obudowy. Dla wody/ścieków o temperaturze >30°C zaleca się zastosowanie dyfuzorów typu T.
- konstrukcyjnie idealna możliwość ich bezpośredniego zainstalowania na dnie zbiornika, a poprzez to zapewnienie praktycznie takiej głębokości napowietrzania jak głębokości czynnej reaktora oraz minimalizacja tzw. stref martwych, czyli ubogich w tlen oraz zapobieganie odkładaniu się osadów. W przypadku braku możliwości instalacji na dnie zbiornika, dyfuzory można zamontować np. na stalowej (np. stal nierdzewna) konstrukcji lub też za pomocą elementów regulowanych wysokościowo
- wraz z innowacyjnym, łatwym w montażu zatrzaskiem montażowym SnapFastener, wykonanym ze stali nierdzewnej 1.4571 (AISI 316 Ti), który oszczędza czas montażu. Każdy z zatrzasków jest przymocowywany do dna zbiornika tylko jedną śrubą – żadne specjalne narzędzia nie są wymagane (ochrona patentem). Zatrzask pozwala na zagęszczenie dyfuzorów aż do 90% powierzchni dna oraz umożliwia montaż dyfuzorów bezpośrednio na dnie zbiornika lub też do 300 mm powyżej dna
Obietnice i rzeczywistość czyli gwarancja jakości dyfuzora Aerostrip®
Niestety częstokroć oferty na systemy napowietrzania nie zawierają szczegółowych informacji, głównie ze względu na brak dostępu do rzetelnych danych na temat transferu tlenu. Błędna ocena i brak odpowiedniego porównania ofert skutkują tym, że w efekcie klient musi zapłacić za cały system więcej niż powinien. Wymóg określenia wartości gwarantowanych w ofercie zapewnia poczucie bezpieczeństwa podczas zakupu. Renomowani producent AQUACONSULT oferuje możliwość weryfikacji parametrów wydajnościowych na miejscu w fabryce w obecności klienta z wykorzystaniem przyrządów pomiarowych zgodnych z obowiązującymi normami. Kontrolerzy AQUACONSULTu są w stanie testować transfer tlenu dla różnych wykonań i konfiguracji w swojej własnej instalacji testowej, wyposażonej w zbiornik 4.5 x 6.5 m, dmuchawy oraz własne laboratorium do chemicznej analizy i interpretacji danych pomiarowych. Umożliwia to użytkownikowi końcowemu uzyskanie certyfikowanego systemu napowietrzania, gwarantowanego dla specyfikacji klienta, będącego jednocześnie najlepszym w swojej klasie.
Wyjątkowe właściwości dyfuzora AEROSTRIP® zostały potwierdzone wielokrotnymi pomiarami przeprowadzanymi przez uniwersytety, władze publiczne oraz niezależne instytuty badawcze. Szczegóły są dostępne na Państwa zapytanie. Doskonale wpisuje się to w filozofię firmy Aerzen, która to wyposażając oczyszczalnie w energooszczędne dmuchawy czy sprężarki napowietrzające kieruje się zasadą najmniejszej energochłonności przy największym transferze tlenu.
