Časopis

Jak snížit provozní náklady na čištění odpadních vod

| autor: redakce0

water-3628680_640.jpg
zdroj: pixabay

Důležitou částí nákladů na provoz čistíren odpadních vod jsou náklady na elektrickou energii. Vlastimil Dvořák ze společnosti Xylem Česká republika radí, jak mohou vodárenské společnosti zajistit výrazné snížení těchto nákladů pomocí správného výběru technologie.

Na odborném webináři "Nové metody a postupy při provozování ČOV", který zorganizoval VHOS, a. s., Moravská Třebová společně s CzWA - Asociací pro vodu ČR, vystoupil Vlastimil Dvořák ze společnosti Xylem Česká republika s přednáškou na téma „Optimalizace provozních nákladů v oblasti čištění odpadních vod“.

Hlavními výzvami v rámci operativní strategie nákladů na práci při čištění odpadních vod je spotřeba energií a účinnost systémů, které jsou při čištění odpadních vod využívány. "V síti máte zapojeno mnoho zařízení, které vám pomáhají udržovat vodu ve stavu, jenž je vyžadován legislativou. A potřebujete čerpat, potřebujete aeraci, elektřinu a podobně," vysvětluje Vlastimil Dvořák.

Dalšími jsou náklady na lidskou práci, s čímž souvisí například i růst mezd, na který musí vodárenská společnost reagovat. V neposlední řadě jde i datové přetížení. „Všichni dnes mluvíme o Internetu věcí (IoT), průmyslu 4.0., což jsou všechno záležitosti generující velké množství dat,“ doplňuje Dvořák. Ta ale musí někdo zpracovat, podívat se na ně, případně musíte mít po ruce datového analytika, který se dané oblasti bude věnovat.

Rozložení nákladů

Pokud pohlédneme na rozložení nákladů na elektrickou energii při čištění odpadních vod zjistíme, že dominantní složkou bývá obecně aerace nebo provzdušňování. Druhou největší složkou je čerpání. Aerace je to proto, že hlavním úkolem aeračního systému je dodat mikroorganismům potřebné množství kyslíku, obvykle ze vzduchu, aby se zajistila homogenizace obsahu aktivační nádrže.

Energeticky je poměrně náročná výroba stlačeného vzduchu. "V našich příkladech používáme dmychadla, pohybujeme se do jednoho baru. Pokud byste se zeptali průmyslu, kde jsou tlaky větší, odpoví, že stlačený vzduch je nejdražší médiem, které ve výrobních závodech mají," říká Vlastimil Dvořák.

Následuje čerpání, kdy musíte médium, čili vodu, přesouvat po ČOV, což opět vyžaduje elektrickou energii. Podle odborníka aerace spotřebuje asi 55 až 65% spotřeby elektrické energie ČOV a čerpání přibližně 18 až 22%.

Rozdíly mezi technologiemi

Aeraci je vždy dobré řešit jako komplexní systém. Podle Vlastimila Dvořáka se často stává, že je samostatně pohlíženo na reaktor a na zdroje stlačeného vzduchu, tedy dmychadla. V případě dmychadel jsou v současné době rozlišovány dvě základní technologie - objemová a rychlostní. Mezi objemovou technologii patří klasické dmychadla, například Rootsovo či šroubové, naproti tomu do rychlostní oblasti patří klasická turbodmychadla.

Z hlediska výkonnosti dmychadla je nutné pohlédnout na určité množství vzduchu na výstupní armatuře dmychadla při daném tlaku. V tomto případě mluvíme o hodnotě 35 kubíků za minutu a tlaku 0,6 bar(g), při objemovém principu je potřebný výkon motoru okolo 55 kW. "Když se přesuneme mezi turbodmychadla, rázem nám výkon klesne na 37 kW. To je dáno principem a tlakem, jenž je z hlediska výroby stlačeného vzduchu použit," vysvětluje Dvořák.

Vstupují sem ale i další nuance, jelikož je důležité, jak draze byl stlačený vzduch vyroben. Ovlivňujícím faktorem je rovněž přenos výkonu, tedy zda jde ještě o řemenový převod nebo převodovku. "Nezdá se to, ale takový řemen vám na účinnosti hned ubere tři procenta," dodává odborník.

Lze mluvit také o tom, jaká je regulace - ať už klasická kaskádová nebo regulace frekvenční pomocí měniče. Svou roli sehrávají i části, které jsou z hlediska obsluhy spíše provozní: čili jaký je hluk, vibrace, zda je dmychadlo olejové nebo bezolejové. Podle Dvořáka je důležité porovnávat i tyto rozdíly. "Obecně se ale lze říci, že výhodnější je typ rychlostní, tedy turbodmychadlo," shrnuje.

Turbodmychadla a OPEX?

Z hlediska kapitálových výdajů (CAPEX - z anglického capital expenditures ) je nepochybně levnější objemové dmychadlo. Nejčastěji se na ČOV setkáme s rootsovým dmychadlem. Když ale na tuto oblast pohlédneme optikou provozních nákladů (OPEX - z anglického operating expense) a porovnáme je s turbodmychadly, které jsou z hlediska kapitálových výdajů dražší, zjistíme, že návratnost investice je vysoká. Lze se dostat k úsporám elektrické energie ve výši 35%, která je zde dominantní složkou. S tím je spojeno i snížení nákladů na údržbu, které může dosáhnout úrovně až 90%.

Vlastimil Dvořák přibližuje úspory reálné instalace Xylem v Maďarsku z roku 2017, kde společnost měnila dvě klasická objemová dmychadla za dvě turbodmychadla. Cílem bylo snížit spotřebu elektrické energie a snížit náročnost údržby. "Energetická úspora, které jsme dosáhli, byla 27%, vyčíslena na 461 tisíc kWh," doplňuje Dvořák.

Úspora tak dosáhla částku přibližně 36 500 eur. K tomu je třeba přičíst náklady na údržbu, což je přibližně 160 eur za rok. Důležitá je návratnost investice při zohlednění CAPEX a OPEX, která byla v tomto případě pod dva roky. Po tomto období generovala už jen úspory.

Svou roli hraje i typ aerační technologie

Kromě dmychadel je klíčové mluvit i o samotné technologii. Výrazné jsou výhody jemnobublinného provzdušňování. Mezi základní typy aeračních technologií patří mechanická aerace (0,5 - 1,2 kg O2 / kWh), dále hruběbublinná (0,7 - 2,0 kg O2 / kWh), jemnobublinná trubkové (2,5 - 4 , 5 kg O2 / kWh) až jemnobublinná disková nebo panelová aerace, která je nejúčinnější (4,0 - 6,6 kg O2 / kWh).

K hodnocení účinnosti se využívá pojem SOTE (Standard Oxygen Transfer Efficiency), čili standardní účinnost přenosu kyslíku. Vypočítává se jednoduchým zlomkem: množství přeneseného kyslíku lomeno množství kyslíku ve vzduchu. I v tomto případě je třeba porovnat CAPEX s OPEX. Pokud půjdeme cestou nízkého CAPEX, při požadavku na kyslík na úrovni jedné tuny za hodinu máme 10% pokrytí difuzory. Je zde tedy nízký počet difuzorů při nižší úrovni SOTE (32%) a větší spotřebě stlačeného vzduchu (10 300 Nm3/h).

"Když CAPEX zvednete, instalace bude nákladná, a ve výsledku opět získáte nízké provozní náklady. Máte sice vyšší počet difuzorů, mezi nimi menší rozestup, ale zvedne se vám SOTE a požadavek na průtok vzduchu bude nižší," vysvětluje Vlastimil Dvořák.

Nákladná investice má 20% pokrytí difuzory, SOTE na úrovni 37% a spotřebu stlačeného vzduchu na úrovni 9000 Nm3/h, čímž se opět dostaneme k části CAPEX dmychadla, které následně můžeme dimenzovat menší. Čas investic jsme přesunuli do aeračního systému, a tak snižujeme velikost dmychadla jako takového.

Energetická účinnost jemnobublinného systému jako celku při zvolení náročnější CAPEX instalace je zřejmá. Dochází k úspoře provozních nákladů, tedy elektrické energie. Výhodou je logicky vysoká účinnost provzdušnění, čili vysoké množství kyslíku, které se přenáší do vody na 1 kW elektrické energie. Příkladem může být instalace ve Spojených státech ve městě Columbus. Jednalo o běžný typ ČOV s velikostí 5000 metrů krychlových za den se třemi nádržemi a požadavkem na 250 až 400 g kyslíku za hodinu. Investicí došlo k rapidnímu snížení velikosti dmychadla, i ke změně na frekvenční měniče. Při přepočtu nákladů na galon vyčištěné odpadní vody došlo k poklesu o dalších 30%.

Inteligentní čerpadla

Další důležitá část se dotýká čerpání, u něhož lze opět aplikací správných technologií výrazně snížit OPEX část. Jde o využití moderního kalového čerpadla řízeného frekvenčním měničem, který může být zabudován přímo v čerpadle. Inteligentní čerpadlo přináší několik benefitů, mezi ně patří úspora elektrické energie, která se týká nejen úspory energie jako takové, ale i snížení náročnosti obsluhy a snížení počtu náhradních dílů.

Čerpadlo, které je vybaveno vlastním frekvenčním měničem, už neoperuje po klasické křivce, ale po celé ploše. "Čerpadlo si vnitřně můžete nastavit podle toho, v jaké oblasti se má pohybovat," zdůrazňuje Dvořák. Ve výsledku není zapotřebí více typů čerpadel, postačí jedno, které je možné si naprogramovat podle vlastních požadavků.

Jako příklad můžeme uvést instalaci čerpadla v čerpací stanici Brodek u Přerova. Zde byly čerpány dešťové vody a docházelo k hydraulickému přetěžování kapacity ČOV a ucpávání čerpadla. Za rok 2017 bylo na čerpadle celkem 38 poruch. Společnost proto zvolila nové řešení, moderní čerpadlo pro odpadní vody s frekvenčním měničem ve své vlastní hlavě. Nastavila se konfigurace 2,5 kW a 7 litrů za sekundu, a zapnula se funkce samočištění.

Za rok 2017 byly náklady na čištění ucpaného čerpadla vyčísleny na 137 080 Kč, o rok později se dostaly na nulovou hodnotu, a to zejména díky funkci samočištění. Následně vzrostla i úspora elektrické energie snížením příkonu čerpadla z 3,1 na 2,5 kW. Čerpadlo má "inteligentní" hlavu, takže jeho výhodou je, že se z něj dají snadno číst údaje, a je možné podívat se blíže na to, co se s daným čerpadlem v reálném čase děje. Do roku 2020 použilo čerpadlo funkci samočištění až 465krát. Normálně by zde proběhlo 465 výjezdů, neboť standardní čerpadlo by takovou situaci nezvládlo. Během tří let bylo zjištěno pětkrát neúspěšné čištění čerpadla.

Komentáře

  1. Tento článek zatím ještě nikdo neokomentoval.

Okomentovat

Partneři

Satturn
AB Plast
Partner - SOVAK
EAGB
Faircare
Inisoft
Xylem
Seven energy
Energotrans
United Energy
SPVEZ
Povodí Vltavy
Ecobat