Energieffektivare reningsverk Gustaf Olsson Lunds Tekniska Högskola Elenergianvändning Energianvändning Sverige Dricksvatten + avloppsvatten: USA 3 % UK 3 % Sverige % Israel % Mer avancerad rening kräver mer energi Avloppssidan 9 kwh/år/p.e. Totalt VA 45 kwh/år/p.e. Från 94 till 352 kwh/år/p.e. Motsvarar 8 % av totala kostnaden En 4W lampa som lyser tim/dag förbrukar 45 kwh på ett år Ref: Svenskt Vatten Energianvändning Sverige Reningsverk Australien kwh/m 3 Total elektrisk energi: Median.6 kwh/m 3 Varierar från.9 till 4.4 kwh/m 3 Ref: Svenskt Vatten Primär Biologisk C (inkl primär) Avancerad (C,N,P) min - max..37.26.82.39 medel.22.46.9 Data: Sydney Water, Brisbane Water Gustaf Olsson, Lunds tekniska högskola
Energianvändning i Sverige Dricksvattenpumpning Pumpning till vattenverken,24 Dricksvattenprocessen,3 Trycksättning och kwh/m 3 distribution, Pumpning av avloppsvatten,6 Korta avstånd N. California, USA,4 Melbourne, Australien,9 Långa avstånd S. California, USA 2,3 Adelaide, Australien,9 Medelvärde Sverige,24 Avsaltning 4 kwh/m 3 Ref: Svenskt Vatten Avloppsvattenrening Sverige Några begrepp Skillnad mellan: Små o stora anläggningar Typ av belastning (industriell/hushåll) Driftsätt Minimum.5 Maximum 4 kwh / kg BOD Median 4.5 Elektrisk energi (kwh) Pumpar, kompressorer, små motordrifter, etc. Elektrisk effekt (kw) Vilken toppbelastning har verket? Värmeenergi Uppvärmning av slam, rötslam, lokaler Produktion av biogas Produktion från värmeinnehåll i utgående vatten Goda svenska exempel Nyckelparametrar Ryaverket Elförbrukning 34.2 GWh 4 kwh/år/p.e. Biogasproduktion 6.4 GWh 72 kwh/år/p.e. Värmepumpar (Netto) 279 GWh 336 kwh/år/p.e. Laholm - energibesparing 44 ksek/år Örebro - energibesparing 6 ksek/år Nyköping energibesparing ksek/år Källa: Svenskt Vatten Elenergi Per m 3 vatten: Total kwh Luftning kwh Omrörning kwh Flotation kwh Per kwh: kg borttaget NH 4 -N (total) kg borttaget NH 4 -N (luftning) kg borttaget BOD (luftning) Värmeenergi Uppvärmning av rötslam Värmeinnehåll utg. vatten Biogas Gasprod / Elförbrukning Annan miljöbelastning g borttaget P per g kem-dosering Gustaf Olsson, Lunds tekniska högskola 2
De största elförbrukarna Pumpning Effektiva pumpar för adekvata flöden Drivs vid dynamiskt ändrade flöden o tryck Luftning Styrning av luftflöde vid variabla laster Rätta kompressorer Öka effektiviteten! Minimera luftflödet! Varvtalsstyrning av motorer (Bo Brink, Laholm) Varvtalsreglering.9.8.7.6.5.4.3.2. Flöde Flow rate Q Effekt Power P.4.5.6.7.8.9 Pump speed n Pumpvarvtal Relativa 4 friktionsförluster 3.5 Relative friction loss 3 2.5 2.5.5 Friktionsförluster i rör.5.5 2 Relative flow rate Q Relativt flöde Utan varvtalsreglering Syrereglering med varvtalsstyrda blåsmaskiner Syrekonc. Syrekonc. (Bo Brink, Laholm) Med varvtalsreglering Gustaf Olsson, Lunds tekniska högskola 3
Med uniform luftning längs luftningsbassängen Luftflöde 6 5 4 DO conc 3 2 2 3 4 5 6 Aeration zone Constant aeration Syrehalt Önskat syrebörvärde? Vad är tillräckligt? DO conc DO conc Air supply Var skall syremätaren placeras? Med luftning störst i början Reglering av syreprofilen 5 4,5 4 3,5 DO 3 concentration 2,5 mg/l 2,5,5 Syrehalten Tapered aeration Luftflödet 2 3 DO concentration 4 5 6 Aeration zone Kompressor PLC Mätsignaler Luftningsbassäng Luftflöde Varvtalsreglering Syremätare Ammonium koncentrationsprofil Syrereglering automatisk beräkning av syrebörvärde Concentrations 4 35 3 25 2 5 5 För högt luftflöde Nitrification För lågt luftflöde -5 2 3 4 5 6 7 8 9 time (hr) Vi kan beräkna det bästa börvärdet för syret! Syremätare Ammonium mätare Beräkna syre börv. Kompressor PLC Mätsignaler Luftningsbassäng Luftflöde Korrekt luftflöde Varvtalsreglering Gustaf Olsson, Lunds tekniska högskola 4
Syrereglering baserad på ammoniummätning Syrereglering variabelt tryck Ammonium konc. (Börvärde=3) Syrehalt börvärde Ingildsen Variabelt syrebörvärde ytterligare -5% besparing Tryckregulator Kompressorhastighet Syreregulator: Önskat luftflöde Ventilöppning Ändra börvärdet för tryck Snabb tidsskala Långsam tidsskala Mät luftflödet Syrekoncentration Max ventilöppning % Energibesparingar i luftningsbassänger Reglering som ger energibesparing Variabelt börvärde för syret Variabelt tryck Lägre vattennivå i luftningsbassängen? Mindre pumpkostnader Lägre returslamflöde? Slampumpning feedback från slamkoncentration Gallerrensning feedback från differenstryck Spolning av filter feedback från tryck Stäng av delprocesser vid låg belastning Omrörning inte hela tiden Potentiella energikällor Värmeenergi i utg. vatten (idag 2-3 TWh)* Stor värmepotential Internt värmebehov betydligt mindre Rötgas (utvinning idag,6 TWh, varav export,5 TWh. Potential cirka TWh)* Sommartid facklas stora mängder Elgenerering med gasmotor Försäljning som biogas Fordonsbränsle, elgenerering, uppvärmning *Ref: Svenskt Vatten. Gustaf Olsson, Lunds tekniska högskola 5
Anaerob rötning Reglering av rötkammare Rötningen utnyttjar bara en bråkdel av energiinnehållet i inkommande vatten Rötning är ofta sedd som potentiellt instabil Rädsla för organisk överbelastning Traditionellt: kör på låg kapacitet Med mer avancerad reglering: Bättre kapacitetsutnyttjande och bättre hantering av störningar Identifiera lämpliga parametrar Hitta obalanser i mikrobiella systemet Varna för externa störningar Mätgivare inte längre så dyra: ph, alkalinitet, biogas flöde & sammansättning, VFA, nedbrytbart organiskt material, löst H, toxicitet Automatiskt testsystem för metanpotential Labutrustning bestäm optimal uppehållstid och blandning av substrat Automatisk analys Online och realtids datainsamling av biogasproduktion Inte längre dyrt! Svensk produkt Styrsystem för biogas On-line diagnos Processen länkas till dynamiska tillståndet för mikroorganismerna Bättre utnyttjande av rötkammaren Stabilare och jämnare gasproduktion Hantering av processtörningar Snabbare start Energianvändning för dricksvatten Vatten i hushållet 89% Water use in households (UK) Avlopp 7% Vattenverk 2% Vattendistribution,6% 2 3 4 5 Vattenpumpning,4% Källa: Environment Agency, UK Gustaf Olsson, Lunds tekniska högskola 6
Varmvatten är dyrt! Att leverera kallvatten och att rena det (Sverige).6 kwh/m 3 Att värma vatten från 5 C till 6 C kräver 88 MJ/m 3 eller 52 kwh/m 3 Läxan: minska varmvattenkonsumtionen! Ref: S. Kenway, CSIRO, Australia Kan vi bli bättre? Incitament: Elkraft inte längre billig Gammal utrustning Överdimensionering av motorer o pumpar (arbetar ej på bästa verkningsgrad) Brist på reglering Små reningsverk Värmebehovet större Stora geografiska skillnader Potential för elenergibesparing Den inbyggda konflikten Effektivare pumpning varvtalsreglering Reglering av syrehalt kemikaliedosering nitratrecirkulation dosering av kolkälla Utnyttja organiska innehållet i vattnet o slammet biogas spillvärme + värmeinnehåll i vattnet Koordinera plant wide control Driv en organisation för att tillfredsställa ställda krav. Hur klarar man detta utan att bli uttråkad? The blame culture Driv organisationen för att uppmuntra kreativitet. Hur uppmuntrar vi till nya idéer utan att riskera de yttre kvalitetskraven? Vattentjänstlagen: kan man kombinera nödvändiga utgifter med kreativitet? Gustaf Olsson, Lunds tekniska högskola 7
Drivkrafter till förbättringar Kontakta Ekonomiska drivkrafter för ledningen Lönar det sig att vara kreativ? Hur lönar vi bättre kompetens? Finns kompetensen inom organisationen? Satsa på vår största resurs - personalen! Utbilda Uppmuntra Skapa incitament Gustaf Olsson gustaf.olsson@iea.lth.se Mer att läsa. Missa inte. www.iwawaterandenergy29.org Gustaf Olsson, Lunds tekniska högskola 8