Bioplynove_stanice - EcoTechnika

Provozní zkušenosti s ultrazvukovým ošetřováním čistírenských kalů

Zařízení na dezintegraci pomocí ultrazvuku byla testována v mnoha zkušebních provozech a prokázala pozitivní účinky na stabilizování kalu, přesto však ne každá čistírna je vhodná pro dezintegraci. Je zapotřebí důkladně prošetřit údaje čistírny, aby bylo možné odhadnout optimalizační potenciál.

Ultrazvuková dezintegrační zařízení jsou stavěna vždy individuelně pro každou čistírnu. Na čistírnách, které odpovídají následujícím požadavkům, vzniká nasazením ultrazvuku vysoký optimalizační potenciál.

Vlastnosti kalu

Ideální médium k ošetření je zahuštěný přebytečný kal. Za prvé obsahuje organismy, které mohou být zničeny dezintegrací a za druhé je přebytečný kal frakce, která se dá těžko organicky odbourat. Ošetření ostatních kalů (směsné kaly nebo vyhnilé kaly) však nic nebrání. Obsah sušiny zahuštěného přebytečného kalu by se měl pohybovat mezi 3,0 % až 8,0 %. Jestliže se obsah sušiny pohybuje pod 3,0 %, nemohou být ultrazvuková zařízení kvůli chybějící koncentraci pevných látek většinou hospodárně nasazena. Pokud sušina přesáhne 8,0 %, může dojít ke ztrátě účinnosti.

Další základní předpoklad pro nasazení dezintegrace je organický podíl. Ten by měl být v ošetřovaném kalu větší než 60 %. Ztráta žíháním se pohybuje průměrně mezi 65 % a 75 % podle stáří kalu.

Také je třeba sledovat stupeň organického odbourávání ηo sušiny vyhnívacím procesem a organický podíl ve vyhnilém kalu. Jestliže se stupeň organického odbourávání pohybuje nad 60 %, je zapotřebí přehodnotit nasazení dezintegrace k optimalizaci vyhnívání. To samé platí pro kaly, jejichž organický podíl po vyhnívání je pod 50 %.

Na poměru primárního kalu k přebytečnému kalu může záviset podíl zpracovávaný ultrazvukem, ať už je to ošetřování plného, nebo dílčího proudu.

Zahušťovací agregát hraje jen sekundární roli, protože záleží hlavně na přidávaném množství flokulantů. Čím vyšší je toto množství, tím silněji se spojují kalové vločky mezi sebou do sítí a tím více energie se vynaloží na rozbití vloček. Tato energie chybí při ničení buněk.

Také doba vyhnívání je důležitým bodem pro nasazení dezintegrace. Podle teoretických propočtů není dezintegrace při vyhnívací době delší než 40 dní účelná, protože biologická hydrolýza má dostatek času k rozmělnění a zpracování organismů. Přesto stále výzkumy dokazují, že i při vyhnívací době delší než 50 dní stále ještě existuje ve vyhnívání značný optimalizační potenciál.

Provozní využití ultrazvukových zařízení

V ČOV Freising jsou paralelně provozovány dvě stejně velké vyhnívací nádrže. ČOV je pro 110 000 EO (ekvivaletných osôb - dalej len EO), nyní je připojeno asi 65 000 EO. Odpadní voda, cca 12 000 m3/d (QT) je čištěna v jednostupňové aktivaci s primární usazovací nádrží a dosazovací nádrží. Ošetřování kalu probíhá v jednostupňovém vyhnívacím zařízení. Kal vyhnívá cca 22 dní ve dvou 1 200 m³ velkých, paralelně a shodně zavážených vyhnívacích nádržích. Zavážení vyhnívacích nádrží probíhá střídavě v denním rytmu, tj., že jeden den je zavezena první nádrž a další den druhá veškerým kalem. Obě nádrže jsou promíchávány 24 h/d.

Do obou vyhnívacích nádrží je přiváděn primární a přebytečný kal odděleně. Primární kal je na sítu zahuštěn asi na 6,0 % sušiny a jde vzápětí do vyhnívání (ca. 70 m³/d). Jiným sítem je zahuštěn přebytečný kal na 5,0 - 6,0 % sušiny a šnekovým čerpadlem je přiveden do vyhnívací nádrže.

Zapojení ultrazvukového zařízení do procesu ošetření kalu

Pro účely osmiměsíční zkoušky bylo ultrazvukové zařízení zabudováno mezi zahušťovák přebytečného kalu a vyhnívání. Ultrazvukové zařízení sestávalo z tří sériově zapojených modulů s celkem 15 horizontálně uloženými sonotrodami. Frekvence sonotrod byla 20 kHz, amplituda asi 16 µm. Každý druhý den, když byla zavážena první vyhnívací nádrž, byl čerpací šachtou zahušťování odčerpán dílčí proud (30 % - 40 %) zahuštěného přebytečného kalu, byl dále zpracován a přiveden zpět do čerpací šachty, čímž se neošetřený dílčí proud smíchal s neošetřeným kalem a dostal se do vyhnívací nádrže 1.

eder1

Následujícího dne bylo ultrazvukové zařízení vysazeno a vyhnívací nádrž 2 zavezena přebytečným kalem. Tím bylo zajištěno, že nádrž 1 byla zavezena pouze ošetřeným kalem a druhá vyhnívací nádrž pouze neošetřeným kalem (jako reference). Výsledky zkoušky jsou zachyceny v tabulce:

Změny

jednotka

hodnota

Ošetřený kal

ca. 30 - 40 % přebytečný kal

Obsah pevných látek v přebytečném kalu

kg / m³

55 - 60

Ztráta žíháním přebytečného kalu

%

71

ACHSK-stupeň rozkladu

%

max. 3,5

Zvýšení stupně organického odbourávání

%

5

Zvýšení specifického výnosu plynu v

l/kg sušiny nasazením ultrazvuku

%

cca 11

zvýšení denního výnosu plynu

m³/d

cca 85

Energetická bilance

Spotřeba na den

kWh / d

72

Zisk elektrické energie dezintegrací

kWh / d

190

Saldo energetické bilance

kWh / d

+118

Zlepšení výsledku odvodňování

%

10

Snížení množství čistírenského kalu na likvidaci

t/rok

propočet 750

Zpětné zatížení ČOV

CHSK popř. NH4

< 1,0 %

Tabulka 1: Přehled nejdůležitějších výsledků výzkumu na ČOV Freising

Příklad s Welsbergu

ČOV Wasserfeld ve Welsbergu pro 40 000 EO je vytížená zhruba na 70 %. Sestává z primární usazovací nádrže, jednostupňové aktivační nádrže s biologickým odbouráváním fosforu, denitrifikací a nitrifikací. Kal se anaerobně stabilizuje ve vyhnívací nádrži o obsahu 1 450 m3 a poté odvodňuje na komorovém lisu. Z bioplynu se vyrábí elektřina v kogenerační jednotce a dodává do sítě. Srovnávaly se roky 2003 bez dezintegrace a 2004 s dezintegrací.

Přebytečný kal, který měl být ošetřen, byl zahuštěn na 5,0 - 6,0 % sušiny.

Asi 40 - 60 % zahuštěného přebytečného kalu se přivádělo do zásobníku o objemu 4 m3, což umožnilo 24-hodinový provoz dezintegrace. Šnekovým čerpadlem se kontinuálně zavážel dezintegrační reaktor o objemu 1,5 m3. Dezintegrovaný kal byl nakonec smíchán se zbytkem přebytečného kalu a primárním kalem v zásobníku a přečerpán do vyhnívací věže.

V obou letech se načerpalo do vyhnívací věže přibližně stejné množství kalu (29,1 m3/d až 29,3 m3/d). Přestože obsah pevných organických látek byl o 8,5 % nižší (1 234 kg organické sušiny ( ďalej len o.sušiny) v r. 2003, 1 129 kg o. sušiny v r. 2004), bylo vyrobeno více elektřiny (958 oproti 983 kWh/d). Nasazením ultrazvuku se také zvýšila specifická výtěžnost plynu z 358 l/kg o. sušiny na 461 l/kg o. sušiny (obr.1). Dále došlo k zlepšení odvodňování z 23,1 na 26,0 % sušiny (tab.č.2). Také stupeň organického odbourávání ŋ o.sušiny ve vyhnívání se zvýšil z 51,9 na 58,4 % (tab.3)

eder2

Obr. 1: zvýšení specifické výtěžnosti plynu ve Welsbergu působením ultrazvuku

Zvýšení specif. výroby kWh

Zvýšení stupně odvodnění

kWh / kg o. suš. přiv. 2003

0,756

2003

% suš.

23,1

kWh / kg o. suš. přiv 2004

0,974

2004

% suš.

26,0

Zvýšení o

0,218

Zvýšení o

2,9

Zvýšení

28,8 %

Zvýšení

12,5 %

Tabulka 2: Zvýšení specifické výroby energie a stupně odvodnění působením ultrazvuku ve Welsbergu

Zvýšení stupně org. odbourávání η0 SUŠ

přiváděná

odváděná

rozdíl

Dosažené odbourávání ´03

kg o.suš

1.234

593

640

51,9

%

Dosažené odbourávání ´04

kg o. suš

1.129

469

659

58,4

%

Zvýšení odbourávání - srovnání

% - body

6,5

zvýšení

12,5

%

Tabulka 3: Zvýšení stupně org. odbourávání působením ultrazvuku ve Welsbergu

Působením ultrazvuku bylo dosaženo:

  • O 28,8 % vyšší výroby elektřiny
  • O 21,6 % méně kalu klikvidaci
  • O 21,8 % nižší spotřeby pomocných prostředků.

Případy nasazení ultrazvukové dezintegrace představené v tomto příspěvku dokazují hospodárnost této technologie. Vedle optimalizace vyhnívání zvýšením výnosu plynu a snížením množství kalu bylo dosaženo i stabilně probíhajícího procesu vyhnívání. Dále bylo zjištěno zlepšení výsledku odvodňování a nižší spotřeba přídavných prostředků k odvodňování.

Při průměrné spotřebě energie cca 0,15 - 0,35 kWh na kg pevné látky k ošetření pracuje ultrazvukové zařízení v provozu na dílčí proud energeticky velmi úsporně. Hlavní podíl úspor je vidět ve snížení kalu na likvidaci. Přesto na některých čistírnách považují za největší přínos vlastně vedlejší efekty dezintegrace. Např. na mnoha čistírnách je problémem vysoké hydraulické zatížení vyhnívací věže. V těchto případech lze zajistit nasazením ultrazvuku dostačující efekt vyhnívání přes krátkou dobu pobytu ve vyhnívací věži. Existují i další možnosti nasazení ultrazvuku v jiných průmyslových oblastech, kde může tato technologie znamenat velký přínos.

Text: Dr. Ing. Bernhard Eder

Späť

Témy:

Bioplynové stanice v EcoTechnike