En omfattande studie av energiförbrukningen för omrörning i aktivtslambassänger i Österrike gav en ökad förståelse för aktuell status och visade på möjligheter till en energibesparing för omrörning på upp till 40 %.
Av: Bengt Andersson
En generell strävan finns sedan en lång tid tillbaka att minska energiförbrukningen i samhället. Avloppsreningsverken utgör den största enskilda förbrukaren av energi i städerna och med ökande energipriser finns starka incitament att minska förbrukningen.
Omrörning och luftning i aktivtslamprocessen är de mest energiintensiva delprocesserna i ett avloppsreningsverk. Energibehovet för luftning har uppmärksammats sedan länge eftersom det utgör mellan 50 och 60 % av den totala förbrukningen. Optimering av energin för omrörning har inte uppmärksammats i någon större grad ännu och syftet med refererad studie var därför att ge en aktuell status och optimeringspotential för energiförbrukningen för omrörningssystem i aktivtslamprocessen.
Genomförande
Det första steget i studien var att bygga upp en databas för omrörare i aktivtslamanläggningar i Österrike eftersom det endast fanns referenser i begränsad omfattning. Ett frågeformulär skickades till över 940 avloppsreningsverk större än 500 p.e och efter utvärdering av svaren kunde 220 verk mellan 520 och 950 000 p.e. tas med för bearbetning och sammanställning. För de större verken förelåg olika utformning av bassängerna och därför omfattade studien 286 olika bassänger mellan 50 och 15000 m3, varav 228 var luftade och 58 oluftade.
Olika typer av omrörare kunde identifieras med olika rotationshastighet (snabb resp. långsam) och med vertikal resp. horisontell drivning. Två verk med omrörare med låg blandningsenergi undersöktes särskilt inom ramen för studien liksom ett verk med impulsomrörning/luftning.
Som energiindikatorer användes invånarspecifik energiförbrukning (Wmix, PE, kWh/PE/år, där 1 PE motsvarade 120 g COD/d), effekttäthet (PD, W/m3bassängvolym) och volymspecifik energiförbrukning (Wmix, V, Wh/m3/d, som är produkten av effekttätheten och den dagliga drifttiden td). En konventionell benchmarking var inte möjlig och istället användes målvärde och toleransvärde baserat på mätvärdenas frekvensfördelning för de olika energiindikatorerna, där målvärdet definierades som 25 % – kvantilen och toleransvärdet som medianvärdet. I frågeformuläret efterfrågades även den geometriska utformningen av bassängerna, hastighet vid botten av bassängerna, avlagringar av sediment samt utnyttjande av intermittent drift.
Resultat
Wmix, PE (den invånarspecifika energiförbrukningen) beräknades för samtliga 220 verk och värdet var indirekt proportionell mot genomsnittlig COD-belastning. Målvärdet låg inom området 6,8 kWh/PE/år för verk mindre än 5000 PE till 1,3 kWh/PE/år för verk större än 30000 PE. Beräkning av andelen energi för omrörning visade att mellan 5 och 20 % av den totala energiförbrukningen vid ett avloppsreningsverk kunde hänföras till omrörningen. Andelen minskade vid en ökad belastning och den uppgick till omkring 5 % för anläggningar större än 35000 PE och till omkring 20 % för anläggningar mindre än 5000 PE.
PD (effekttätheten) beräknades för samtliga 286 bassänger och mål- och medianvärdena var indirekt proportionella mot bassängvolymen. Målvärdet låg i området 5,7 W/m3 för bassänger mindre än 200 m3 till 1,1 W/m3 för större bassänger än 2000 m3. Motsvarande medianvärde var 6,8 resp. 1,6 W/m3. Snabbgående omrörare, som uteslutande används i bassänger mindre än 1000 m3, drivs med högre PD-värde än andra omrörare och målvärdet var 5,2 W/m3. För de mera långsamgående omrörarna var målvärdet omkring 2,4 W/m3 för bassänger mindre än 1000 m3 oavsett utformning av omrörarna. Utvärderingen visade att avlagringarna på bassängbotten inte var större för omrörare under målvärdet jämfört med omrörare över målvärdet.
Wmix, V (den volymspecifika energiförbrukningen) kunde inte utvärderas på samma sätt som de andra indikatorerna eftersom den påverkades både av PD och av drifttiden. Påverkan av PD gav ett svagt beroende av bassängvolymen. Den största påverkan förelåg emellertid om bassängerna var luftade eller inte. I luftade bassänger uppgick medelvärdet av Wmix, V till omkring 50 Wh/m3/d med ett spektrum mellan 14 och 119 Wh/m3/d medan medelvärdet uppgick till omkring 100 Wh/m3/d för oluftade bassänger med ett spektrum mellan 43 och 242 Wh/m3/d.
Generellt finns två vägar för energioptimering av omrörare, där den ena avser en minskning av effekttätheten och den andra en minskning av den dagliga drifttiden. På en isokurva för volymspecifik energiförbrukning kan energibesparingen variera från kontinuerlig omrörning med en låg energitäthet till en omrörning med korta intensiva energipulser med hög effekttäthet och principen handlar om ju kortare drifttid desto högre effekttäthet.
Luftade aktivtslambassänger större än 2000 m3 uppvisade ett målvärde för effekttätheten av 1 W/m3, vilket motsvarade 24 Wh/m3/d med kontinuerlig omrörning. Motsvarande värde för oluftade bassänger uppgick till det dubbla. Genom utvärderingen uppskattades att mellan 50 och 70 % av bassängerna hade en optimeringspotential avseende PD och om PD minskades till målvärdet i samtliga 286 utvärderade bassänger skulle omkring 40 % av energin för omrörningen kunna sparas.
Slutsatser
En genomgång av energiförbrukningen för omrörning i aktivtslambassänger i Österrike visade att
- energin för omrörare svarade för mellan 5 och 20 % av den totala energiförbrukningen vid ett avloppsreningsverk och för upp till 70 % av de utvärderade bassängerna fanns en optimeringspotential vad gäller energiförbrukningen
- utnyttjade indikatorer kunde appliceras både för beräkning av aktuell status och för bestämning av optimeringspotentialen
- optimeringsstrategierna utgjordes av en minskning av effekttätheten och/eller en minskning av den dagliga drifttiden
- vid gynnsamma förhållanden kunde den volymspecifika omrörningsenergin minskas till 24 Wh/m3/d eller lägre baserat på fullskaleerfarenheterna, där en kortare drifttid kunde kompenseras med en högre effekttäthet
Källa: K. Füreder, K. Svardal, W. Frey, H. Kroiss, J. Krampe. Energy consumption of agitators in activated sludge tanks – actual state and optimization potential. Water Science & Technology 2018, 77.3, pp 800 – 808.
Hela artikeln från Water Science & Technology finns att köpa här.
