Ilmastuksen energiankulutuksen ja typenpoiston optimointi Turun Kakolanmäen jätevedenpuhdistamolla

Transkriptio

1 Ilmastuksen energiankulutuksen ja typenpoiston optimointi Turun Kakolanmäen jätevedenpuhdistamolla Envieno, Turun seudun puhdistamo Oy, Esa Malmikare Jouko Tuomi Vesihuolto 2015

2 KAKOLANMÄEN JÄTEVEDENPUHDISTAMO Kymmenen kunnan omistama osakeyhtiö AVL keskivirtaama noin m 3 /d aktiivilieteprosessi

3 STRATEGIA JATKUVA KEHITTÄMINEN Laitoksen käyttö on kokoaikaista kustannus/tulokset/tehokkuus -optimointia Resurssiviisaus, Turku ja Sitra Itämerihaaste, Turku ja Helsinki Toteutuneita ja meneillään olevia projekteja: Tulopumppauksen säätö Ilmanvaihdon optimointi Kemikaloinnin optimointi Valaistuksen kehittäminen Prosessimallinnus Lämmön talteenotto Puhdistamo tuottaa energiaa enemmän kuin se käyttää

4 ENERGIANKULUTUS ILMASTUKSESSA SUURI SÄÄSTÖPOTENTIAALI Säästöt ohjaustavoista ja ilmamäärän optimoinnista ILMASTUS kwh IV-SÄHKÖ kwh TULOPUMPPAUS kwh KEIRRÄTYS PUMP kwh ESIKÄSITTELY kwh VALAISTUS kwh yht kwh /a

5 Hankkeen taustaa Yleisesti käytössä oleva liukoisen hapen (DO) pitoisuuteen perustuva kiinteä ilmastuksen ohjaus käytössä jo 70-luvulta. Kirjallisuudessa viimeisen 15 vuoden ajalta paljon tutkimuksia tulevaan typpikuormaan perustuvasta ilmastuksen ohjauksesta. Käyttökustannussäästöjen raportoitu olevan 5-35 % verrattuna DO pitoisuuteen perustuvaan ohjaukseen Online-ammoniumtyppianturien luotettavuutta on kuitenkin kyseenalaistettu.

6 Hankkeen taustaa Ruotsissa vesihuollon sähkönkulutus noin 1,5 TWh (= kwh), 1 % maan kokonaissähkönkulutuksesta Tästä 25 % ilmastukseen, kwh Energiahinnalla 8 snt/kwh tämän kustannus on 30 M Säästöpotentiaali kansallisella tasolla 1,5 10,5 M

7 Hankkeen tavoitteet Ilmastuksen sähkökäytön hyötysuhteen optimointi, sekä Ilmastukseen käytetyn ilmamäärän ja typenpoistotehon optimointi biologisessa prosessissa, sisältäen Modernien ioniselektiivisten ammoniumtyppiantureiden suorituskyvyn todentamisen online mittauksissa suoraan ilmastuksesta, ja Energiankulutusta ja typenpoistoa optimoivan ohjausmenetelmän kehittämisen ja käyttöönoton Turun Kakolanmäen jätevedenpuhdistamolla.

8 Uuden ohjauksen rakenne Ilmastuksen ammoniumtyppipitoisuuden perusteella asetetaan tavoitearvo liukoisen hapen pitoisuudelle Ammoniumtypen mittauspiste tai pisteet tulee määritellä tavoitteiden perusteella Intensiteetin lisäksi ohjataan ilmastuksen tilavuutta Ohjauksen yksi oleellinen tehtävä on automaattisesti mukautua vuorokausi-, viikko- sekä vuosisyklin vaatimiin ohjauksen muutoksiin

9 NH 4 -N pitoisuuteen perustuva ilmastuksen ohjaus hapen määrä KUVA: J.Lähde 2008

10 NH 4 -N pitoisuuteen perustuva ilmastuksen ohjaus ilmastustilavuus KUVA: ysi.com

11 Käytännön kokeet Puhdistamon neljästä linjasta 1. ja 2. ovat kokemuksen mukaan kuormaltaan ja käytökseltään lähellä toisiaan joten 1-linja valittiin testilinjaksi ja 2-linja referenssilinjaksi Referenssilinjaa ajetaan perinteisillä säädöillä 1-linjan suorituskykyä verrataan 2-linjaan jolloin mahdolliset kuormamuutokset voidaan eliminoida koska vaikutus on sama molemmilla linjoilla

12 Käytännön kokeet Ohjausstrategian suunnitelemiseksi tulee ymmärtää prosessin puhdistusteho Lämpötila, lieteikä sekä ph oleellisia happipitoisuuden lisäksi Anturi asennettu 1-linjan 5. lohkon loppuun, kompromissi feedback ja feedforward - ohjauksista NH4-N [mg/l] 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 Ammoniumtypen pitoisuusprofiili ilmastuksessa LOHKO (vrkminimi) (vrkmaksimi)

13 NH 4 -N anturin käyttökokemukset ovat olleet luottamusta herättäviä Signaali automaatioon ei ole vaatinut suodatusta eikä signaalissa ole käytön aikana ollut häiriöitä Anturi on varustettu paineilmapesurilla ja on säilynyt puhtaana käytön aikana (kuva)

14 Automaation piirtämää kuvaajaa suodattamattomasta signaalista ja ilmastuksen ohjauskäyrästä

15

16 Tulokset

17 Ennen ja jälkeen Molemmat linjat perinteisellä ohjauksella 1-linja = testilinja (musta) 2-linja = referenssilinja (punainen) Testilinja uudella ohjauksella Ilmamäärä -7 % Ammoniumtyppi -19%

18 Tulosten yhteenveto Ioniselektiivinen ammoniumtyppianturi on mittausjaksolla toiminut moitteettomasti ilmastuksessa Ohjaustekniikalla pystytään merkittävästi parantamaan sekä käyttökustannuksia että puhdistustehoa

19 Yhteystiedot puh Esa Malmikare puh Jouko Tuomi puh