Ilmastuksen energiankulutuksen ja typenpoiston optimointi Turun Kakolanmäen jätevedenpuhdistamolla Envieno, Turun seudun puhdistamo Oy, Esa Malmikare Jouko Tuomi Vesihuolto 2015
KAKOLANMÄEN JÄTEVEDENPUHDISTAMO Kymmenen kunnan omistama osakeyhtiö AVL 300 000 keskivirtaama noin 90 000m 3 /d aktiivilieteprosessi
STRATEGIA JATKUVA KEHITTÄMINEN Laitoksen käyttö on kokoaikaista kustannus/tulokset/tehokkuus -optimointia Resurssiviisaus, Turku ja Sitra 2015-2040 Itämerihaaste, Turku ja Helsinki 2014-2018 Toteutuneita ja meneillään olevia projekteja: Tulopumppauksen säätö 2010-2011 Ilmanvaihdon optimointi 2012-2013 Kemikaloinnin optimointi 2012- Valaistuksen kehittäminen 2014- Prosessimallinnus 2015-2016 Lämmön talteenotto 2015- Puhdistamo tuottaa energiaa enemmän kuin se käyttää
ENERGIANKULUTUS ILMASTUKSESSA SUURI SÄÄSTÖPOTENTIAALI Säästöt ohjaustavoista ja ilmamäärän optimoinnista ILMASTUS 6 111 948 kwh IV-SÄHKÖ 2 600 829 kwh TULOPUMPPAUS 2 080 663 kwh KEIRRÄTYS PUMP. 1 040 332 kwh ESIKÄSITTELY 650 207 kwh VALAISTUS 520 165 kwh yht. 13 004 145 kwh /a
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.
Hankkeen taustaa Ruotsissa vesihuollon sähkönkulutus noin 1,5 TWh (=1 500 000 000 kwh), 1 % maan kokonaissähkönkulutuksesta Tästä 25 % ilmastukseen, 375 000 000 kwh Energiahinnalla 8 snt/kwh tämän kustannus on 30 M Säästöpotentiaali kansallisella tasolla 1,5 10,5 M
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.
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
NH 4 -N pitoisuuteen perustuva ilmastuksen ohjaus hapen määrä KUVA: J.Lähde 2008
NH 4 -N pitoisuuteen perustuva ilmastuksen ohjaus ilmastustilavuus KUVA: ysi.com
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
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 1 2 3 4 5 6 LOHKO 18.12.2014 (vrkminimi) 10.3.2015 (vrkmaksimi)
NH 4 -N anturin käyttökokemukset ovat olleet luottamusta herättäviä Signaali automaatioon ei ole vaatinut suodatusta eikä signaalissa ole käytön aikana 25.2.-4.5.2015 ollut häiriöitä Anturi on varustettu paineilmapesurilla ja on säilynyt puhtaana käytön aikana (kuva)
Automaation piirtämää kuvaajaa suodattamattomasta signaalista ja ilmastuksen ohjauskäyrästä
Tulokset
Ennen ja jälkeen Molemmat linjat perinteisellä ohjauksella 1-linja = testilinja (musta) 2-linja = referenssilinja (punainen) Testilinja uudella ohjauksella Ilmamäärä -7 % Ammoniumtyppi -19%
Tulosten yhteenveto Ioniselektiivinen ammoniumtyppianturi on mittausjaksolla toiminut moitteettomasti ilmastuksessa Ohjaustekniikalla pystytään merkittävästi parantamaan sekä käyttökustannuksia että puhdistustehoa
Yhteystiedot puh. 040 7251893 pekka.vieno@envieno.com Esa Malmikare puh. 040 712 6234 esa.malmikare@turku.fi Jouko Tuomi puh. 040 712 6242 jouko.tuomi@turku.fi