(P) Solutii de eficientizare energetica a statiilor de epurare biologice

Statiile de epurare a apelor uzate apeleaza la tehnologii sofisticate capabile sa elimine din apa corpurile dispersate si dizolvate de natura minerala sau organica. Tehnologia de epurare este o succesiune de procese unitare de natura fizica, chimica si biochimica care in ansamblul lor reusesc sa retina si neutralizeze corpurile din apa. Aceste operatii unitare se desfasoara in obiecte construite in statia de epurare. Fiecare obiect are in dotare echipamente hidromecanice care sunt antrenate cu energie electrica. Asadar, in fiecare obiect din SEAU apar consumuri energetice care global, la nivelul statiei de epurare, ajung la valori foarte mari. Pentru statiile mari de epurare aceste consumuri pot ajunge la nivelul de putere instalata de circa 500 kW….1000 kW. In costurile generale de operare ponderea consumurilor energetice poate fi de ordinul 25…40%. Managementul energetic al SEAU este obligatoriu pentru reducerea costurilor de operare. Astazi se cauta solutii pentru a face o statie de epurare independenta energetic fata de sistemul energetic national.

Aspecte generale

In tehnologiile clasice de epurare a apelor menajere apar consumuri ridicate de energie in toate fazele atat in treapta fizica (impropriu denumita mecanica) cat mai ales in cea biologica. Astfel, intr-o statie de epurare apar consumuri de energie la urmatoarele obiecte:

1. statia de pompare a influentului – este necesara acolo unde colectorul principal al canalizarii este sub cota terenului de amplasare a statiei de epurare;
2. gratarele – motorul care antreneaza mecanismele de curatare, deshidratarea si compactarea retinerilor in vederea trimiterii lor la groapa de gunoi oraseneasca;
3. deznisipatoarele combinate cu separatoarele de grasimi – motorul de antrenare a mecanismului de colectare si evacuare a nisipului, precum si echipamentele destinate spalarii nisipului retinut; totodata la partea de extractie a grasimilor din apa apar consumuri de energie la instalatia de flotatie cu aer comprimat pentru spumare, colectare a grasimilor si evacuarea lor;
4. decantoarul primar – motorul de antrenare a podului raclor, instalatia de colectare si evacuare a namolului depus pe radier;
5. reactoarele biologice aerobe destinate eliminarii materiilor organice pe baza de carbon si, de multe ori combinate cu nitrificarea amoniului: a) echipamentele de oxigenare a apelor uzate; b) echipamentele destinate recircularii namolului de la decantorul secundar; c) echipamentele de recirculare a apelor incarcate cu nitrati si nitriti;
6. decantoare secundare – echipamentele de colectare si evacuare a namolului depus in bazinul de sedimentare;
7. statia de pompare a efluentului – sunt situatii in care acesta statie de pompare este necesara datorita conditiilor locale de deversare;
8. echipamentele mecanice din gospodaria de namol –pentru ingrosare, deshidratare etc.

Reactoarele biologice aerobe - larg utilizate in tehnica epurarii apelor uzate sunt cele carora le revine ponderea cea mai mare din consumurile energetice ale statiei de epurare din total; ele au o pondere de circa 40...60%. Asadar, biotehnologiile sunt, in general, cele mai mari consumatoare de nergie din mai multe cauze:
• necesitatea furnizarii continue a oxigenului in mediul apos pentru asigurarea conditiilor de oxidare din reactoarele biologice in care isi desfasoara activitatea metabolica bacteriile aerobe;
• mentinerea in stare de suspensie a flocoanelor de namol activ in mediul apos din bazinul de aerare; pentru aceasta fie se introduce mai mult aer (decat este necesar procesului aerob de mineralizare a materiilor oraganice) care prin efect de gaz-lift mentin in suspensie foloanele de namol activ, fie se utilizeaza amestcatoare submersibile speciale capabile sa creeze curenti hidrodinamici ce impiedica depunerea flocoanelor pe fundul reactorului.

Procesele de transfer fizice si biochimice, care stau la baza biotehnologiilor, sunt mari consumatoare de energie in special pentru ca apare necesitatea asigurarii unei mari suprafete de contact intre cei trei factrori apa – bule de aer – flocoane de namol activ.

Echipamentele de oxigenare din reactoarele biologice aerobe trebuie sa favorizeze contactul dintre materia organica si bacteriile mineralizatoare, sa omogenizeze amestecul polifazat din aerotanc si sa asigure necesarul de oxigen pentru descompunerea biochimica a materiie organice si pentru respiratia endogena.

Caile de eficientizaree energetica a statiilor de epurare biologice au la baza mai multe directii:
a) reducerea consumurilor energetice din SEAU printr-o analiza corecta a schemei hidraulice si amplasarea echipamentelor de pompare la pozitia optima astfel incat sa se reduca sarcina la minimum;
b) elegerea si procurarea unor echipamente eficiente care sa realizeze aceleasi cerinte impuse de proces cu randamente superioare si deci cu consumuri reduse de energie pe m3 de apa epurata;
c) comanda automata a proceselor si echipamantelor la care se introduce restrictia de consum energetic printr-o functie speciala fara a afecta procesul unitar sau tehnologie;
d) utilizarea susrselor neconvantionale de energie – eoliana, solara, geotermica, geotermala, instalatii de cogenerare care functioneaza cu biogazul produs in reactoarele biologice anaerobe din gospodaria de namol.

Solutii pentru acoperirea necesarului de energie electrica si termica din surse neconventionale

• Energia solara – cu panouri solare care dau direct energie termica si panouri fotovoltaice care furnizeaza direct energie electrica;
•  Energie eoliana - prin intermediul turbinelor eoliene – grup eolian mai corect – se obtine direct energie electrica;
• Energie geotermica – pompa de caldura care genereaza energie termica folosind caldura extrasa din pamant sau chiar apa;
• Energie geotermala – provenita din exploatarea apelor subterane calde;
• Energia cogenerativa – folosind biogazul produs in statia de epurare a apelor uzate in grupuri care dau direct energie electrica si termica simultan cu randamente superioare (peste 70%) in functie de marimea grupului.

Aspecte de baza ale proceselor de epurare anaeroba a apelor uzate.

Tehnologia de epurare a apelor uzate prin procesul biologic anaerob este potrivita pentru apele foarte incarcate cu materii organice. Ea impune dupa iesirea apei din reactorul biologic anaerob o treapta bioloigica aeroba pentru finisarea purificarii. Spre deosebire de procesele aerobe de degradare, in cazul degradarii anaerobe, un mare numar si o mare diversitate de microorganisme anaerobe participa la transformarea substantelor organice in produsii finali, nepoluanti.

Epurarea anaeroba foloseste tehnologii ce au fost perfectionate in anul 1970. Reactorul biologic anaerob este o camera complet sigilata cu un flux continuu de apa uzata. Fiind total sigilat (etansat) mentine o lipsa totala de oxigen si lumina. Aceste reactoare au in interior un numar de 55 de specii diferite de bacterii anaerobe. Fiecare tip de bacterii va digera un tip diferit de materie organica (unele vor digera carbohidrati, diferite grasimi etc). Mediu bacterial se va „adapta” automat la compozitia apei uzate care intra in reactor.

Daca apa uzata rezultata este pe baza de grasimi, de la un restaurant, abator, atunci bacteriile care digera acest tip de poluant vor predomina in reactor. Daca apa rezulta de exemplu de la o fabrica de zahar, bacteriile care digera carbohidratii vor fi predominante. Poluantii organici sunt transformati de bacteriile anaerobe intr-un gaz de fermentatie – biogaz – care contine metan si dioxid de carbon.

Purificarea gazelor de fermentatie anaeroba (biogaz)

Gazul de depozit pe langa metan, componenta ce este valorificata in procesul de obtinere a energiei electrice si termice, mai contine si alte substante ce sunt daunatoare instalatiilor. Astfel, pulberile, vaporii de apa si hidrogenul sulfurat pot afecta functionarea corecta a instalatiilor de producere a energiei conducand la costuri mari de mentenanta scazand totodata si eficienta procesului de ardere.

Astfel se impune necesitatea epurarii gazului de depozit pentru eliminarea compusilor nedoriti mentionati mai sus prin: a) eliminarea pulberilor cu ajutorul filtrelor; b) retinerea vaporilor de apa folosind silicagel; c) tratarea hidrogenului sulfurat cu ajutorul scruberelor umede cu pelicula biologica.

Cogenerare

Cogenerarea este producerea termodinamica secventiala a doua sau mai multe forme utile de energie dintr-o singura sursa de energie primara.

In timpul functionarii unei centrale electrice conventionale cantitati mari de caldura sunt evacuate in atmosfera fie prin circuitele de racire (condensatoare de aburi, turnuri de racire, racitoare cu apa ale motoarelor Diesel sau Otto) sau cu gazele de evacuare. Marea majoritate a acestei calduri poate fi recuperata si folosita pentru acoperirea necesarului termic, aceasta ducand la un randament de 30 – 50% in cazul centralelor electrice la 80 – 90 % in cazul sistemelor de cogenerare.

Importanta acestei investitii consta in doua aspecte fundamentale cu implicatii directe asupra mediului inconjurator:
1. Asigurarea unui consum constant pe toata durata anului a biogazului rezultat reducandu-se in acest fel riscurile de acumulari masive de biogaz;
2. Cresterea eficientei energetice prin utilizarea unei unitati in cogenerare si utilizare energiei electrice pentru a reduce consumul de energie electrica absorbita din Sistemul Energetic National si in acest fel contribuind la reducerea volumului de gaze cu efect de sera.

Concluzii

Lucrarea are la baza ideea de a identifica surselor de energie neconventionala care se pot utiliza in mod economic in statia de epurare a apelor uzate astfel incat sa rezulte o importanta economie de energie – deci reducerea semnificativa a costurilor de operare. In SEAU, functie de conditiile locale, se pot utiliza toate tipurile de surge regenerabile de energie care, evident, vor conduce la realizarea unor costuri reduse de operare si la obtinerea unor fonduri ce pot fi dirijate la alte necesitati urgente de exploatare.

Valoarea acestei economii va putea creste daca se iau cateva masuri:
1. cresterea debitului de biogaz prin utilizarea deseurilor organice;
2. montarea mai multor turbine eoliene in spatiul statiei de epurare a apelor uzate;
3. masuri de eficientizarea a operarii in statia de epurare a apelor uzate;
4. cresterea volumului de namol de la treapta avansata de epurare cu care va fi dotata statia de epurare a apelor uzate.

Citeste articolul integral accesand urmatorul link.