Zakład Wodociągów i Usług Komunalnych EKOWOD

PRZYKŁAD DOBRYCH PRAKTYK – UZDATNIANIE WODY I OCZYSZCZANIE
ŚCIEKÓW
PROJEKT DEMONSTRACYJNY PROGRAMU PEMP W ZWiUK EKOWOD W NAMYSŁOWIE
1. Prezentacja przedsiębiorstwa
Zakład Wodociągów i Usług Komunalnych EKOWOD Sp. z o.o. w Namysłowie jest spółką gminną.
Świadczy szeroki wachlarz usług komunalnych, z których najważniejsze to pobór, uzdatnianie
i zaopatrzenie w wodę, gospodarka ściekami oraz wywóz i unieszkodliwianie odpadów.
W kwietniu 2006 roku Spółka podjęła współpracę z Centrum PEMP przy FEWE w ramach Polskiego
Programu Efektywnego Wykorzystania Energii w Napędach Elektrycznych dotyczącą realizacji
przedsięwzięć modernizacyjnych w układach napędowych oczyszczalni ścieków w Namysłowie
należącej do ZWiUK EKOWOD. Centrum PEMP brało aktywny udział w pracach przygotowawczych
i przy wyborze wykonawcy zadnia.
2. Wprowadzenie do projektu, zrealizowane przedsięwzięcia
Oczyszczalnia ZWiUK EKOWOD w Namysłowie uruchomiona została w pierwszej połowie lat 90-tych.
Do oczyszczania ścieków zastosowano tu układ technologiczny z wstępnym oczyszczaniem
mechanicznym i trójstopniowym oczyszczaniem biologicznym (układ A2O).
Ścieki surowe podczyszczone są mechanicznie na kracie i w piaskownikach, następnie płyną do
pompowni głównej, która przetłacza je do części biologicznej. W części biologicznej pracują reaktory
przystosowane do prowadzenia procesów nitryfikacji, denitryfikacji i defosfatacji biologicznej.
Składniki organiczne rozpuszczone i zawieszone ulegają biochemicznemu rozkładowi w komorze
defosfatacji oraz 3 komorach denitryfikacyjno – nitryfikacyjnych. Defosfatacja ścieków prowadzona jest
w warunkach beztlenowych. Procesy denitryfikacji i nitryfikacji zachodzą w dwóch strefach reaktorów
biologicznych z osadem czynnym. Z reaktorów biologicznych ścieki odpływają grawitacyjnie przez
osadnik wtórny do odbiornika. W osadniku wtórnym zachodzi oddzielenie ścieków i osadu czynnego.
Część osadu jest recyrkulowana a osad nadmierny, odwodniony wywożony jest do rolniczego
wykorzystania. Ilość oczyszczanych ścieków w latach 2003 do 2007 wahała się na poziomie 1 280 do
1 480 tys. m3/rok. Zużycie energii elektrycznej na potrzeby technologiczne wynosiło w tym okresie
średnio 1 122 MWh/rok
Przedsięwzięcie dotyczyło kluczowych układów napędowych mechaniczno – biologicznej oczyszczalni
odpowiedzialnych za proces dozowania i napowietrzania ścieków oraz wdrożenia systemu
monitorowania i sterowania pracą całego obiektu. Modernizacja napędów pompowni ścieków, stacji
dmuchaw wraz z instalacją do napowietrzania stref nitryfikacji reaktorów biologicznych miała na celu:
− poprawienie możliwości regulacyjnych i sprawności działania systemów dozowania i
napowietrzania ścieków,
− zmniejszenie energochłonności procesu oczyszczania,
− minimalizację awaryjności urządzeń,
− zademonstrowanie możliwości uzyskania oszczędności energii elektrycznej, dzięki inwestycji
w energooszczędne układy napędowe (silniki elektryczne o podwyższonej sprawności oraz
przemienniki częstotliwości do płynnej regulacji prędkości obrotowej), system automatyzacji
procesu dozowania i napowietrzania ścieków;
Sytuację przed wdrożeniem przedsięwzięć modernizacyjnych i po zakończeniu inwestycji pokazano
w poniższej tabeli.
Sytuacja przed modernizacją
Sytuacja po modernizacji
Dozowanie ścieków
Ścieki surowe, po oczyszczaniu mechanicznym spływają do
zbiornika, z którego pompami podawane są do komór
oczyszczania biologicznego (3 pompy o wydajności 400 m3/h
każda napędzane silnikami o mocy 25 kW). Pompy
uruchamiane są sygnałem z czujników hydrostatycznych i
pracują bez regulacji (praca start-stop).
Brak możliwości płynnej regulacji wydajności pompowni
i niedostateczne
wykorzystanie
możliwości
retencji
dopływających
ścieków
powodowało
nierównomierne
obciążenie obiektów biologicznego oczyszczania ścieków.
Napowietrzanie ścieków
Stacja dmuchaw wyposażona jest w 4 dmuchawy produkcji
AERZEN, 2 o wydajności 20 m 3 /min napędzane
3
silnikami o mocy 30 kW, 2 o wydajności 80 m /min
napędzane silnikami dwubiegowymi o mocy 95/115
kW.
Dmuchawy pracują na wspólny kolektor, z którego
powietrze poprzez ręcznie sterowane zasuwy
kierowane było do rurociągów napowietrzających
komory nitryfikacji. Tylko jedna z dmuchaw
o wydajności
20 m 3 /min
była
regulowana
przemiennikiem częstotliwości, druga o tej samej
wydajności sterowana jest ręcznie bez możliwości
regulacji wydajności (praca start-stop), natomiast
obie większe jednostki są również sterowane
ręcznie, a regulacja wydajności jest możliwa dzięki
dwubiegowym silnikom elektrycznym (praca startstop i przełączanie obrotów 1500/3000 – prędkości
synchroniczne).
Sterowanie realizowano po subiektywnej ocenie przez
pracowników
wskazań
czujników
natlenienia
w
poszczególnych komorach osadu czynnego.
Jeden z napędów dwubiegowych był odstawiony ze względu
na awarię silnika.
Dozowanie ścieków
Zainstalowano przemiennik częstotliwości umożliwiający
płynną regulację obrotów wraz z układem przełączającym,
który umożliwi wybór jednej z trzech pomp do regulacji.
Napowietrzanie ścieków
Wymiana
na
energooszczędne
trzech
silników
napędzających dmuchawy:
9 jednego o mocy 110 kW w zamian za uszkodzony
silnik dwubiegowy o mocy 95/115 kW;
9 dwóch o mocy 30 kW;
Zastosowanie płynnej regulacji obrotów:
9 zainstalowanie przemiennika częstotliwości do
płynnej regulacji obrotów napędu o mocy 110 kW;
9 wymiana na nowoczesny przemiennika częstotliwości
do płynnej regulacji obrotów napędu o mocy 30 kW
z możliwością przełączania pomiędzy napędami;
Ponadto zainstalowano przepustnice wyposażone w
napęd elektryczny z liniową charakterystyką regulacji na
rurociągach doprowadzających powietrze do komór
denitryfikacyjno – nitryfikacyjnych
System monitorowania i sterowania pracą oczyszczalni
System działa w oparciu o sterownik swobodnie
programowalny realizujący funkcje:
9 utrzymanie stałego poziomu ścieków w komorach
osadu czynnego poprzez płynną regulację wydajności
pomp
dozujących
za
pomocą
przemiennika
częstotliwości;
9 utrzymanie stałego ciśnienia powietrza w kolektorze
tłocznym dmuchaw poprzez płynną regulację
wydajności dmuchaw za pomocą przemienników
częstotliwości ;
9 utrzymanie stałego, właściwego poziomu natlenienia
ścieków w komorach poprzez regulację stopnia
otwarcia
przepustnic/zasuw
na
rurociągach
doprowadzających powietrze;
9 kontrolę wskaźnika redoks dla ścieków w komorach
osadu czynnego;
9 kontrolę gęstości dla ścieków w komorach osadu
czynnego
Ponadto założono, że system ma spełniać warunki
bezobsługowej
pracy
wszystkich
urządzeń
technologicznych. Dodatkowo wprowadzono monitoring
zużycia energii elektrycznej dla całego obiektu, pompowni
ścieków, stacji dmuchaw. W systemie będą na bieżąco
gromadzone
i
wizualizowane
dane
procesu
technologicznego i systemu energetycznego. Wykonano
system wizualizacji do podglądu poprzez sieć Internet
Zastosowane główne urządzenia:
9 silniki serii SEE produkcji CELMA zakupione
w ramach programu rabatowego PEMP;
9 przemienniki częstotliwości firmy Danfoss serii VLT
8000 AQUA;
9 sterowniki SIMATIC firmy Siemens.
3. Finansowanie i efekty projektu
Na realizację projektu łącznie poniesiono nakłady w wysokości 589 tys. PLN z finansowaniem w
ramach Programu PEMP na poziomie przekraczającym 25% całkowitych kosztów przedsięwzięcia w
postaci nieoprocentowanej pożyczki. Na potrzeby wyznaczenia wskaźników ekonomicznych, wzięto
pod uwagę koszty związane z modernizacją napędów, wprowadzeniem systemu automatyki
i pozostałymi robotami elektrycznymi, które kształtowały się na poziomie 400 tys. PLN.
PLN
Osiągnięte oszczędności
energii
MWh/rok
411 500
148
Nakłady
Zadanie
Przedsięwzięcia związane z modernizacją
napędów elektrycznych oraz układ
automatycznego sterowania napędami
SPBT
lata
10,7
Efekty energetyczne i efekt ekologiczny
Osiągnięte oszczędności w 2007 roku, w stosunku do roku bazowego, kształtowały się następująco:
− oszczędność energii elektrycznej: 148 427 kWh/rok
− efekt ekologiczny wynikający z oszczędności energii elektrycznej:
Wyszczególnienie
Jednostka
Obniżenie emisji
Zmniejszenie emisji pyłu
kg/rok
269
Zmniejszenie emisji SO2
kg/rok
326
Zmniejszenie emisji NOx
kg/rok
183
Zmniejszenie emisji CO2
kg/rok
144 123
Praca urządzeń energooszczędnych znajduje odzwierciedlenie w osiąganych
energochłonności procesu oczyszczania, co pokazano na rysunkach 1 i 2.
0,881
0,886
1
0,914
0,9
0,768
1200000
0,707
kWh/rok
1000000
0,8
0,7
0,6
800000
0,5
600000
0,4
0,3
400000
0,2
200000
0,1
0
0
2003
2004
zużycie energii
2005
2006
2007
w skaźnik energochłonności
Rysunek 1 Zużycie energii elektrycznej oraz jednostkowy wskaźnik energochłonności dla 1 m3
oczyszczonych ścieków
kWh/m3
1400000
wskaźnikach
1,4
1,2
kWh/m3
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
I
II
III
IV
V
2003
VI
2004
VII
2005
VIII
2006
IX
X
XI
XII
2007
Rysunek 2 Jednostkowy wskaźnik energochłonności dla danego miesiąca w latach 2003 do 2007
4. Podsumowanie
Przy specyfikowaniu projektu położono szczególny nacisk na zastosowanie najlepszych dostępnych
technik odnośnie stosowanych urządzeń, ponadto uwzględniono wprowadzenie monitorowania
zużycia energii modernizowanych obiektów wraz z możliwością obserwacji bieżących wskaźników
energochłonności procesu oczyszczania. Możliwe jest również wprowadzanie nastaw wymuszających
pracę w zadanym zakresie energochłonności. System pozwala na generowanie raportów dotyczących
zużycia energii, wskaźników energochłonności dla monitorowanych obiektów, czasu pracy napędów,
pozostałego czasu do wymaganego przeglądu napędów.
Podstawowym problem podczas przygotowania i późniejszej oceny projektu była mała ilość danych
pomiarowych – niewystarczające opomiarowanie nośników energii, mocy elektrycznej pobieranej
przez grupy urządzeń i osiąganego przez nie efektu użytecznego.
W pierwszym roku po modernizacji uzyskano oszczędności energii elektrycznej na poziomie 13% oraz
inne korzyści takie jak:
−
poprawienie możliwości regulacyjnych systemów dozowania i napowietrzania ścieków,
−
stabilizacja procesu oczyszczania oraz parametrów ścieków oczyszczonych,
−
system spełnia warunki bezobsługowej pracy wszystkich urządzeń technologicznych,
−
zwiększenie bezpieczeństwa pracy obiektu,
−
monitorowanie zużycia energii elektrycznej dla całego obiektu, pompowni ścieków, stacji
dmuchaw. Ponadto monitoring napędów obejmuje: liczniki czasu pracy, informowanie o
konieczności podjęcia czynności serwisowych. Możliwości raportowania, śledzenia wskaźników
energochłonności procesu oraz bieżących wskaźników eksploatacyjnych,
−
zdalny dostęp poprzez internet do systemu wizualizacji z możliwością sterowania pracą
urządzeń.
Kontakt
Centrum PEMP
Tomasz Zieliński; e-mail: [email protected]