Çözüm Yüksek Teknoloji midir?

Water & Energy – Elements of our Expertise
Atıksu ve Çamur Arıtılmasında Enerji Verimliliğinin
Değerlendirilmesi
Tek ÇözümHigh-Tech mi ?
Dipl.-Ing. Hans-Joachim Werner
Izmir, 26. Eylül 2013
www.we-consult.eu
Kısa tanıtım
Dipl-Ing. Hans-Joachim Werner
•
CEO of WE-Consult Ltd., Düsseldorf, Germany
WE-Consult Ltd.
•
Su ve Atıksu Sistemleri konularında bağımsız çalışan mühendislik ve danışmanlık
şirketi
•
WE-Consult şirketinin dün saat 13:50 de yapılan forumdaki tanıtımı
•
Kuruluş üyesi
•
Sayın Volkan Karagece ile birlikde Türkiye bölümünün yöneticisi
www.we-consult.eu
BASICS:
MEKANİK/BİYOLOJİK ATIKSU ARITMASI 1
Izgara
ünitesi
Kum ve yağ
tutucu
Havalandırma
tankı
Son çökertme
Giriş debi
ölçüm
Çıkış debi
ölçüm
Geri dönüm çamuru
Izgara
atıkları
kum
yağ
Artık çamur
0,7%KM
ca. 60% oKM
www.we-consult.eu
Bertaraf ortamı
Sade teknoloji: extended havalandırma
BASICS:
MEKANİK/BİYOLOJİK ATIKSU ARITMASI 2
Detaylı teknoloji: aktiv çamur sistemi
Izgara
ünitesi
Kum ve yağ
tutucu
Ön çökertme
Havalandırma
tankı
Son çökertme
Giriş debi
ölçüm
Çıkış debi
ölçüm
Geri dönüm çamuru
Izgara
atıkları
kum
yağ
Ön çamur
Artık çamur
3,5%KM
ca. 70% oKM
0,7%KM
thereof ca. 70% oKM
www.we-consult.eu
BASICS:
MEKANİK/BİYOLOJİK ATIKSU ARITMASI 3:
Yüksek teknolojik: Membran biyo reaktör (MBR)
Izgara
ünitesi
Izgara
atıkları
Kum ve yağ
tutucu
Kum ve yağ
tutucu
kum
Havalandırma
tankı
Membran
Giriş debi
ölçüm
Çıkış debi
ölçüm
Geri dönüm çamuru
(optionel)
yağ
Ön çamur
Artık çamur
3,5%KM
ca. 70% oKM
0,7%KM
ca. 70% oKM
www.we-consult.eu
ENERGY EFFICIEBCY WHY?
1965 – 2012 yılları arasındaki petrol fiyatlarının gelişimi
www.we-consult.eu
COMPARRISSON:
ENERGY DEMAND OF WWTPs - ITEMIZED:
altyapı, diğerleri; 6%
Pompa istasyonları; 5%
Çamur işlem; 11%
Mekanik arıtma; 3%
filtreleme; 8%
Biyolojik arıtma; 67%
Kaynak: Bode, Grünebaum (Ruhrverband)
www.we-consult.eu
COMPARRISSON:
EXTENDED AERATION AND ACTIVATED SLUDGE SYSTEM:
energy efficiency starts with selection of the technology
• Havalandırma sistemi aktiv çamur sisteminden daha fazla O2 gerektirir
•Bu da direk olarak enerji tüketimini etkiler
• Fethiye Arıtma Tesisi örnek alındığında(243.000 kişilik kalkulasyon):
 aktiv çamur yöntemi:
1.300 kg O2/h,
31.212 kgO2/d
 extended havalandırma:
1.674 kg O2/h,
40.175 kgO2/d
• extended havalandırma 25% daha fazla enerji harcar
• ayrobik stabilize edilmiş olan çamur gaz üretiminde kullanılamaz
www.we-consult.eu
COMPARRISSON:
ACTIVATED SLUDGE WITH MBR-SYSTEM:
MBR-System is a special type of the activated sludge technology !
•
Çamurun MBR sisteminde ayrobik ortamda stabilize olmaması şartıyla gerekli olan
O2 miktarı biyolojik prosesde hemen hemen eşittir
•
•
•
•
•
MBR-Sistemi ek olarak cross flow havalandırma gerektirir
Buda direk olarak enerji ihtiyacını etkiler
Ortalama enerji ihtiyacı örneği:
 aktiv çamur:
35 kWh/(PE*a)
 MBR-Sistemi:
55 kWh/(PE*a)
Enerjik optimasyon sonrası:
 aktiv çamur:
20 kWh/(PE*a)
 MBR-Slstemi:
40 kWh/(PE*a)
www.we-consult.eu
Kıyaslama:
DENİTRİFİKASYON İÇİN
BİYOLOJİK REAKTÖR
TİPLERİ
( MBR-Sistemi içinde
geçerlidir):
www.we-consult.eu
KIYASLAMA:
DENİTRİFİKASYON SİSTEMLERİ:
O2 ihtiyacı reaktör tipine değil deşarj kriterlerine bağlıdır!
•
Modern SCADA-Sistemleri güvenilidir ve gerekli olan O2 miktarının verilmesini sağlar
•
Sabit O2 yoğunluğu yerine çıkışdaki NH4-N ve NO3-N değerleri baz alınır
•
except intermittent denitrification all anoxic stages require mixing
•
experience shows advantages for combined step-feed and intermittent system
 %60 a kadar enerji tasarrufu mümkün!
 %20 kapasite yükselmesi mümkün
•
Hangi tip olursa olsun havalandırma nitrifikasyon için halen gereklidir
Teknolojilerin kombinasyonu önemli avantajlar sağlarmı?
www.we-consult.eu
ALTERNATIVE:
ENERGY CONSUMPTION OF WWTPs in NRW:
121
250
317
300
336
401
492
specific electricity consumption kWh/PTCSB120 average* a
270
552
578
240
675
686
210
695
708
180
778
817
150
856
905
120
925
991
90
1.011
1.078
60
1.096
1.172
30
1.242
1.450
0
1.000
10.000
PT CSB120 arithm. average
1.450
100.000
1.000.000
www.we-consult.eu
1.475
10.000.000
ALTERNATIVE:
ALTERNATİV MEKANİK/BİYOLOJİK ATIKSU ARITMA SİSTEMLERİ:
Anoksik aktif çamur ve damlatmalı filitre sistemi
Geri dönüşüm
Izgara
ünitesi
Kum ve yağ
tutucu
Ön çökertme
Ön anoksik
tankı
final
sedimentation
trickling
filter
final
sedimentation
Giriş debi
ölçüm
Izgara
atıkları
Çıkış debi
ölçüm
Geri dönüm çamuru
kum
yağ
Primer çamur
3,5%KM
ca. 70% oKM
Aktif çamur
Artık çamur
0,7%KM
ca. 70% oKM
3,5%KM
ca. 60% oKM
www.we-consult.eu
ALTERNATIVE:
Enerji tüketimimindeki farklılıklar(Örnek 200.000 kişilik atıksu arıtma tesisi):
P=ρ*g*h*Q/η
P = Blower enerji tüketimi
ρ = Suyun yoğunluğu = 1,0 kg/l
g = yer çekimi = 9,81 m/s2
hg = tahmini basınç farkı = 6,50 m (difüzör ve boru kayıpları dahil)
a. Aktif çamur => ATV-DVWK-A 131 e göre havalandırma:
Q = hava miktarı in m³/s = 15,033/3600 = 4,18 m³/s
η = Blower etkinlik katsayısı = 0,58 (tahmini)
b. Damlatmalı filitre => Geri dönüşüm (300%):
Q = Giriş miktarı in m³/s = 21,876*3/24/3600 = 0,760 m³/s
η = Pompa etkinlik katsayısı = 0,58 (tahmini)
a. Pa,AS = 4,210,719 kWh/a; with 0,13 €/kWh => 550,000 €/a
b. Pa,TF = 1,231,397 kWh/a ; with 0,13 €/kWh => 160,000 €/a
www.we-consult.eu
SONUÇ:
ANOKSİT ATTİV ÇAMUR VE DAMLATMALI FİLİTRE SİSTEMLERİ KOMBİNASYONU:
Almanya’daki tesislerden Straubing (200.000 kişi) ve Lütjenbrode (50.000 kişi) tesisleri
•
Toplam inşaat hacimleri aynı olduğundan her iki sistemin yatırım maliyetleride aynı
•
Nitrifikasyon için dışarıdan havalandırma ihtiyacı yok!
•
Enerji ihtiyacı %70 daha az!
Alışılagelmiş teknoloji ve high-tech kombinasyonu çok verimli
Alışılagelmiş teknoloji düşük kalite olarak algılanmamalı!
www.we-consult.eu
EXAMPLE:
WWTP Straubing Germany with Trickling Filter System (200.000 PT)
www.we-consult.eu
ÇAMUR ARITIM:
ANAYROBİK ÇÜRÜME
Primer
çamur
Aktiv çamur
KM=3-4%
KM=6%
oKM ca.70%
kalınlaştırıcı
Binaların
ısıtılması
KM=0,7
%
Çürütme
tankı
Kalınlaştırıcı
Mekanik
susuzlaştırıcı
a.c.m.b. CaO
KM=3,5%
KM=5-6% KM=25-30%
oKM <
oKM < 50% oKM < 50%
50%
KM=6%
oKM ca.70%
Mekanik
kalınlaştırıcı
elektrik
Gaz tankı
kazan
www.we-consult.eu
Fazla gaz
yakma
ünitesi
BASICS SLUDGE TREATMENT:
THERMAL UTILIZATION OF SLUDGE
15,4 MJ/kgKM
13,2 MJ/kgKM
11 MJ/kgKM
DR ve oKM bağımlı olarak çamurun kalori değeri
www.we-consult.eu
ÇAMUR ARITIM:
Çamurdan gaz üretimi
Example:
Ham gaz
Kurutulmuş çamur
process of
GWP-Member Kopf
Kuru çamur silosu
Havanın ısıtılması
Syngas GmbH,
Sulz a. Neckar,
850 –
880 Co
Deutschland
Gaz soğutucu
130 –
150 Co
fluidised bed
gasifierer
screenings
Klärschlammgranulat
Granulat soğutucusu
Seramik filitre
Gas yıkama
Granulat
CHP-unit
35 Co
1
Elektrik
2
Çamur kurutma
için ısı
Sentetik gaz
fırın
condensate treatment
www.we-consult.eu
ÇAMUR ARITIM KIYASLAMA:
Anayrobik çürütme:
•
Organik malzemenin ortalama %50 si enerjiye dönüşmekde!
•
Bu şartlar altında her kilo kuru malzeme (oKM) 450 l gaz üretmektedir.
•
70% oKM/kg KM => 315 l per kg total KM
•
6,4 kWh/m3 gas => 2,0 kWh/kg KM gaz tankındaki kullanılabilirliği
Ham çamurdan gaz üretimi:
•
Organiklerin %100 enerjiye dönüşmekte!
•
70% oKM/kg KM => 15,4 MJ/Mg KM
•
Soğuk gaz katsayısı > yanma kalitesinin %70 i
•
1MJ = 0,28 kWh => 3,00 kWh/kg KM sentetik gazın kullanılabilirliği
www.we-consult.eu
COMPARRISSON SLUDGE TREATMENT:
SLUDGE QUANTITY DEPENDING ON DR-CONTENT (Example: Bursa Doğu)
140.000
130.000
120.000
110.000
73.000 Mg/a
100.000
Yıllık çamur miktarı
[Mg/a]
90.000
54.750 Mg/a
80.000
Water
70.000
oDS
60.000
mineral. DS
50.000
40.000
11.863 Mg/a
30.000
20.000
6.388 Mg/a
10.000
0
14,0
20,0
22,0
25,0
45,0
90,0
100,0
100,0
DS-Content %
www.we-consult.eu
ÇAMUR GAZİFİKASYON’A ÖRNEK:
Örnek 1: WWTP Mannheim
•
Kapasite: 600.000 PT
•
Kurutma: 10.000 Mg KM/a değerlerine göre iki hat
•
DS-içeriği takriben 90 -95%
•
%50 lik birinci basamak: 5.000 Mg KM/a,
•
electr. İşletmede gerekli olan güç ihtiyacı: 70-80 kW
•
Soğuk gaz katsayısı: >70%
www.we-consult.eu
ÇAMUR GAZİFİKASYON’A ÖRNEK:
Örnek 2: WWTP Balingen
•
kapasite: 124.000 PT
•
kurutma: 2.000 Mg KM/a için
•
DS-miktarı takriben %85
•
çıkış 100 %: 2.000 Mg KM/a,
•
electr. İşletmede gerekli olan güç ihtiyacı: 30-40 kW
•
Soğuk gaz katsayısı: >70%
www.we-consult.eu
SUMMARY AND CONCLUSION:
•
Wastewater and sludge treatment is no technological problem any more
•
Different kinds of technologies are available
•
Selection of the technology has to be orientated on the demand
•
High-Tech is not necessarly the best solution for the special case
•
Energy efficiency is more and more an important factor in terms of operation
costs but also in terms of CO2-emissions
•
For energy reasons good old well prooven technologies should also be part of the
consideration
•
Useful combinations of prooven with newest technologies
•
Low-Tech however must not mean low quality
www.we-consult.eu
Dikkatinize teşekkür ederiz!
Güvenebileceğiniz çözümler
WE-Consult Ltd.
Mintropstraße 10
40215 Düsseldorf
Tel.: +49 (211) 41 65 150 – 0
Fax.: +49 (211) 41 65 150 – 1
e-mail: [email protected]
www.we-consult.eu