Energetska efikasnost postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda: izazovi i pravci unapređenja

Struktura energetske potrošnje u PPOV

Aeracija bioreaktora predstavlja dominantnu stavku energetske potrošnje u tipičnom komunalnom PPOV i može činiti 50-70% ukupne električne energije postrojenja. Blower-pumpe za unos vazduha u aeracione bazene rade kontinuirano i pri nepreciznoj regulaciji mogu trošiti značajno više energije nego što je biohemijski neophodno (Metcalf i Eddy, 2014). Pumpanje otpadne vode kroz različite tehnološki stupnjeve drugaje po veličini energetska stavka i obuhvata transportne pumpe, recirkulacione pumpe aktivnog mulja, pumpe za povrat internog reciklaza azota i pumpe za transport mulja. Tretman i dehidracija mulja takođe doprinose ukupnoj energetskoj bilanci, posebno kod centrifuga i membranskih presa.

Ostale stavke energetske potrošnje uključuju: grejanje digestora u anaerobnoj digestiji, ventilaciju zatvorenih objekata, upravljacke sisteme i instrumentaciju, dezinfekciju (UV sistemi ili ozon generatori), te osvjetljenje i pomocnu opremu. Ukupna specifična potrošnja električne energije za komunalna PPOV u Evropi krece se od 0,2 do 0,8 kWh po kubnom metru prečišćene vode, u zavisnosti od veličine postrojenja, stepena tretmana i starosti opreme (Kampschreur i sar., 2009).

Problemi neefikasnosti u postojećim postrojenjima

Jedan od najvećih strukturnih problema energetske neefikasnosti u komunalnim PPOV jeste zastarela oprema za aeraciju i pumpanje. Mnoga postrojenja u Srbiji i regionu opremljena su difuzorima i pumpama starijim od 20-30 godina, čija je energetska efikasnost daleko ispod savremenih standarda (SEPA, 2020). Zamena starih keramickih difuzora modernim sitnoporoznim membranoskim difuzorima može smanjiti potrošnju vazduha i do 30%, dok ugradnja frekventnih regulatora (VFD) na pumpnim i blower agregatima smanjuje električnu potrošnju proporcionalno trecem stepenu brzine vrtnje.

Nepostojanje ili zastarelost automatizovanih sistema upravljanja i kontrole (SCADA) čini da postrojenje radi po fiksnim parametrima, bez prilagodavanja realnim uslovima – protocima, organskom opterecenju i temperaturi. Stalna aeracija pri nominalnom kapacitetu, bez obzira na stvarno organsko opterećenje, direktno znaci prekomerno trosenje električne energije. Studije su pokazale da uvodjenje automatske regulacije aeracije zasnovane na online merenju rastvorenog kiseonika i amonijaka može smanjiti potrošnju energije za aeraciju i do 40% bez smanjenja efikasnosti tretmana (Ingildsen, 2002).

Biogas i energetska samodostatnost PPOV

Anaerobna digestija mulja nudi značajan potencijal za smanjenje neto energetske potrošnje PPOV. Biogas nastao tokom digestije (65-70% metana) koristi se u kogeneracionim jedinicama za istovremenu proizvodnju električne energije i toplotne energije (kogeneracija ili CHP – Combined Heat and Power). Toplotna energija koristi se za grejanje digestora, a u pojedinim slucajevima i za grejanje objekata postrojenja. Savremena PPOV u Evropi koja primenjuju anaerobnu digestiju mogu pokriti 50-100% sopstvenih elektricnih potreba biogazom, a najnaprednija postrojenja ostvaruju energetski pozitivan bilans – izvozeci električnu energiju u mrezu (Verstraete i sar., 2009).

U Srbiji, potencijal biogasa iz mulja komunalnih PPOV i dalje je u velikoj meri neiskoriscen. Vecina komunalnih PPOV ne primenjuje anaerobnu digestiju mulja ili nema kogeneracione jedinice, što znaci da se dragoceni energetski sadrzaj mulja ne iskoristava. Ovo se mora promeniti u okviru modernizacije sektora, posebno imajuci u vidu sve strože EU standarde za tretman mulja i sve više troškove električne energije.

Strategije unapređenja energetske efikasnosti

Sistematski pristup poboljšanju energetske efikasnosti PPOV počinje sa energetskim auditom postrojenja, koji identifikuje najveće potrošače energije i procenjuje potencijal uštede. Standard EN 16247 pruža metodološki okvir za izvođenje energetskih audita industrijskih i komunalnih objekata (CEN, 2012). Na osnovu nalaza audita, izrađuje se prioritizovani plan investicija kojim se definišu kratkoročne (promene u načinu rada, ugradnja VFD-a, optimizacija setpointa), srednjoročne (zamena starih difuzora, ugradnja SCADA) i dugoročne mere (rekonstrukcija digestije, ugradnja CHP jedinice).

Paralelno sa tehničkim merama, ključna je i obuka operativnog osoblja o znacaju i metodama energetski efikasnog vođenja procesa. Ljudski faktor – kompetentnost i svest operatera – često je nedovoljno cenjena komponenta energetske efikasnosti PPOV. Programi razmene iskustava između PPOV, benchmarking i usvajanje indikatora specifične potrošnje energije kao KPI (Key Performance Indicator) u operativnom izveštavanju doprinose kulturnoj promeni u komunalnom sektoru upravljanja otpadnim vodama.

Zaključak

Energetska efikasnost PPOV nije luksuz, već operativna nuznost u uslovima rastucih troškova energije i sve stroznjih emisionih zahteva. Kombinacijom tehničkih mera – modernizacijom opreme, uvođenjem automatske kontrole procesa i iskoriscavanjem potencijala biogasa – moguće je značajno smanjiti troškove eksploatacije i ugljenicki otisak komunalnih PPOV. Srbija ima pred sobom značajan posao modernizacije u ovoj oblasti, ali i realan potencijal za postizanje energetske samodostatnosti bar dela postrojenja, što je i finansijski i ekološki svrsishodna perspektiva.