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
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
Bertaraf ortamı BASICS: MEKANİK/BİYOLOJİK ATIKSU ARITMASI 1 Sade teknoloji: extended havalandırma 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
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
BASICS: MEKANİK/BİYOLOJİK ATIKSU ARITMASI 3: Yüksek teknolojik: Membran biyo reaktör (MBR) Izgara ünitesi Kum ve yağ tutucu Kum ve yağ tutucu Havalandırma tankı Membran Izgara atıkları kum Giriş debi ölçüm Çıkış debi ölçüm Geri dönüm çamuru (optionel) yağ Ön çamur 3,5%KM ca. 70% okm Artık çamur 0,7%KM ca. 70% okm
ENERGY EFFICIEBCY WHY? 1965 2012 yılları arasındaki petrol fiyatlarının gelişimi
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)
COMPARRISSON: EXTENDED AERATION AND ACTIVATED SLUDGE SYSTEM: energy efficiency starts with selection of the technology Havalandırma sistemi aktiv çamur sisteminden daha fazla O 2 gerektirir Bu da direk olarak enerji tüketimini etkiler Fethiye Arıtma Tesisi örnek alındığında(243.000 kişilik kalkulasyon): aktiv çamur yöntemi: 1.300 kg O 2 /h, 31.212 kgo 2 /d extended havalandırma: 1.674 kg O 2 /h, 40.175 kgo 2 /d extended havalandırma 25% daha fazla enerji harcar ayrobik stabilize edilmiş olan çamur gaz üretiminde kullanılamaz
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 O 2 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: MBR-Sistemi: 35 kwh/(pe*a) 55 kwh/(pe*a) Enerjik optimasyon sonrası: aktiv çamur: MBR-Slstemi: 20 kwh/(pe*a) 40 kwh/(pe*a)
Kıyaslama: DENİTRİFİKASYON İÇİN BİYOLOJİK REAKTÖR TİPLERİ ( MBR-Sistemi içinde geçerlidir):
KIYASLAMA: DENİTRİFİKASYON SİSTEMLERİ: O2 ihtiyacı reaktör tipine değil deşarj kriterlerine bağlıdır! Modern SCADA-Sistemleri güvenilidir ve gerekli olan O 2 miktarının verilmesini sağlar Sabit O 2 yoğunluğu yerine çıkışdaki NH 4 -N ve NO 3 -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?
specific electricity consumption kwh/pt CSB120 average * a ALTERNATIVE: 300 270 240 210 180 150 120 90 60 30 ENERGY CONSUMPTION OF WWTPs in NRW: 0 1.450 1.000 10.000 100.000 1.000.000 10.000.000 1.475 PT CSB120 arithm. average 121 250 317 336 401 492 552 578 675 686 695 708 778 817 856 905 925 991 1.011 1.078 1.096 1.172 1.242 1.450
ALTERNATIVE: ALTERNATİV MEKANİK/BİYOLOJİK ATIKSU ARITMA SİSTEMLERİ: Anoksik aktif çamur ve damlatmalı filitre sistemi Izgara ünitesi Kum ve yağ tutucu Ön çökertme Ön anoksik tankı Geri dönüşüm final sedimentation trickling filter final sedimentation Giriş debi ölçüm Çıkış debi ölçüm Izgara atıkları kum Geri dönüm çamuru yağ Primer çamur Aktif çamur Artık çamur 3,5%KM ca. 70% okm 0,7%KM ca. 70% okm 3,5%KM ca. 60% okm
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/s 2 h g = 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. P a,as = 4,210,719 kwh/a; with 0,13 /kwh => 550,000 /a b. P a,tf = 1,231,397 kwh/a ; with 0,13 /kwh => 160,000 /a
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!
EXAMPLE: WWTP Straubing Germany with Trickling Filter System (200.000 PT)
ÇAMUR ARITIM: ANAYROBİK ÇÜRÜME Primer çamur KM=3-4% Aktiv çamur KM=0,7 % Çürütme tankı Kalınlaştırıcı Mekanik susuzlaştırıcı KM=3,5% KM=5-6% KM=25-30% okm < okm < 50% okm < 50% 50% a.c.m.b. CaO KM=6% okm ca.70% KM=6% okm ca.70% kalınlaştırıcı Mekanik kalınlaştırıcı Binaların ısıtılması elektrik Gaz tankı Fazla gaz yakma ünitesi kazan
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
ÇAMUR ARITIM: Çamurdan gaz üretimi Kurutulmuş çamur Ham gaz Example: process of Kuru çamur silosu Havanın ısıtılması GWP-Member Kopf Syngas GmbH, Gaz soğutucu 850 880 C o Sulz a. Neckar, Deutschland 130 150 C o fluidised bed gasifierer screenings Klärschlammgranulat Seramik filitre Gas yıkama Granulat soğutucusu Granulat CHP-unit 35 C o 1 2 Sentetik gaz Elektrik Çamur kurutma için ısı fırın condensate treatment
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/m 3 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
Yıllık çamur miktarı [Mg/a] COMPARRISSON SLUDGE TREATMENT: SLUDGE QUANTITY DEPENDING ON DR-CONTENT (Example: Bursa Doğu) 140.000 130.000 120.000 110.000 100.000 73.000 Mg/a 90.000 80.000 70.000 60.000 54.750 Mg/a Water ods mineral. DS 50.000 40.000 30.000 11.863 Mg/a 20.000 10.000 0 14,0 20,0 22,0 25,0 45,0 90,0 100,0 100,0 DS-Content % 6.388 Mg/a
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%
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%
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 CO 2 -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
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: info@we-consult.eu