Rozbieżność pomiędzy efektywnością energetyczną reaktorów, a efektywnością energetyczną

Porównując ze sobą bezpośrednio dane dotyczące dobowego zużycia energii elektrycznej, lub efektywności energetycznej poszczególnych reaktorów (rozdział 9.2; załączniki 4-7), z energią elektryczną zużytą na procesy oczyszczania ścieków, lub efektywnością energetyczną procesów oczyszczania przeprowadzanych przez te same reaktory (rozdział 9.3; załączniki 4-7) trudno uniknąć poważnego dysonansu poznawczego. Upraszczając zagadnienie (pomijając wahania efektywności energetycznej i wydajności procesów usuwania zanieczyszczeń ze ścieków, pomijając również porcje ścieków, które przetwarzane były przez reaktory na przełomie dni) utworzono tabelę porównawczą zużycia energii elektrycznej przez reaktory i przez procesy usuwania zanieczyszczeń prowadzone w tych reaktorach. Energia podana w kWh na porcję w tabeli 9-12 oznacza łączną ilość energii zużytą od momentu rozpoczęcia napełniania reaktora do chwili zakończenia zrzutu ścieków, odprowadzenia osadu nadmiernego i rozpoczęcia okresu „przestoju” reaktora.

120 Tab. 9-12 Uproszczone porównanie zużycia energii elektrycznej przez reaktory i procesy usuwania zanieczyszczeń

SBR 3 SBR 3 stosunek SBR 4 SBR 4 stosunek

kWh/d kWh/porcja kWh/d kWh/porcja

min 116.4 56.1 2.1:1 84.6 42.9 2.0:1

max 307.4 77.5 4.0:1 326.4 79.1 4.1:1

średnio 199.2 65.9 3.0:1 179.3 62.0 2.9:1

Niezależnie od rozpatrywanego reaktora w roku 2017 badane reaktory zużywały średnio 3 razy więcej energii w ciągu doby, niż wynikałoby to z zapotrzebowania energii na procesy usuwania wszystkich zanieczyszczeń ze ścieków. Oczywiście, procesy usuwania zanieczyszczeń są wykorzystywane w trakcie trwania fazy aktywnej cyklu pracy reaktora, zatem na całkowitą efektywność energetyczną obiektu (reaktora, linii technologicznej, bądź całej oczyszczalni) wpływ ma nie tylko efektywność procesów oczyszczania w trakcie fazy aktywnej, ale też efektywność energetyczna fazy pasywnej – czasu pomiędzy kolejnymi porcjami ścieków. W trakcie fazy pasywnej osad czynny wciąż musi być mieszany i okresowo napowietrzany, niemniej jednak, nawet pomimo spodziewanego większego zużycia energii przez reaktor w ciągu doby niż wynikałoby to z zapotrzebowania energii na potrzeby usuwania ścieków w trakcie fazy aktywnej pracy reaktora, obserwowana dysproporcja zużycia energii jest na tyle duża, że konieczne było dokładne zbadanie tej kwestii.

Do badań weryfikacyjnych wytypowano dwa okresy czasu skojarzone z letnią i zimową serią pomiarową: 04.07-09.08 oraz 19.11-21.12. W tych przedziałach czasowych określono ile czasu (w minutach) reaktory pozostawały w fazie aktywnej i pasywnej. Ten sposób liczenia pozwolił uniknąć komplikacji związanych z porcjami, które przetwarzane były na przełomie dni. Oprócz określenia czasu trwania poszczególnych faz obliczono również korespondujące z nimi zużycie energii elektrycznej.

Szczegółowe dane tabelaryczne zestawiono w załączniku 8. W oparciu o dane z załącznika przygotowano 4 wykresy z uśrednionymi wynikami dla poszczególnych serii pomiarowych i reaktorów.

W okresie letnim reaktor nr 3 pracował w trybie aktywnym przez zaledwie 38% doby każdego dnia (~9 z 24h). Reaktor 4 w ujęciu średniodobowym pracował aktywnie niecałe 5 godzin dziennie.

W warunkach niedociążenia hydraulicznego obiektu, tego typu sytuacje mogą być nie do uniknięcia, jednak niekoniecznie muszą w istotny sposób wpływać na efektywność energetyczną obiektu.

Znacznie istotniejszy jest tryb pracy reaktora w fazie pasywnej. Oba reaktory w fazie pasywnej w okresie letnim zużywały znacznie więcej energii niż w trakcie fazy aktywnej.

Dokładna analiza aktywności urządzeń obsługujących oba reaktory wykazała wyraźne zaniedbania w zakresie sterowania pracą reaktorów pomiędzy fazami aktywnego oczyszczania ścieków.

SBR3 w trakcie trwania letniej serii pomiarowej zużywał około 72% energii elektrycznej pomiędzy kolejnymi porcjami ścieków, w przypadku reaktora nr 4 było to aż 81% energii elektrycznej. Wartości te znacząco przewyższają udziały jakich należałoby się spodziewać w związku z energią potrzebną na podtrzymanie odpowiedniej kompozycji i parametrów osadu czynnego pomiędzy kolejnymi porcjami ścieków. Osad czynny musi być mieszany i okresowo napowietrzany, przeciwdziała to zagniwaniu lub innym niepożądanym zjawiskom mogącym negatywnie wpłynąć na parametry osadu czynnego, a w konsekwencji obniżyć wydajność usuwania zanieczyszczeń przez reaktor.

Badane reaktory są przykładem odwrotnym, zmierzony czas pracy dmuchaw w trakcie fazy pasywnej obu reaktorów jest prawdopodobnie jedną z przyczyn obserwowanej niższej wydajności usuwania zanieczyszczeń w trakcie letniej serii pomiarowej.

Przed zimową serią pomiarową w porozumieniu z głównym technologiem wprowadzono szereg zmian w pracy ciągu technologicznego nr 2. Zmiany dotyczyły reżimu pracy reaktorów zarówno w fazie aktywnej jak i pasywnej. Zdecydowano również o zwiększeniu obciążenia reaktorów.

121

Rys. 9-27 SBR3 średni procentowy udział faz aktywnej i pasywnej w czasie pracy (diagram lewy) oraz zużyciu energii reaktora na dobę (diagram prawy), lato 2017.

Rys. 9-28 SBR4 średni procentowy udział faz aktywnej i pasywnej w czasie pracy (diagram lewy) oraz zużyciu energii reaktora na dobę (diagram prawy), lato 2017.

Zwiększenie obciążenia SBRów uzyskano poprzez zwiększenie średniej wielkości porcji ścieków surowych trafiających do reaktora nr 4 (ujednolicenie do reaktora nr 3) oraz zwiększenie liczby porcji trafiających do obu reaktorów w ciągu tygodnia. Efektem było istotne zmniejszenie czasu w jakim oba reaktory znajdowały się w trybie pasywnym. Dodatkowo zmniejszono intensywność napowietrzania i mieszania osadu czynnego pomiędzy kolejnymi porcjami ścieków.

Rezultatem podjętych działań byłą wieloaspektowa poprawa pracy obu reaktorów omówiona szczegółowo we wcześniejszych rozdziałach niniejszej rozprawy. Zmiana reżimu pracy ciągu technologicznego przyczyniła się do istotnego wzrostu udziału fazy aktywnej w czasie pracy reaktorów nr 3 i 4.

38%

62%

19%

81%

28%

72%

Faza aktywna Faza pasywna

19%

81%

Faza aktywna Faza pasywna

122

Rys. 9-29 SBR3 średni procentowy udział faz aktywnej i pasywnej w czasie pracy (diagram lewy) oraz zużyciu energii reaktora na dobę (diagram prawy), zima 2017.

Rys. 9-30 SBR4 średni procentowy udział faz aktywnej i pasywnej w czasie pracy (diagram lewy) oraz zużyciu energii reaktora na dobę (diagram prawy), zima 2017.

Udział fazy aktywnej w średniodobowym czasie pracy SBR3 wzrósł z 38% do 69%

(z ~9h do ~16,5h). Udział fazy aktywnej w średniodobowym czasie pracy SBR4 wzrósł z 19% do 75%

(z ~4,5h do ~18h). Zmiany reżimu pracy reaktorów w połączeniu ze zwiększeniem liczby porcji ścieków kierowanych do SBRów wpłynęły na istotną poprawę bilansu energetycznego reaktorów. Udział fazy aktywnej w zużyciu energii elektrycznej przez SBR3 wzrósł z 28% do 55%. . Udział fazy aktywnej w zużyciu energii elektrycznej przez SBR4 wzrósł z 19% do 64%.

Wyniki te, są niezwykle istotne w kontekście techniczno-eksploatacyjnym małych i średnich oczyszczalni ścieków w Polsce. Dowodzą one, że nawet nowoczesna oczyszczalnia, charakteryzująca się dobrą, a nawet bardzo dobrą efektywnością energetyczną procesów usuwania zanieczyszczeń ze ścieków może równocześnie charakteryzować się niską efektywnością energetyczną w ujęciu całkowitym. Wyniki te oznaczają również, że niezbędne jest ciągłe podnoszenie kwalifikacji kadry obsługującej małe lub średnie oczyszczalnie, a dorywcza obecność głównego technologa może nie wystarczyć do utrzymania wysokiej jakości pracy kilku obiektów na raz.

69%

31%

75%

25%

55%

45%

Faza aktywna Faza pasywna

64%

36%

Faza aktywna Faza pasywna

123