Zależność pomiędzy dobowym zużyciem energii elektrycznej przez oczyszczalnię,

Specyfika badań prowadzonych na obiektach pełnoskalowych wymusza przyjmowanie pewnych założeń. Przystępując do analizy danych zebranych na potrzeby tego podrozdziału przyjęto założenie o homogenicznym składzie ścieków i identycznej sprawności obu ciągów technologicznych.

Przyjęto również założenie, że nie występowały porcje ścieków, których przetwarzanie odbywało się na przełomie dni. Przygotowane w oparciu o przyjęte założenia dane zestawiono na rysunku 9-3. Wyniki przedstawione na wykresie charakteryzują zależności podobne do zaobserwowanych w przypadku efektywności energetycznej obiektu określanego wskaźnikiem eQ. Im większy ładunek usuniętych zanieczyszczeń (liczony w kg/d) tym większa efektywność energetyczna obiektu wyrażana w kWh/kg_us w ciągu doby. Jednocześnie nie stwierdzono istotnej zależności pomiędzy ilością energii zużywanej przez obiekt, a ilością usuwanych zanieczyszczeń, niezależnie od rodzaju wskaźnika jakiego użyto do porównań (ChZT, BZT5, Nog). W przeciwieństwie do efektywności energetycznej obiektu wyrażanej wskaźnikiem eQ, gdzie oczyszczalnia przez cały 2017 rok pracowała w warunkach niedociążonych, średnie dobowe ładunki zanieczyszczeń dopływających do oczyszczalni były zbliżone do wartości projektowych, choć cechowały się znaczną zmiennością i szerokim zakresem rejestrowanych wartości. Istotne jest również, iż ze względu na niskie wartości Qdśr, ładunki zanieczyszczeń zbliżone do wartości projektowych są rezultatem stężeń zanieczyszczeń wyraźnie przekraczających wartości projektowe. Zbieżność wielkości ładunków zanieczyszczeń w ściekach surowych z wartościami projektowymi z punktu widzenia efektywności energetycznej usuwania zanieczyszczeń jest jednakże drugorzędna, choć fakt, że ścieki surowe to ścieki silnie stężone ma wpływ na stopień trudności ich oczyszczenia. Efektywność usuwania zanieczyszczeń ze ścieków (usunięty ładunek zanieczyszczeń) jest wypadkową wielu czynników, co przekłada się również na efektywność energetyczną procesów oczyszczania (szerzej rozdział 9.3). Niemniej jednak wnioski oparte o analizę rys. 9-3, są zbieżne z wynikami obliczeń współczynników korelacji pomiędzy zużyciem energii, a wielkością usuniętych ładunków zanieczyszczeń przedstawionych w tabeli 9-1. Dane globalne dla całej oczyszczalni nie potwierdzają tezy o istnieniu zależności pomiędzy usuwanym ładunkiem zanieczyszczeń, a zużywaną przez oczyszczalnie ilością energii elektrycznej w ciągu doby.

87 Rys. 9-3 Efektywność energetyczna oczyszczalni ścieków w 2017r w ujęciu jakościowym.

Tab. 9-1 Wielkość wsp. korelacji pomiędzy zużyciem energii, a usuniętym ładunkiem zanieczyszczeń.

ChZT_us BZT_us Nog_us

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

kWh/kg_us/d

kWh

kg_us/d

ChZT BZT5 Nog e_ChZT e_BZT5 e_Nog

88 9.3.4 Zależność pomiędzy dobowym zużyciem energii elektrycznej reaktora, a wielkością

usuwanych ładunków zanieczyszczeń.

Ze względu na specyfikę pracy reaktorów w trakcie zimowej serii pomiarowej (nakładające się porcje ścieków, generujące fazy aktywne reaktora, odbywające się na przełomie dni) do analizy zależność pomiędzy dobowym zużyciem energii elektrycznej reaktora, a wielkością usuwanych ładunków zanieczyszczeń wybrano zaledwie kilka dni pomiarowych, gdzie nie występowało zjawisko porcji nakładających się. W przypadku zagadnienia poruszanego w tym podrozdziale wybrana niewielka próba nie ma negatywnego wpływu na jakość wysuwanych wniosków. Podobnie jak w przypadku zależności pomiędzy zużyciem energii, a usuwanym ładunkiem zanieczyszczeń przez całą oczyszczalnie (rozdział 9.2) również dane przedstawione na rysunkach 9-4, 9-5, 9-6 oraz zawarte w tabeli 9-2 mają przede wszystkim za zadanie zobrazować pewne istotne z punktu eksploatacyjnego zjawisko. Dokładne wartości liczbowe mają w tym przypadku charakter drugorzędny zarówno z punktu widzenia eksploatacyjnego jak i naukowego.

Tab. 9-2 Zależność pomiędzy wielkością usuniętego ładunku zanieczyszczeń, a zużyciem energii i efektywnością energetyczną reaktorów w ciągu doby (2017r.)

Ładunek_us [kg/d]

ChZT BZT5 Nog kWh/d kWh/d

SBR3 SBR4 SBR3 SBR4 SBR3 SBR4 SBR3 SBR4

2017.07.17 441,5 151,2 340,7 116,7 21,3 7,3 206,4 139,1

2017.07.19 591,8 202,6 255,6 87,5 15,1 5,2 257,0 150,0

2017.07.24 243,7 84,2 151,4 52,3 20,8 7,2 200,8 140,2

2017.07.26 115,6 40,0 99,6 34,4 23,2 8,0 217,4 151,6

2017.08.09 180,5 96,9 151,6 81,4 19,1 10,2 252,2 159,9

2017.11.27 185,9 n/a 118,8 n/a 25,1 n/a 219,7 n/a

Eff energetyczna-Ładunek_us [kWh/kg_us/d] na DOBĘ

ChZT BZT5 Nog kWh/d kWh/d

SBR3 SBR4 SBR3 SBR4 SBR3 SBR4 SBR3 SBR4

2017.07.17 0,47 0,92 0,61 1,19 9,70 19,09 206,4 139,1

2017.07.19 0,43 0,74 1,01 1,71 16,97 28,93 257,0 150,0

2017.07.24 0,82 1,67 1,33 2,68 9,65 19,49 200,8 140,2

2017.07.26 1,88 3,79 2,18 4,40 9,37 18,91 217,4 151,6

2017.08.09 1,40 1,65 1,66 1,97 13,21 15,61 252,2 159,9

2017.11.27 1,18 n/a 1,85 n/a 8,74 n/a 219,7 n/a

wsp. korelacji kWh/d-…

Chzt_us [kg/d] bzt_us [kg/d] Nog_us [kg/d]

SBR3 SBR4 SBR3 SBR4 SBR3 SBR4

0,3149 -0,1821 0,0233 -0,2177 -0,6814 0,5438

89

Rys. 9-4 Zależność pomiędzy wielkością usuniętego ładunku Nog, a zużyciem energii i efektywnością energetyczną reaktorów nr 3 i 4 w ciągu doby

Rys. 9-5 Zależność pomiędzy wielkością usuniętego ładunku ChZT, BZT5, a zużyciem energii i efektywnością energetyczną reaktora nr 3 w ciągu doby.

0 5 10 15 20 25 30 35

0 50 100 150 200 250 300

0 5 10 15 20 25 30

kWh/kg_us

kWh/d

kg_us/d SBR4

SBR3 SBR4 e_Nog SBR3 e_Nog

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

0 50 100 150 200 250 300

0 100 200 300 400 500 600 700

kWh/kg_us

kWh/d

kg_us/d ChZT

BZT e_ChZT e_BZT

90

Rys. 9-6 Zależność pomiędzy wielkością usuniętego ładunku ChZT, BZT5, a zużyciem energii i efektywnością energetyczną reaktora nr 4 w ciągu doby

Wyniki uzyskane dla SBRów 3 i 4 są sprzeczne z założeniami teoretycznymi (większy ładunek usunięty

≈ większe zużycie energii), są też sprzeczne wewnętrznie. Jeśliby rozpatrywać tylko współczynnik korelacji określający zależność pomiędzy zużyciem energii elektrycznej, a usuwanym ładunkiem azotu w ciągu doby to z godnie z wynikami dla reaktora nr 3, zależność jest (mniej lub bardziej) odwrotnie proporcjonalna. Natomiast wyniki dla SBRa4 sugerują odwrotnie, zależność względnie proporcjonalną.

Wartości pozostałych współczynników korelacji, lub uzyskane chmury punktów na wykresach sugerują brak jakichkolwiek zależności pomiędzy zużyciem energii, a usuwanym w ciągu doby ładunkiem zanieczyszczeń. Wyniki te choć pozornie błędne są jednakże w 100% właściwe, ich niezwykłość nie wynika jednakże z przypadkowego odkrycia nowych praw fizyki czy zjawisk nadprzyrodzonych.

Uzyskane wyniki są rezultatem realnego i istotnego problemu eksploatacyjnego. Pełna analiza tego problemu wymaga porównania efektywności energetycznej reaktorów/oczyszczalni w ujęciu dobowym z efektywnością energetyczną procesów oczyszczania ścieków, która omawiana jest w rozdziale 9.5.

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0

135 140 145 150 155 160 165

0 50 100 150 200 250

kWh/kg_us

kWh/d

kg_us/d

ChZT BZT e_ChZT e_BZT

91 9.3.5 Zależność pomiędzy dobowym zużyciem energii elektrycznej, a temperaturą

otoczenia.

W związku z zaobserwowanym niższym zużyciem energii elektrycznej w miesiącach letnich (patrz rozdział 8.6), zdecydowano się na zweryfikowanie hipotezy o istnieniu zależności pomiędzy zużyciem energii elektrycznej, a 1) temperaturą otoczenia, 2) temperaturą ścieków. Zgodnie z ugruntowaną wiedzą naukową temperatura ścieków wpływa na procesy metaboliczne zachodzące w osadzie czynnym, natomiast zgodnie z podstawowymi zasadami termodynamiki temperatura atmosfery oraz warunki atmosferyczne mają wpływ na temperaturę ścieków. Można więc teoretyzować, że sezonowe różnice klimatyczne będą miały pośrednio wpływ na zużycie energii elektrycznej. Uzyskana chmura punktów na rysunku 9-7 nie pozwala na jednoznaczne potwierdzenie lub odrzucenie tej hipotezy.

Na wykresie da się zauważyć minimalny trend spadkowy zużycia energii wraz z rosnącymi średnimi dobowymi temperaturami, również obliczony współczynnik korelacji (tabela 9-4) sugeruje istnienie słabej, odwrotnie proporcjonalnej zależności. Zaobserwowane zależności są jednak zbyt słabe by było możliwe jednoznaczne powiązanie zaobserwowanych zmian w zużyciu energii elektrycznej przez oczyszczalnie ze średnią dobową temperaturą atmosfery. Należy zaznaczyć, że większość małych i średnich oczyszczalni w Polsce wyposażonych jest w ogrzewanie elektryczne i zwykle nie jest wyposażona w klimatyzację (wyklucza to zużycie energii elektrycznej na potrzeby chłodzenia pomieszczeń nietechnologicznych oczyszczalni w miesiącach letnich). Zatem, pomimo iż tzw. komfort cieplny jest pojęciem bardzo subiektywnym i intensywność wykorzystania elektrycznej instalacji grzewczej w skali całego kraju będzie w istotnym stopniu zależeć od trudno mierzalnych indywidualnych preferencji poszczególnych pracowników oczyszczalni, można przyjąć założenie, że w miesiącach zimowych zużycie energii elektrycznej na potrzeby grzewcze może mieć zauważalny wpływ na dobowe zużycie energii przez oczyszczalnie. Z tego względu przeprowadzono dodatkową serie pomiarów, sprawdzając indywidualne zużycie energii elektrycznej przez aktywne grzejniki w trakcie zimowej serii pomiarowej (20.11-22.12 2017r.). Wyniki dodatkowych pomiarów zestawiono w tabeli 9-3.

Tab. 9-3 Zużycie energii elektrycznej na cele grzewcze podczas trwania zimowej serii pomiarowej.

ΔE[kWh]

(pomieszczenie) Biuro Warsztat Łazienka "Kuchnia" ∑ śr.En_d_grzew śr.En_d_grzew En.śr.d_OS

20.11-22.12 611 335 233 497 1676 51 3,7%

W trakcie letniej serii pomiarowej średnie dobowe zużycie energii przez całą oczyszczalnie wyniosło 1181 kWh/d, w trakcie serii zimowej 1373 kWh/d, przy czym na cele grzewcze zużywane było średnio 51 kWh/d (3,7% średniego dobowego zużycia energii zarejestrowanego w dniach 20.11-22.12.2017).

Podsumowując, ogrzewanie elektryczne stosowane w badanej oczyszczalni ma mierzalny, lecz marginalny wpływ na zaobserwowane różnice sezonowe w zużyciu energii i nie może być uznane za jedyną przyczynę większego całkowitego zużycia energii elektrycznej zarejestrowanego w trakcie zimowej serii pomiarowej. Nie jest możliwe jednoznaczne odrzucenie bądź potwierdzenie wpływu zmiennych sezonowo warunków klimatycznych na całkowite zużycie energii elektrycznej przez oczyszczalnie w oparciu o posiadane dane globalne. Zaobserwowana minimalna korelacja w tym przypadku nie świadczy o przyczynowości.

Tab. 9-4 Wartość wsp. korelacji pomiędzy zużyciem energii przez reaktory/oczyszczalnie, a temperaturą otoczenia

SBR3.kWh-temp.atmosfery: 0.3651 SBR4.kWh-temp.atmosfery: -0.3702 OS.kWh-temp.atmosfery: -0.3637

92

Rys. 9-7 Weryfikacja zależności pomiędzy średnim dobowym zużyciem energii elektrycznej przez oczyszczalnie, a średnią dobową temperaturą atmosfery.

Analiza danych zebranych dla reaktorów 3 i 4 sugeruje niezwykle słabą zależność lub całkowity brak zależności pomiędzy zużyciem energii przez reaktory, a średnią dobową temperaturą atmosfery.

Współczynnik dopasowania R² żadnej z przetestowanych funkcji, którymi próbowano opisać obserwowane zjawisko nie przekroczył wartości R² =0,2000. Dodatkowo w przypadku reaktorów 3 i 4 niezależnie od wybranego rodzaju funkcji, uzyskane wykresy są niemalże swoimi lustrzanymi odbiciami. Obserwacje poczynione na podstawie wykresów są zbieżne z obliczonymi współczynnikami korelacji, zestawionymi w tabeli 9-4.

Wzajemna sprzeczność rezultatów opartych o zbliżone dane wejściowe pozwala przypuszczać, że najbardziej prawdopodobnym scenariuszem jest silny wpływ czynników innych niż temperatura otoczenia na zużycie energii elektrycznej przez reaktory.

y = -6.1527x + 1309.5 R² = 0.0659

800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900

-5 0 5 10 15 20 25 30

kWh/d

Śr.dob.temp.atm. ^oC

93

Rys. 9-8 Weryfikacja zależności pomiędzy średnim dobowym zużyciem energii elektrycznej przez reaktory nr 3 i 4, a średnią dobową temperaturą atmosfery.

9.3.6 Zależność pomiędzy dobowym zużyciem energii elektrycznej, a temperaturą ścieków.

Zaobserwowane niejednoznaczne wyniki dla teoretyzowanej zależności pomiędzy średnim dobowym zużyciem energii elektrycznej przez oczyszczalnie/reaktory, a średnią dobową temperaturą atmosfery powinny znaleźć swoje odzwierciedlenie w wynikach weryfikujących zależność pomiędzy zużyciem energii elektrycznej, a temperaturą ścieków.

Zgodnie z przewidywaniami, wyniki uzyskane w trakcie analiz opartych o temperaturę ścieków są bardzo zbliżone do wyników uzyskanych w przypadku średniej dobowej temperatury atmosfery.

Zarówno w przypadku rysunków 9-7, 9-8 jak i tabeli 9-5 ogólny trend, jak i wartości bezwzględne pokrywają się z wcześniejszymi analizami.

Tab. 9-5 Wartości wsp. korelacji pomiędzy temperaturą ścieków, a zużyciem energii elektrycznej.

SBR3.kWh-temp.ścieków 0.4362 SBR4.kWh-temp.ścieków -0.3596 OS.kWh-temp.ścieków -0.3704

y = 1.9663x + 175.93 R² = 0.1333 y = -1.8772x + 197.79

R² = 0.1371

50 100 150 200 250 300 350

-5 0 5 10 15 20 25 30

kWh/d

Śr.dob.temp.atm. ^oC

SBR3

SBR4

94

Rys. 9-9 Weryfikacja zależności pomiędzy średnim dobowym zużyciem energii elektrycznej przez oczyszczalnie, a średnią dobową temperaturą ścieków trafiających do ciągu technologicznego nr 2.

Rys. 9-10 Weryfikacja zależności pomiędzy średnim dobowym zużyciem energii elektrycznej przez reaktory nr 3 i 4, a średnią dobową temperaturą ścieków trafiających do reaktorów

y = -7.8925x + 1399.7 R² = 0.0557

800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900

11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

kWh/d

Śr.dob.temp.ścieków. ^oC

50 100 150 200 250 300 350

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

kWh/d

Śr.dob.temp.ścieków. ^oC

SBR3 SBR4

95 Zebrane dane nie pozwalają na jednoznaczne odrzucenie lub potwierdzenie hipotezy o istnieniu zależności pomiędzy sezonowymi zmianami klimatycznymi wyrażanymi poprzez średnią dobową temperaturę atmosfery lub ścieków, a zużyciem energii elektrycznej przez oczyszczalnie lub reaktory.

Teoretyzowana zależność (o ile istnieje) ma zbyt mały wpływ na zużycie energii elektrycznej, by możliwe było w warunkach eksploatacyjnych dokonanie pomiarów pozwalających jednoznacznie potwierdzić lub obalić tą hipotezę. Opierając się tylko i wyłącznie o dane z tego podrozdziału można wysunąć wstępne przypuszczenie, że w przypadku całego obiektu wpływ na jego efektywność energetyczną miały przede wszystkim czynniki techniczno-eksploatacyjne, a nie technologiczne.

W celu weryfikacji tego przypuszczenia przeprowadzono serię analiz efektywności energetycznej samych procesów oczyszczania ścieków. (szerzej rozdział 9.3)

9.4 Efektywność energetyczna procesów oczyszczania w warunkach eksploatacyjnych

W teorii efektywność energetyczna oczyszczalni powinna być powiązana bezpośrednio z efektywnością energetyczną procesów oczyszczania. Relacja ta nie powinna być wprost proporcjonalna w skali 1:1, wszak nie cała energia elektryczna zużywana przez oczyszczalnie jest wykorzystywana do usuwania zanieczyszczeń ze ścieków, powinna być jednak zauważalna. Jak wykazały przeprowadzone pomiary efektywność energetyczna procesów oczyszczania może mieć drugorzędny, a w skrajnych przypadkach pomijalny wpływ na efektywność energetyczną całego obiektu.

Poprzez „efektywność energetyczną procesu oczyszczania” należy rozumieć jednostkowe zużycie energii przez dany proces usuwania zanieczyszczeń w trakcie fazy aktywnej pracy reaktora.

W teorii oznacza to czas od momentu rozpoczęcia napełniania do zakończenia zrzutu ścieków oczyszczonych i osadu nadmiernego. W praktyce, kwestia ta jest bardziej złożona. Fazę aktywną (patrz tabela 8-5) podzielić można na 3 główne etapy: etap 1, napełnianie (będące jednocześnie de facto etapem beztlenowym/niedotlenionym), etap 2, procesy biologicznego usuwania zanieczyszczeń (sekwencja faz napowietrzanych i niedotlenionych zakończonych sedymentacją osadu), 3 zrzut ścieków i osadu (naprzemiennie dekantacja, dalsza sedymentacja, na zakończenie zrzut osadu nadmiernego i regeneracja). Etap trzeci ma znikomy wpływ na zużycie energii przez reaktor. Przez większą część etapu trzeciego reaktor nie zużywa w ogóle energii elektrycznej, dopiero pod koniec fazy uruchamiana jest pompa osadu nadmiernego, a następnie w trakcie „regeneracji” następuję rozruch dmuchaw i turbiny mieszająco-napowietrzającej. Etap 1, podczas którego w reaktorze w trybie ciągłym pracuje turbina mieszająco-napowietrzająca (w trybie mieszania) ma istotny wpływ na całkowite zużycie energii przez reaktor w trakcie fazy aktywnej, nie jest on jednakże decydujący. Etap 2, który można również określić

„właściwą fazą aktywną” ma decydujący wpływ na zużycie energii elektrycznej przez SBR w trakcie oczyszczania pojedynczej porcji ścieków. Mimo to błędem byłoby pominięcie etapów nr 1 i 3, czy też wykluczenie sedymentacji z etapu drugiego przy określaniu efektywności energetycznej procesów oczyszczania (obliczaniu zużycia energii elektrycznej przez reaktor w fazie aktywnej). Etap drugi jest zaledwie częścią całej fazy aktywnej i nie powinien być rozpatrywany w oderwaniu od pozostałych etapów fazy aktywnej, które mają wpływ zarówno na zużycie energii elektrycznej, ale też efektywność usuwania zanieczyszczeń. Osad czynny pracuje zarówno w trakcie napełniania reaktora, jak i podczas sedymentacji i dekantacji. Intensywność procesów oczyszczania jest mniejsza niż w trakcie etapu drugiego, a zachodzące procesy usuwania zanieczyszczeń są przede wszystkim procesami beztlenowymi/niedotlenionymi (poza etapem nr 2 dmuchawy są wyłączone), niemniej jednak pominięcie etapów nr 1 i 3 w analizie efektywności energetycznej reaktorów/ciągu technologicznego nr 2 byłoby zbyt daleko idącym uproszczeniem. Nie bez znaczenia jest też wpływ etapów nr 1 i 2 na kompozycję mikrobiologiczną osadu czynnego, etapy te, promują wzrost i aktywność mikroorganizmów beztlenowych i niedotlenionych odpowiedzialnych między innymi za procesy biologicznego usuwania azotu i/lub fosforu.

96 Rozpatrywanie efektywności energetycznej procesów oczyszczania z uwzględnieniem etapów fazy aktywnej gdzie reaktor nie pobiera w ogóle energii elektrycznej, lub pobór energii jest ograniczony niesie ze sobą pewne zagrożenia. Możliwy jest scenariusz gdzie efektywność energetyczna zostanie sztucznie zawyżona poprzez wydłużenie czasu trwania sedymentacji bądź innych procesów nie wymagających pracy urządzeń reaktora. Jest to jednak zjawisko podobne do uzyskania wysokiej efektywności energetycznej na m3 ścieków przez obiekt poprzez wyłączenie większości, lub wszystkich urządzeń elektrycznych. Sytuacja taka w dłuższej perspektywie negatywnie wpłynie na kompozycję mikrobiologiczną osadu czynnego obniżając efektywność usuwania zanieczyszczeń przez dany reaktor (obniżając tym samym efektywność usuwania zanieczyszczeń przez cały obiekt). Zatem, przy ocenianiu efektywności energetycznej procesów oczyszczania, należy przede wszystkim pamiętać o sprawdzeniu aktualnej efektywności usuwania zanieczyszczeń ze ścieków, lub podczas podejmowania działań mających na celu zwiększenie efektywności energetycznej, o utrzymaniu wysokiej efektywności usuwania zanieczyszczeń ze ścieków.

9.4.1 Zależność pomiędzy zużyciem energii elektrycznej w fazie aktywnej, a wielkością porcji ścieków.

W celu rozróżnienia wyników z dwóch serii pomiarowych na wszystkich wykresach zastosowano ten sam schemat kolorów punkt zielony – letnia seria pomiarowa, niebieski – seria zimowa, kolor szary zarezerwowano dla zaznaczenia na wykresach obliczonej efektywności energetycznej wyrażanej w kWh/m³ lub kWh/kg_ład_us (szczegółowa analiza efektywności energetycznej rozdział 9.3.2)

Rys. 9-11 Zależność pomiędzy wielkością porcji, a zużyciem energii elektrycznej przez SBR3 w 2017r.

y = 0.1485x + 43.334 R² = 0.0355 y = 13.084x^-0.679

R² = 0.1263

0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55

50 55 60 65 70 75 80

140 145 150 155 160 165 170

kWh/m3

kWh/porcja

m³/porcja pomiar z serii letniej pomiar z serii zimowej efektywności energetyczna

97 Analiza wyników przeprowadzonych pomiarów potwierdziła przyjętą hipotezę – istnieje proporcjonalna zależność pomiędzy wielkością porcji ścieków surowych przetwarzanych przez reaktor, a zużyciem energii elektrycznej przez dany reaktor. Zależność ta jest jednakże słabo widoczna w przypadku porcji ścieków o zbliżonej wielkości (ΔV<50m³). Porównanie wyników dla obu reaktorów z osobna, a także całego Ciągu Technologicznego nr 2 (CT2) wyraźnie ukazuje istnienie przyjętej zależności, a także konieczność badania jej przy odpowiednio dużym ΔV[m³]. Jeśli by brać pod uwagę jedynie sam reaktor nr 3, uzyskane wyniki, przedstawione na wykresie 29 nie wykazują jakiegokolwiek trendu.

Zarówno chmura punktów, współczynnik korelacji kWh-m³ = 0,2075 czy współczynnik determinacji R² = 0,0355 dla funkcji liniowej y = 0,1485x + 43,334 „opisującej” rozważaną zależność wskazują na brak zależności, lub niezwykle słabą zależność pomiędzy wielkością porcji, a zużyciem energii.

W przypadku wyników dla SBR3 nie zaobserwowano też żadnej zależności pomiędzy porą roku, a zużyciem energii.

Obserwowany brak zależności jest jedynie pozorny. W przypadku reaktora nr 4, czy też wyników sumarycznych dla obu reaktorów tworzących CT2 rozważana zależność proporcjonalna staje się dużo bardziej widoczna. Chmura punktów na wykresie 30 SBR4, współczynnik korelacji kWh-m³ = 0,9400 czy współczynnik determinacji R² = 0,8400 dla funkcji liniowej y = 0,2194x + 34,087 opisującej rozważaną zależność wskazują na istnienie proporcjonalnej zależności, pomiędzy wielkością porcji, a zużyciem energii. Należy zaznaczyć, że pomimo wysokiego współczynnika korelacji, a także R², uzyskane równanie charakteryzuje się wyrazem wolnym o znacznej wartości. Taka kombinacja danych wskazuje na istnienie proporcjonalnej, lecz niekoniecznie liniowej zależności. Uzyskane dopasowanie jest również zbyt niskie, żeby odrzucić hipotezę o istnieniu innych czynników mających wpływ na zużycie energii przez reaktor w trakcie fazy aktywnej. W przypadku wyników dla SBR4 istnieje wyraźna różnica pomiędzy wynikami pomiarów z serii letniej i zimowej, jest ona w dużej mierze wynikiem interwencji człowieka w związku z zaobserwowanymi nieprawidłowościami w cyklu pracy reaktora. Niemniej jednak zwiększenie objętości porcji trafiających do reaktora w przypadku SBRa 4 miało decydujący wpływ na wzrost zużycia energii elektrycznej przez ten reaktor. Pozostałe czynniki w tym teoretyzowane różnice sezonowe wynikające z charakterystyki klimatycznej Polski, jeśli miały jakikolwiek wpływ, był on zbyt mały by być wyraźny przy tak istotnym wpływie wielkości porcji na obserwowane zużycie energii.

98

Rys. 9-12 Zależność pomiędzy wielkością porcji, a zużyciem energii elektrycznej przez SBR4 w 2017r.

Rys. 9-13 Zależność pomiędzy wielkością porcji, a zużyciem energii elektrycznej przez CT2 w 2017r.

y = 0.2194x + 34.087

130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340

kWh/m3

99 Zestawienie wyników dla CT2 daje wyniki zbieżne z obserwacjami poczynionymi dla reaktora nr 4.

W przypadku całego Ciągu Technologicznego nr 2, rozważana zależność proporcjonalna jest widoczna.

Chmura punktów na rysunku 9-13, współczynnik korelacji kWh-m³ = 0,9271 czy współczynnik determinacji R² = 0,8631 dla funkcji liniowej y = 0,3787x + 17,969 opisującej rozważaną zależność wskazują na istnienie proporcjonalnej zależności, pomiędzy wielkością porcji, a zużyciem energii.

Należy zaznaczyć, że dla wyników uzyskanych dla CT2 można obliczyć funkcje: kwadratowe, wykładnicze, logarytmiczne, o zbliżonym lub większym współczynniku dopasowania R². Jednakże funkcje te charakteryzują się dużymi wyrazami wolnymi W>|100| i/lub znaczną wielkością współczynnika a funkcji (a > 40). Jedyną funkcją o minimalnie lepszym dopasowaniu niż użyta funkcja liniowa, jest funkcja potęgowa y = 0,8861x^0,8782, przy R² = 0,8909. Taki wzór funkcji potęgowej, generuje niemalże wykres funkcji liniowej (funkcja potęgowa y= axⁿ+b, gdzie n=1, jest funkcją liniową). Zebrane dane nie pozwalają na odrzucenie hipotezy ani o potęgowym ani o liniowym charakterze badanej zależności. Jednakże, zbieżność kształtów funkcji liniowej i potęgowej pozwala założyć względnie wprost proporcjonalną zależność pomiędzy wielkością porcji ścieków, a zużyciem energii elektrycznej na potrzeby procesów oczyszczania w fazie aktywnej reaktora. Natomiast fakt, że nie jest to zależność idealnie liniowa oznacza istnienie innych czynników mających wpływ na zużycie prądu przez reaktor(y).

9.4.2 Efektywność energetyczna procesów oczyszczania ścieków w ujęciu jakościowym W trakcie przygotowywania materiałów i danych do tego i kolejnych podrozdziałów rozważano dwa podstawowe podejścia do określenia efektywności energetycznej procesów oczyszczania w ujęciu

9.4.2 Efektywność energetyczna procesów oczyszczania ścieków w ujęciu jakościowym W trakcie przygotowywania materiałów i danych do tego i kolejnych podrozdziałów rozważano dwa podstawowe podejścia do określenia efektywności energetycznej procesów oczyszczania w ujęciu

W dokumencie POLITECHNIKA KRAKOWSKA. im. Tadeusza Kościuszki. Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki. Katedra Technologii Środowiskowych ROZPRAWA DOKTORSKA (Stron 86-0)