Zależność pomiędzy zużyciem energii elektrycznej w fazie aktywnej, a wielkością

9. Analiza wyników

9.4 Efektywność energetyczna procesów oczyszczania w warunkach eksploatacyjnych

9.4.3 Zależność pomiędzy zużyciem energii elektrycznej w fazie aktywnej, a wielkością

Obliczone zależności pomiędzy wielkością usuniętego ładunku ChZT, a zużyciem energii dla reaktora nr 3, podobnie jak w przypadku zależności zużycia energii od przepływu (wielkości porcji) w przypadku reaktora nr 3 pozornie nie wspierają tezy o istnieniu jakiejkolwiek zależności. Do pewnego stopnia kształt chmury punktów na rysunku 9-14, można tłumaczyć zależnością wielkości ładunku usuniętego od przepływu, czynnik ten nie determinuje jednak obserwowanego zjawiska w całości. Reaktor nr 3 w trakcie obu sesji pomiarowych charakteryzowało względnie stabilne zużycie energii, jak i niewielkie różnice w objętościach poszczególnych porcji. Do reaktora trafiały ścieki o istotnie różnych stężeniach zanieczyszczeń, a stabilność procesów usuwania zanieczyszczeń, szczególnie w trakcie trwania letniej serii pomiarowej nie była idealna. Odzwierciedlenie tego znajduję się w rozkładzie punktów na wykresie. Równania, którymi można by opisać uzyskaną chmurę punktów charakteryzują wielkości R² bliskie zeru, dlatego nie będą one przedmiotem dalszych rozważań. Ogólnie chmurę punktów charakteryzuje minimalna tendencja spadkowa, sugerująca bardzo słabą odwrotnie proporcjonalną zależność pomiędzy ładunkiem usuniętym ChZT, a zużyciem energii elektrycznej przez procesy oczyszczania w trakcie trwania fazy aktywnej. Zależność ta jest jedynie pozorna, a czynniki mające wpływ na kształt chmury punktów można wyjaśnić na przykładzie sześciu skrajnych wartości (na wykresie zaznaczone czerwoną, zieloną i fioletową poświatą). Na podstawie tych punktów można wykazać subtelny wpływ czynników innych niż wielkość porcji ścieków na zużycie energii przez reaktor, a także efektywność energetyczną procesów usuwania ChZT w reaktorach typu SBR. Istotne wielkości zestawiono w tabeli 9-7.

Tab. 9-7 Zestawienie istotnych wielkości opisujących punkty A-F zaznaczone na rys. 9-14

Stężenie dopływ [mg/l] Efektywność usuwania

mm.dd Punkt %Qdśr

Proj.

SBR3 m³

SBR3

kWh Chzt BZT5 Nog ChZT BZT5 Nog

07.04 A 47% 148,5 76,6 956 775 180,9 89,5% 97,8% 82,9%

07.06 C 51% 148,4 62,9 1788 1510 181,4 94,1% 98,2% 61,8%

07.26 B 61% 150,0 64,6 908 705 195,6 84,9% 94,2% 76,4%

07.31 D 66% 149,6 66,9 4183 2375 197,7 98,1% 97,4% 80,3%

11.29 E 30% 164,9 77,5 2159 1125 199,5 98,1% 98,6% 89,9%

12.18 F 60% 141,9 63,6 2524 1525 260,9 97,4% 99,3% 93,0%

W tabeli 9-7 zawarto również efektywność redukcji pozostałych dwóch rozpatrywanych typów zanieczyszczeń w celu podkreślenia i przypomnienia, że wysoka wydajność procesów usuwania BZT i ChZT ze ścieków nie musi przekładać się na wysoką efektywność procesów usuwania azotu, co z kolei ma istotne znaczenie dla efektywności energetycznej procesów usuwania azotu ogólnego.

102 Tab. 9-8 Współczynnik korelacji pomiędzy efektywnością procesów, ładunkiem usuniętym, a efektywnością energetyczną

Eff procesu - Ładunek_us [%] ‒ [kg/porcja]

Eff procesu - Eff energetyczna (eŁ_ChZT_us) [%] ‒ [kWh/kg_us]

SBR3 SBR4 CT2 SBR3 SBR4 CT2

LATO 0,8574 0,9047 0,7610 -0,8907 -0,9254 -0,9509 ZIMA 0,5567 0,3840 0,2281 -0,6113 -0,4954 -0,5891 2017 0,6421 0,7884 0,6761 -0,8245 -0,9423 -0,8957

Na podstawie wartości współczynników korelacji dla poszczególnych serii pomiarowych i całego roku nie ma podstaw do odrzucenia hipotezy o istnieniu zależności pomiędzy efektywnością procesów usuwania ChZT ze ścieków, a wielkością usuwanego ładunku ChZT i efektywnością energetyczną procesów usuwania ChZT. Wręcz przeciwnie wartości współczynnika korelacji sugerują istnienie proporcjonalnej zależności pomiędzy efektywnością usuwania zanieczyszczeń, a ładunkiem usuniętym, z czego wynika odwrotnie proporcjonalna zależność pomiędzy efektywnością usuwania zanieczyszczeń, a wielkością wskaźnika eŁ_ChZT_us, przy czym należy pamiętać, że im mniejsza wartość eŁ tym większa efektywność energetyczna procesu.

Analizując wielkości charakterystyczne dla poszczególnych punktów można przyjąć, że w każdym z wybranych dni do reaktora trafiła taka sama objętość ścieków (Wsp. zmienności 0,53%, odchylenie standardowe = 0,80 m³). W trakcie pomiarów obejmujących punkty sąsiadujące ze sobą w czasie (A,C i B,D) cały obiekt pracował w warunkach o zbliżonym stopniu niedociążenia hydraulicznego. Mimo to punkt A charakteryzuje się zdecydowanie najgorszą efektywnością energetyczną i największym zużyciem energii na procesy usuwania zanieczyszczeń ze ścieków w fazie aktywnej. Punkt C, reprezentujący dzień pomiarowy, odległy o zaledwie dwa dni od punktu A, charakteryzuje najniższe zużycie energii (z czterech rozpatrywanych dni) oraz najwyższa (ex aequo z punktem D) efektywność energetyczna mierzona wskaźnikiem eŁ_ChZT_us = 0,11 kWh/kg_ChZT_us. (Dla punktu A eŁ_ChZT_us = 0,60 kWh/kg_ChZT_us) W tym dniu reaktor 3 usunął ze ścieków największy (w ogóle) zarejestrowany ładunek ChZT, ~614 kg, gdzie w dniu A było to zaledwie ~127 kg, co więcej stężenie ChZT w ściekach w dniu A było prawie, że dwukrotnie niższe niż w dniu C. Podobne różnice występują pomiędzy punktami B i D. Punkt D charakteryzuje najmniejsza (w ogóle) zarejestrowana wielkość usuniętego ze ścieków ładunku ChZT ~116 kg, przy jednej z najgorszych wartości wskaźnika eŁ_ChZT_us, dla kontrastu punkt D opisuje dzień z drugim największym ładunkiem usuniętym ChZT

~592 kg, przy najwyższej efektywności energetycznej określanej wskaźnikiem eŁ_ChZT_us. Dwoma istotnymi różnicami pomiędzy tymi dniami jest efektywność procesów usuwania ze ścieków zanieczyszczeń zbiorczo opisywanych wskaźnikiem ChZT oraz różnica w stężeniach ChZT w ściekach surowych przenosząca się na różnicę w ładunku ChZT trafiającym do reaktorów. W dniu A stopień redukcji wynosił 89,5%stężenia w ściekach dopływających, w dniu C stopień redukcji wynosił 94,1%

stężenia w ściekach dopływających. W dniu B stopień redukcji wynosił 84,9%stężenia w ściekach dopływających, w dniu C stopień redukcji wynosił 98,1% stężenia w ściekach dopływających. Do pewnego stopnia większe zużycie energii elektrycznej i związaną z tą niższą efektywność energetyczną SBRa3 w dniu A można tłumaczyć dłuższym (6h 50min) niż w przypadku pozostałych dni czasem napełniania reaktora. Niemniej jednak jak pokazuje przykład z dnia D (5h 04min), czas napełniania nie jest tutaj czynnikiem decydującym Przyjmując uproszczające obliczenia założenie, że różnica w efektywności usuwania zanieczyszczeń opisywanych wskaźnikiem ChZT jest jedną z dwóch zmiennych wpływającą na różnicę w zużyciu energii pomiędzy punktami AC i BD można obliczyć hipotetyczne zużycie energii i efektywność energetyczną dla punktów C i D. Zakładając taką samą efektywność usuwania ChZT dla punktów A,C (89,5%) oraz B,D (84,9%) wskaźnik eŁ dla punktu C = 0,27 kWh/kg_ChZT_us, dla punktu D = 0,13 kWh/kg_ChZT_us. W obu przypadkach efektywność energetyczna procesu zmalała o zaledwie 0,02 kWh/kg_ChZT_us. Zatem różnica kilku punktów procentowych efektywności usuwania ChZT ze ścieków w przypadku badanego reaktora nie jest główną przyczyną zaobserwowanej znacznej różnicy w efektywności energetycznej tego procesu (0,5 kWh/kg_ChZT_us). Ostatnią rozpatrywaną w tym badaniu zmienną jest stężenie zanieczyszczeń oznaczanych zbiorczo wskaźnikiem ChZT i wynikająca z niego różnica w ładunkach zanieczyszczeń

103 pomiędzy poszczególnymi porcjami ścieków. W dniu A, stężenie-ładunek ChZT w ściekach wyniosły odpowiednio 956 mg/l-142 kg/porcja, ładunek usunięty = 127 kg/porcja. W dniu C stężenie-ładunek ChZT w ściekach wyniosły odpowiednio 1788 mg/l-265 kg/porcja, ładunek usunięty = 250 kg/porcja.

W dniu B, stężenie-ładunek ChZT w ściekach wyniosły odpowiednio 908 mg/l-136 kg/porcja, ładunek usunięty = 116 kg/porcja. W dniu D stężenie-ładunek ChZT w ściekach wyniosły odpowiednio 4183 mg/l-625 kg/porcja, ładunek usunięty = 614 kg/porcja.

Rys. 9-14 Zależność pomiędzy wielkością usuniętego ładunku zanieczyszczeń (ChZT), a zużyciem energii elektrycznej przez SBR3 w 2017r.

W kontraście do punktów ABCD o niemal identycznych wielkościach porcji ścieków przetwarzanych przez reaktor nr 3 wybrano dwa punkty z serii zimowej, E, F, które charakteryzują zbliżone wartości stężeń zanieczyszczeń z grupy ChZT, ładunków dopływających i ładunków usuniętych. Oba dni pomiarowe różnią wielkości porcji ścieków i zarejestrowane zużycie energii elektrycznej przez SBR3.

Punkt E reprezentuje również dzień z największym zarejestrowanym zużyciem energii przez SBR3, a także jedną z trzech największych porcji ścieków jaka trafiła do reaktora w trakcie obu serii badawczych. W przypadku punktów E i F różnice wynikające z długości trwania fazy aktywnej niwelują się wzajemnie: w dniu E napełnianie trwało dłużej niż w F (5h do 2:38h) lecz właściwa faza aktywna w dniu F trwała o 30 min dłużej niż w dniu E, następnie faza zrzutu (wraz z dekantacją) w dniu E trwała ponad 3h w dniu F 1:30h, zatem sumarycznie wpływy pozytywne i negatywne czasów trwania poszczególnych faz na zużycie energii i wskaźniki efektywności energetycznej w poszczególne dni niwelują się wzajemnie (w stopniu wystarczającym by można ich wpływ było pominąć). Obliczona wartość wskaźnika eŁ dla dnia E = 0,22 kWh/kg_ChZT_us, dla dnia F odpowiednio eŁ = 0,18 kWh/kg_ChZT_us. Różnica to nie jest duża, jest jednak mierzalna. Różnica w całkowitym zużyciu energii elektrycznej przez reaktor w dniach E i F jest znacząca (14 kWh/porcję).

Po wyeliminowaniu większości potencjalnych czynników wynika ona (w przeciwieństwie do punktów ABCD) najprawdopodobniej z różnicy wielkości porcji jakie trafiły do reaktora w dniach E i F wynoszącej 23 m³. Nie można ze stu procentową pewnością stwierdzić, że różnica w wielkości porcji była jedynym czynnikiem wpływającym na różnice w zużyciu energii elektrycznej, można natomiast z dużą dozą prawdopodobieństwa założyć, że w przypadku dni E i F jej wpływ był decydujący.

A 127.1, 76.6

100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650

kWh/kg_us

104

Rys. 9-15 Zależność pomiędzy wielkością usuniętego ładunku zanieczyszczeń (ChZT), a zużyciem energii elektrycznej przez SBR4 w 2017r

Rys. 9-16 Zależność pomiędzy wielkością usuniętego ładunku zanieczyszczeń (ChZT), a zużyciem energii elektrycznej przez CT2 w 2017r.

100 200 300 400 500 600 700 800

kWh/kg_us

105 Wyniki uzyskane dla reaktora nr 4 w kontraście do wartości uzyskanych podczas pomiarów i analiz przeprowadzonych dla reaktora nr 3 wykazują wyraźną proporcjonalną zależność pomiędzy wielkością usuniętego ładunku zanieczyszczeń, a zużytą energią elektryczną przez SBR4. Na rysunku 9-15), chmura punktów układa się zgodnie z zauważalną tendencją. Możliwe jest wyznaczenie funkcji liniowej opisującej zauważany trend: y = 0,08x + 41,344 charakteryzującą się dość wysokim współczynnikiem dopasowania R² = 0.6455. Mały współczynnik kierunkowy, duży wyraz wolny oraz wartość R² sugerują jednakże, że rozpatrywany czynnik nie był jedynym mającym wpływ na wielkość zużycia energii elektrycznej. Mając na uwadze wcześniejsze analizy zużycia energii elektrycznej przez SBR4 w zależności od wielkości porcji ścieków, można wysunąć przypuszczenie, że w przypadku reaktora nr 4 wpływ części objętościowej na zależność ładunek_usunięty – zużycie energii był większy niż druga składowa ładunku zanieczyszczeń trafiających do reaktora – stężenie. Istotny wpływ zmiennych wielkości porcji na wielkość ładunku trafiającego do reaktora, a w konsekwencji wielkość ładunku usuniętego uniemożliwia przeprowadzenie rozważań analogicznych dla tych jakie wykonano dla reaktora nr 3.

Wartości uzyskane dla całego ciągu technologicznego nr 2 znajdują się pomiędzy wartościami uzyskanymi dla reaktorów nr 3 i 4. Obserwowana na rysunku 9-16 zależność jest słabsza niż w przypadku reaktora nr 4, lecz silniejsza niż w przypadku reaktora nr 3. Biorąc pod uwagę, że CT2 składa się tylko i wyłącznie z reaktorów nr 3 i 4 uzyskane wyniki mieszczą się w przewidywanym zakresie.

Uzyskane wyniki dają wiarygodne podstawy do stwierdzenia o istnieniu zależności pomiędzy wielkością ładunku usuniętego, a zużyciem energii, a w konsekwencji zależności pomiędzy stężeniem zanieczyszczeń, przepływem (wielkością porcji) i zużyciem energii. Należy zaznaczyć, że przeprowadzone analizy porównawcze pomijają wpływ ładunków pozostałych zanieczyszczeń oraz innych potencjalnych czynników wpływających na zużycie energii, zatem uzyskane wartości nie są w pełni dokładne i należy je traktować jako ilustracje pewnych trendów i miarę ogólną istotności danego czynnika na zużycie energii elektrycznej.

Uzyskane wyniki potwierdzają również wcześniejsze przypuszczenia o wysokiej przydatności wskaźnika eŁ mierzonego w kWh/kg_ład_us jako uniwersalnego wskaźnika określającego efektywność energetyczną procesów usuwania zanieczyszczeń ze ścieków. Wskaźnik ten ze względu na swój charakter uwzględnia wiele czynników wpływających na efektywność energetyczną procesu i pozwala na jego kompleksową ocenę uwzględniając również te czynniki, które nie były brane pod uwagę w trakcie konstruowania eksperymentu ze względu na ich znikomy wpływ na zużycie energii/efektywność energetyczną procesu. Warto podkreślić, że wysoka efektywność usuwania zanieczyszczeń ze ścieków przekłada się na mniejsze zużycie energii elektrycznej przez reaktor, nawet pomimo znacznie wyższych stężeń zanieczyszczeń w ściekach surowych, a więc istotnie większych ładunkach usuniętych zanieczyszczeń ze ścieków.

Należy zaznaczyć, że przeprowadzone analizy porównawcze pomijały wpływ ładunków pozostałych zanieczyszczeń oraz innych potencjalnych czynników wpływających na zużycie energii, zatem uzyskane wartości nie są w pełni dokładne i należy je traktować jako ilustracje pewnych trendów i miarę ogólną istotności danego czynnika na zużycie energii elektrycznej. Uzyskane wyniki potwierdzają istnienie zależności pomiędzy wielkością porcji, ładunkiem zanieczyszczeń usuniętych, a zużyciem energii, określenie dokładnego charakteru owych zależności wymaga jednak dalszych badań w warunkach bardziej kontrolowanych niż obiekt rzeczywisty nie będący dedykowaną placówką badawczą. Należy zatem rozważyć przeprowadzenie badań weryfikacyjnych, zaobserwowanych zjawisk poprzez przeprowadzenie badań na obiekcie laboratoryjnym gdzie możliwa będzie dużo większa ingerencja w parametry pracy obiektu i wyizolowanie pojedynczych czynników w sposób minimalizujący wpływ pozostałych zmiennych na wyniki eksperymentu.

106 9.4.4 Zależność pomiędzy zużyciem energii elektrycznej w fazie aktywnej, a wielkością

usuniętego ładunku zanieczyszczeń: BZT

Wskaźnik BZT5 opisujący zbiorczo stężenia zanieczyszczeń łatwo rozkładalnych biologicznie w ciągu ostatnich kilku dekad stał się wskaźnikiem pomocniczym. Podobnie, próba określenia zależności zużycia energii od usuwanego ładunku BZT5 czy efektywności energetycznej procesów usuwania BZT5

pełni bardziej funkcję kontrolną niż właściwą badawczo-ewaluacyjną. Niemalże 100% BZT5 jest usuwane w procesach samodzielnych lub pośrednio w trakcie procesów usuwania ze ścieków zanieczyszczeń z grupy ChZT, Nog i Pog. Innymi słowy większość, jeśli nie cała energia elektryczna zużywana na usunięcie BZT5 ze ścieków tak naprawdę zawiera się w energii zużywanej na usuwanie ze ścieków ChZT i azotu ogólnego. Specyfika i wrażliwość procesów usuwania azotu utrudnia powiązanie efektywności energetycznej procesów usuwania BZT5 z procesami usuwania azotu.

Natomiast w przypadku poprawnie działającego obiektu należy zawsze oczekiwać zbliżonego kształtu wykresów zależności pomiędzy wielkością usuniętego ładunku zanieczyszczeń BZT5 i ChZT, a zużyciem energii elektrycznej przez dany reaktor w fazie aktywnej, a także zbliżonych kształtów wykresów opisujących zależność efektywności energetycznej procesów oczyszczania od usuniętego ładunku zanieczyszczeń. Efektywność energetyczna procesów usuwania BZT5 nie powinna być większa niż efektywność procesów usuwania ChZT.

Rys. 9-17 Zależność pomiędzy wielkością usuniętego ładunku zanieczyszczeń (BZT5), a zużyciem energii elektrycznej przez SBR3 w trakcie trwania fazy aktywnej. 2017r.

y = -0.0074x + 67.295 R² = 0.006

y = 70.664x^-1.014 R² = 0.9292

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

50 55 60 65 70 75 80

90 110 130 150 170 190 210 230 250 270 290 310 330 350

kWh/kg_BZT5_us

kWh/porcja

ład_us kg/porcja

pomiar z serii letniej pomiar z serii zimowej efektywności energetyczna

107

Rys. 9-18 Zależność pomiędzy wielkością usuniętego ładunku zanieczyszczeń (BZT5), a zużyciem energii elektrycznej przez SBR4 w trakcie trwania fazy aktywnej. 2017r.

Rys. 9-19 Zależność pomiędzy wielkością usuniętego ładunku zanieczyszczeń (BZT5), a zużyciem energii elektrycznej przez CT2 w trakcie trwania fazy aktywnej. 2017r.

y = 0.1475x + 40.213

108 Porównanie równań opisujących poszczególne chmury punktów daje wyniki zgodne z oczekiwaniami:

SBR3:

kWh-Ł_us: ChZT: y = -0,0065x + 67,930, R² = 0,0178; eŁ_ChZT_us: y = 79,646x^-1,034,R² = 0,9581 kWh-Ł_us: BZT5: y = -0,0074x + 67,295, R² = 0,0060; eŁ_BZT5_us: y = 70,664x^-1,014,R² = 0,9292 SBR4:

kWh-Ł_us: ChZT: y = 0,0800x + 41,344, R² = 0,6455; eŁ_ChZT_us: y = 16,199x^-0,755,R² = 0,9503 kWh-Ł_us: BZT5: y = 0,1475x + 40,213, R² = 0,6558; eŁ_ BZT5_us: y = 14,028x^-0,699,R² = 0,9283 CT2:

kWh-Ł_us: ChZT: y = 0,0886x + 65,167, R² = 0,4204; eŁ_ChZT_us: y = 13,469x^-0,663,R² = 0,6955 kWh-Ł_us: BZT5: y = 0,1717x + 58,697, R² = 0,4439; eŁ_ BZT5_us: y = 8,5669x^-0,553,R² = 0,5361 Równania opisujące poszczególne chmury punktów z rysunków 9-14 – 9-19 nie różnią się od siebie znacząco. Im stabilniejsza praca reaktora tym mniejsze różnice pomiędzy równaniami. Ta prawidłowość dotyczy zarówno współczynników kierunkowych, wyrazów wolnych, ale też stopnia dopasowania równań do danej chmury punktów.

W ujęciu ogólnym obserwowana efektywność energetyczna procesów usuwania BZT5 ze ścieków zgodnie z przewidywaniami jest nieznacznie gorsza od efektywności energetycznej usuwania ChZT.

Potwierdza to ogólną wysoką stabilność procesów usuwania zanieczyszczeń opisywanych zbiorczo wskaźnikiem ChZT, a także BZT5. Należy zaznaczyć, że spadkom wydajności usuwania ChZT towarzyszyły również spadki wydajności usuwania BZT5, tym samym podtrzymana została obserwowana prawidłowość pomiędzy efektywnością energetyczną usuwania obu typów zanieczyszczeń. Podsumowując: dopóki oczyszczalnia pracuje względnie stabilnie i utrzymuje wysoką efektywność usuwania zanieczyszczeń z grupy ChZT oznaczanie efektywności energetycznej wskaźnikiem eŁ_BZT5 nie jest zasadne, gdyż efektywność energetyczna usuwania BZT5 z powodzeniem można ocenić na podstawie efektywności energetycznej usuwania związków opisywanych wskaźnikiem ChZT.

9.4.5 Zależność pomiędzy zużyciem energii elektrycznej w fazie aktywnej, a wielkością usuniętego ładunku zanieczyszczeń: Nog

Wyniki uzyskane na podstawie pomiarów efektywności usuwania azotu ze ścieków i powiązanego z nim zużycia energii są zgodne z rezultatami wcześniejszych analiz. Podobnie jak w przypadku analiz wykonanych dla zależności pomiędzy wielkością porcji, a zużyciem energii i ładunkiem ChZT_us, a zużyciem energii wyniki dla reaktora 3 wykazują pozorny brak zależności, dla reaktora 4 wyraźną proporcjonalną zależność. Dla całego ciągu technologicznego 2 uzyskane wartości mieszczą się w przedziale wartości uzyskanych dla SBR3 i SBR4.

W przeciwieństwie do zanieczyszczeń z grupy ChZT, ładunki azotu ogólnego w ściekach surowych w badanej oczyszczalni są relatywnie niewielkie. Największy zarejestrowany ładunek azotu w ściekach surowych (~2x50kg/porcja), jest mniejszy od najmniejszego zarejestrowanego ładunku ChZT (~1x142kg/porcja), przy czym oba ekstrema zostały zarejestrowane w dwóch różnych seriach pomiarowych. W trakcie obu serii pomiarowych ładunek ChZT był od 5 do 27 krotnie większy od ładunku azotu ogólnego w dowolnym z dni pomiarowych. Tak duża dysproporcja w wielkości ładunków obu zanieczyszczeń znacząco utrudnia określenie wpływu wielkości ładunku azotu ogólnego i usuniętego ładunku azotu ogólnego, na zużycie energii elektrycznej przez reaktor. Dodatkowo na trudność oceny wpływu usuwania azotu ze ścieków na zużycie energii utrudnia wysoka wrażliwość procesów usuwania azotu na warunki w jakich są prowadzone, szczególnie widoczna w trakcie trwania letniej serii pomiarowej. Wahania efektywności procesów usuwania azotu ze ścieków w serii letniej były na tyle duże (~42-83% Nog_sur), że w połączeniu z relatywnie niedużymi ładunkami azotu w ściekach, właściwie nie ma sposobu na nawet orientacyjne określenie wielkości udziału procesów usuwania azotu w zużyciu energii przez reaktor nr 3. Na przykładzie reaktora nr 3 można natomiast bardzo dokładnie przedstawić wpływ efektywności usuwania azotu ze ścieków na

109 efektywność energetyczną reaktora w fazie aktywnej w tym zakresie. Do tego celu wybrano 4 reprezentatywne punkty: C, G z serii letniej oraz H, L z serii zimowej, a kluczowe wartości je opisujące zestawiono w tabeli 9-9.

Tab. 9-9 Zestawienie istotnych wielkości opisujących punkty C,G,H,L zaznaczone na rys. 9-20 Stężenie dopływ [mg/l] Efektywność usuwania mm.dd Punkt %Qdśr

Rys. 9-20 Zależność pomiędzy wielkością usuniętego ładunku zanieczyszczeń (Nog), a zużyciem energii elektrycznej przez SBR3 w 2017r.

Punkt C, występujący również w tabeli 9-7, podobnie jak punkt H reprezentują dni o przeciętnej (C) lub dobrej (H) efektywności procesów usuwania azotu ze ścieków, odpowiednio ~62%, ~84%. Efektywność energetyczna procesów usuwania azotu w dniach C i H również była przeciętna, odpowiednio:

C – eŁ_Nog_us =2,76 kWh/kg_us, H – eŁ_Nog_us =2,64 kWh/kg_us, przy czym punkt C reprezentuje dzień z najwyższą efektywnością energetyczną z serii letniej, a punkt H dzień z najgorszą efektywnością energetyczną z serii zimowej. Szeregując rosnąco punkty reprezentatywne C, G, H, L, pod kątem efektywności energetycznej i efektywności usuwania zanieczyszczeń uzyskujemy następujące wartości:

G: 5,09 kWh/kg_us (42%), C: 2,76 kWh/kg_us (61,8%), H: 2,64 kWh/kg_us (83,5%), L: 1,31 kWh/kg_us (94,3%). W przeciwieństwie do ChZT decydującym czynnikiem o efektywności energetycznej procesów jest ich efektywność usuwania zanieczyszczeń. W przypadku ChZT drobne różnice w efektywności usuwania miały wpływ drugorzędny w stosunku do bezwzględnej wielkości

C 22.8, 62.9

110 ładunku ChZT w ściekach surowych wynikającej w badanych próbkach z różnicy stężeń zanieczyszczeń zbiorczo opisywanych wskaźnikiem ChZT. Stężenie azotu ogólnego w dniach C i H różniło się zaledwie o 10 mg/l, przy czym w dniu H porcja ścieków jaka trafiła do reaktora była o 16 m³ większa niż w dniu C. Pomimo wskazanych różnic, ładunek Nog w ściekach surowych w porcjach jakie trafiły do reaktora w dniach C i H wynosił odpowiednio 26,9 kg_Nog/porcja; 28,2 kg_Nog/porcja. Przy tak niewielkiej różnicy efektywność procesów usuwania zanieczyszczeń ze ścieków w mierzalny sposób przekłada się na ich efektywność energetyczną. Porównanie dwóch skrajnych punktów: G i L ilustruje sumaryczny wpływ większych stężeń(ładunków) w ściekach surowych i wyższej efektywności procesów usuwania zanieczyszczeń na ich efektywność energetyczną. Prawie trzykrotnie większy ładunek Nog w ściekach surowych, prawie trzy i półkrotnie wyższa efektywność energetyczna i nieco ponad dwukrotnie lepsza efektywność usuwania azotu w dniu L niż w dniu H przełożyła się na prawie czterokrotnie lepszą efektywność energetyczną procesów usuwania azotu w dniu L. Podobne wyniki można uzyskać dla pozostałych punktów pomiarowych, porównując zarejestrowane w danych dniach wartości ładunku Nog w ściekach surowych, ładunku Nog usuniętego, efektywności energetycznej procesu, a także efektywności usuwania Nog ze ścieków. Dla dokładniejszego przedstawienia zależności omawianych

W dokumencie POLITECHNIKA KRAKOWSKA. im. Tadeusza Kościuszki. Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki. Katedra Technologii Środowiskowych ROZPRAWA DOKTORSKA (Stron 101-113)