Energibesparelser i Bioreaktorer

Transkript

1 Energibesparelser i Bioreaktorer Indhold: 4.1 Reduktion i energiforbrug ved optimering af overfladerotorers iltningseffektivitet (kgo 2 /kw) 4.2 Reduktion af energiforbrug til beluftning ved reduktion af iltforbrug til egenrespiration 4.3 Reduktion af effektforbruget ved ændring af driftsform fra kontinuerlig drift til intervaldrift af omrørere i bioreaktorer 4.1 Reduktion i energiforbrug ved optimering af overfladerotorers iltningseffektivitet (kgo 2 /kw) Som et led i energibesparelse på beluftningsudstyret i bioreaktorerne blev der under fuldskalaforsøg fokuseret på optimering af overfladerotors iltningseffektivitet (kgo 2 /kw) ved en integreret optimering af processer og beluftningsudstyr. Der er valgt at fokusere på overfladerotorer, da omkring7% af de kommunale renseanlæg anvender disse. De resterende 3% anvender bundbeluftning, som har varierende design. Dette har inkluderet optimering ved regulering af iltsetpunkter, rotorernes driftstilstand og neddykning. For at opnå et tilstrækkeligt detaljeret datamateriale har det endvidere været nødvendigt at videreudvikle metoder til beregning af bl.a. respiration og iltoverførselseffektivitet under drift i fuldskalaanlæg. Estimering af belastningen i bioreaktorerne Sammenfatning Måling af BOD (COD) er en både dyr og langsommelig procedure, der ofte resulterer i, at der kun foretages få målinger på renseanlæggene. Til nærværende undersøgelser har det imidlertid været nødvendigt til stadighed at kende den aktuelle belastning på bioreaktorerne. Derfor er der blevet udviklet og testet metoder, der ved hjælp af beregning af iltforbruget (respirationen) i bioreaktoren løbende giver et estimat over belastningen. Resultaterne viste, at det er muligt at estimere belastningen i bioreaktorerne ved at beregne respirationen i tankene. Ud fra de testede metoder blev det endvidere vist, at respirationen kan beregnes dels over hele beluftningsfasen og på nogle alternerende drevet anlæg, dels ved at foretage en beregning af hældningen på iltkurven efter slukning af rotorerne i slutningen af beluftningsperioden. Resultaterne fra de respektive metoder varierer under 1% under forudsætning af, at der ikke foretages ændringer i driften af anlægget under forsøgsperioden. Metode Metode 1: Respiration beregnet over en hel beluftningsperiode Respirationsrater (mg O 2 per liter per minut) i en beluftningsperiode på et alternerende drevet renseanlæg kan løbende beregnes på baggrund af kendskab til rotorernes iltningskapacitet (OC: oxygen capacity) samt hældninger på iltkurven (do2/dt). Beregning af respirationen samt rotorernes iltoverførselseffektivitet er her illustreret i en beluftningsfase på Aars Renseanlæg, hvor 1

2 en cyklus på 18 minutter er opdelt med 15 minutters beluftning efterfulgt af 75 minutters anoxisk periode (Figur N4-1). Respirationen beregnes efter følgende ligning: respiration = -do2/dt + OC. Størrelsen do2/dt (ændringen i iltkoncentrationen) findes via en computergenereret regressionsberegning på de fire fortløbende datapunkter på samtlige iltkurvens datapunkter (koncentrationen af ilt blev logget som én midlet over 1 minut). I perioder uden drift af rotorer er OC = (faldet på iltkurven) og der findes derfor et rent respirationsforløb i disse perioder. I perioder med drift af rotor (stigende iltkurve) kan OC findes efter følgende formel: OC = -do2/dt respiration uden rotor. En beluftningsfase på Aars Renseanlæg er illustreret på Figur N4-2, hvor iltkoncentrationen og den deraf beregnede respiration gennem hele perioden er illustreret. Den beregnede respiration angives i milligram ilt forbrugt per liter per min (mgo 2 l -1 min -1 ). beluftningsfase (9 minutter) Anoxisk fase (75 minutter) beluftningsfase (15 min) Tilledning af spildevand (9 min) Cyklus-periode18 minutter Figur N4-1: Skematisk afbildning af en cyklus på Aars Renseanlæg med tidsopdeling af beluftningsfase og anoxisk fase samt tidspunkt for tilledning af spildevand. 2

3 3 2.5 Iltkoncentraion respiration (iltforbrug) Iltkoncentration mg/l Respiration (iltforbrug) mg/l/h.5 Tilledning af spildevand : : : : : : : : Figur N4-2: Grafisk fremstilling af iltkoncentrationen og respirationen gennem en beluftningsfase på Aars Renseanlæg. Pilen afgiver tidspunktet for spildevandstilledning (se også Figur N4-2). Som det fremgår af respirationskurven, blev der registreret en høj respiration (høj BOD- og N- belastning) i begyndelsen af beluftningsperioden. Respirationen faldt gradvist som følge af en aftagende belastning, indtil tilledningen af spildevand i slutningen af beluftningsfasen, hvor belastningen igen forsøges. Metode 2: Belastningsestimat baseret på en respirationsmåling Ved beregning af belastningen på Aars Renseanlæg er der anvendt et estimat baseret på en respirationsmåling, der er fundet ved en regressionsberegning på hældningen af iltkurven efter slukningen af rotorerne efter endt beluftning. Typiske iltkurver og området for beregning af respirationen er angivet grafisk i Figur N4-3. På det tidspunkt, hvor beregningen af respirationen finder sted, har der været tilledt spildevand i 15 minutter under beluftning. Beregningen af respirationen sker efterfølgende under antagelse af, at tilledning og sammensætning af spildevand er konstant og repræsentativ for hele den periode, hvor der tilledes spildevand. Dette forudsætter endvidere, at anlægget ikke er overbelastet, således at en evt. belastning fra den foregående cyklus er forbrugt inden en ny tilledning begynder. Det totale iltforbrug i den pågældende cyklus blev efterfølgende bestemt ved at gange op med hele beluftningsperioden. 3

4 3 2.5 Ilt-setpunkt 2 iltkoncentration mg/l : 1:12 2:24 3:36 4:48 6: 7:12 8:24 9:36 tid, minutter Figur N4-3: Grafisk fremstilling af iltkoncentrationen under 2 på hinanden følgende cykler. Inden sidste cyklus nedsættes ilt-setpunktet fra 2 mg O 2 /liter til 1 mgo 2 /liter. Respirationen beregnes udfra en regression på kurven indenfor det med rødt markerede område. Ved estimering af det totale iltforbrug skal det påpeges, at denne kan være behæftet med en vis usikkerhed. Således bliver der ikke taget hensyn til den endogene respiration, der kan udgøre en ikke uvæsentlig del af det samlede iltforbrug (se afsnit om endogen respiration). Den endogene respiration antages imidlertid at være konstant ved uændret slamkoncentration og tillige uafhængig af det tilledte spildevand. Endvidere kan der være usikkerheder ved respirationsmålingen som følge af bl.a. usikkerheder omkring målepunkterne af iltkoncentrationen. For at få et indtryk af eventuelle usikkerheder i metoderne blev middelværdien af den beregnede respiration over hele beluftningsperioden sammenlignet med respirationen beregnet efter slukningen af rotorerne i slutningen af beluftnings-fasen (Figur N4-4). Middelrespirationen for hele forløbet varierer moderat fra den respiration, der blev beregnet udfra hældningen i slutningen af beluftningsperioden. Variationen mellem de 2 metoder, der blev anvendt til beregning af respirationen ligger gennemsnitlig under 1% - sammenligninger, der blev foretaget i perioden inden ilt-setpunktet blev ændret (Figur N4-3). Umiddelbart efter, at ilt-setpunktet blev ændret (sænket fra 2 til 1 mgo 2 /l), blev der observeret en markant variation mellem metoderne. Således blev der beregnet forskelle i respirationen på op til 43,5%, med de respektive beregningsmetoder. Den store variation blev imidlertid igen udjævnet efter en periode på omkring 4 cykler. 4

5 Ændring af ilt-setpunkt respiration mgo2/l/min cyklus respirationsforløb over hele cyklus respiration efter slukning af rotor middel respiration over hele cyklus Figur N4-4: Middelrespirationen over en række cykler sammenlignet med respirationen beregnet på iltkurven efter slukning af rotorerne. Endvidere er det totale repirationsforløb vist. På baggrund af disse tests af metoder til bestemmelse af respirationen (belastningen) under drift i fuldskalaanlæg, blev det vurderet, at respirationen kan estimeres ved beregning af hældningen på iltkurven efter slukning af rotorerne i slutningen af beluftningsfasen. Denne beregning bør imidlertid kun anvendes, når driften af anlægget er stabil, og der ikke bliver foretaget løbende ændringer af parametre som f.eks. ilt-setpunktet. Reduktion i energiforbrug ved regulering af ilt-setpunkter Sammenfatning Koncentrationen af opløst ilt (DO) i aktiv slam er afgørende for dels effektiviteten af de aerobe biologiske processer, men også for en energimæssigt effektiv udnyttelse af beluftningsudstyret. Således skal koncentrationen være tilstrækkeligt høj til at imødekomme mikroorganismernes forbrug i den aerobe fase, mens overførsel af overskydende ilt resulterer i unødvendige økonomiske omkostninger til beluftning. I nærværende undersøgelse blev energiforbruget ved forskellige ilt-setpunkter belyst under forsøg i fuldskala. Endvidere blev effekten af reduceret iltkoncentration på nitrifikationshastigheden undersøgt. 5

6 Metode Fuldskalaforsøg Forsøgene blev udført på Aars Renseanlæg, hvor de enkelte rotorers energiforbrug blev sammenlignet, men iltbalancen i bioreaktoren ved ilt-setpunkter på hhv. 1 og 2 mgo 2 /l. Via renseanlæggets SRO-system blev ilt-setpunktet i bioreaktorerne indledningsvist sat til 2 mg/l, hvorefter kg ilt forbrugt per cyklus blev sammenholdt med kw-forbruget per cyklus (iltningseffektiviteten). Rotorernes energiforbrug samt iltkoncentrationer i bioreaktorerne blev registreret med 1 minuts intervaller og overført elektronisk til databasen. Forsøgene blev udført i sommer/efteråret 1999 over en periode på 3 måneder, hvorunder iltningseffektiviteten (kg O 2 /kw) blev beregnet for en række cykler med ilt-setpunkter på hhv. 1 og 2 mgo 2 /l. Ved beregning af iltforbruget under en cyklus blev respirationen beregnet som beskrevet under metode 2. Pilotforsøg Iltkoncentrationens effekt på nitrifikationen blev undersøgt i pilotanlæg, der består af to cylinderformede bioreaktorer, hver med et volumen på 1 m 3. Forsøget blev udført under alternerende drift med en to timers cyklus opdelt i en times N- og DN-fase med kunstig spildevands- tilledning under DN-fasen. Forsøgene blev opstartet med aktivt slam hentet på Aars Renseanlæg, hvorefter forsøget blev udført med kunstigt spildevand med følgende sammensætning (kg per 1 liter vand): Kødekstrakt, 1,4; mælkepulver, 1,; Na 2 HPO 4,,42. Under forsøget blev iltkoncentrationen i tanken reguleret, så effekten på nitrifikationshastigheden (mg NO 3 - produceret per liter per minut) blev analyseret ved 1, 2 og 2,5 mg O 2 /l. Målinger af NO 3 - og NH 4 + er foretaget med Danfoss on-line Evita-målere, som under forsøget blev kontrolleret med manuelle målinger (Dr. Lange hurtig-analyseudstyr) Slamkoncentrationen under forsøget var på 4 kg/m 3. Resultater Fuldskalaforsøg Energiforbruget til at opretholde et ilt-setpunkt på 2 mgo 2 /l på Aars Renseanlæg lå omkring 8 kwh/døgn. Renseanlægget kører med 8 cykler af hver 3 timer, hvilket betyder, at der i gennemsnit forbruges omkring 1 kwh per cyklus. Efter en reduktion af ilt-setpunktet til 1 mgo 2 /liter faldt energiforbruget til omkring 6 kwh per døgn, hvilket svarer til en besparelse på ca. 25%. Under forsøget blev respirationen ligeledes beregnet. Som det fremgår af Figur N4-4, lå respirationen på omtrent samme niveau ved drift med et ilt-setpunkt på 2 mgo 2 /l, dog med en forventet døgnsvingning med den laveste belastning om natten. Efter reduktionen i ilt-setpunktet synes der at være et mindre fald i respirationen, hvilket kan stamme dels fra sænkningen af iltkoncentrationen i tanken og dels fra variationer i belastningen. 6

7 9 8 7 energiforbrug iltkoncentration respiration 25 2 Energiforbrug kwh/døgn respiration, mg/l/time iltkoncentration, mg/l : : : : : Figur N4-5: Energiforbruget og respiration over en 3 dages forsøgsperiode, hvor ilt-setpunktet blev reduceret fra 2 til 1 mgo 2 /l. 7

8 mg O2/l 1 mg O2/l 12 1 kwh/cyklus kgo2/cyklus Figur N4-6: Energiforbruget som funktion af iltforbruget i en række cykler på Aars Renseanlæg med ilt-setpunkter på hhv. 1 og 2 mg O 2 /l. Under et tilsvarende forsøg med ilt-setpunkter på hhv. 1 og 2 mgo 2 /l blev energiforbruget og iltforbruget i en række cykler analyseret over en længere periode. I Figur N4-6 er energiforbruget plottet som funktion af iltforbruget i de respektive cykler og illustrerer dermed energiforbruget som funktion af belastningen. Som det fremgår af figuren, ligger energiforbruget til opretholdelse af en iltkoncentration på 2 mgo 2 /l igen omkring 25% højere end ved en iltkoncentration på 1 mgo 2 /l uanset belastningens størrelse (kg ilt forbrugt). Pilotforsøg Under et forsøg i pilotanlæg blev ilt-setpunktet reguleret for at få et indtryk af iltkoncentrationens effekt på nitrifikationshastigheden. Ved en hævning af iltkoncentrationen fra 1 til 2,5 mg/l i begyndelsen af forsøget blev der registreret en markant forøgelse i nitrifikationshastigheden (Figur N4-7). Efterfølgende blev ilt-setpunktet igen nedreguleret til 1 mg/l, hvorefter forsøget blev gentaget, dog med en hævning af ilt-setpunktet til 2 mg/l. Igen kunne det konstateres, at nitrifikationshastigheden blev forøget ved øget iltkoncentration i bioreaktoren. 8

9 4 iltkoncentration nitrifikationsrate 19 iltkoncentration, mg/l nitrifikationsrate, mg/l/time dato 5 N4-1: Iltkoncentrationens effekt på nitrifikationshastigheden under forsøg udført i pilotanlæg. Konklusion Under dette forsøg blev det vist, energiforbruget kan reduceres markant ved nedregulering af iltkoncentrationen i bioreaktoren. Beregninger illustrerede, at der kan spares omkring 25% ved regulering af ilt-setpunktet fra 2 til 1 mgo 2 /l. Iltkoncentrationens effekt på de biologiske processer blev illustreret dels i fuldskalaanlæg ved respirationsraten og dels i pilotanlæg ved nitrifikationsraten. Ved en sænkning af iltkoncentrationen blev respirationen og nitrifikationen reduceret. I sidstnævnte tilfælde blev nitrifikationen imidlertid hurtigt forøget igen, efter at iltkoncentrationen blev hævet. På den baggrund blev det konstateret, at iltkoncentrationen antageligt har indflydelse på disse processer, og at det må forventes, at en energibesparelse på beluftningsudstyret kan betyde faldende procesrater. Energibesparelse ved optimering af driftstilstand for overfladerotorer Sammenfatning En stor del af de overfladerotorer der anvendes på renseanlæg, er etableret med forskellige driftstilstande (høj og lav driftstilstand), der anvendes ved varierende belastninger af anlægget. Således anvendes den høje driftstilstand, når der behøves større iltoverførsel til bioreaktoren, mens den lave driftstilstand anvendes, når belastningen er faldet. I denne undersøgelse blev iltningseffektiviteten beregnet ved hhv. høj og lav driftstilstand for at belyse, hvilken driftstilstand der energetisk er mest favorabel. 9

10 Resultaterne fra undersøgelsen viste, at iltningseffektiviteten kan være mellem 2 og 35% højere ved høj driftstilstand sammenlignet med lav driftstilstand. En energiberegning foretaget på Viby Renseanlæg viser, at en omlægning af driften fra den nuværende med drift af begge anlæg med begge hastigheder til drift af rotorerne udelukkende i høj driftstilstand vil betyde en besparelse i det totale energiforbrug til beluftning på omkring 13%. Metode De aktuelle overfladerotorer på Viby Renseanlæg er monteret med en to-hastighedsmotor og har således hver 3 mulige driftstilstande (1) høj hastighed, (2) lav hastighed og (3) afbrudt tilstand. OC og den deraf afledte iltningseffektiviteten (kg ilt/kwh) beregnes ved hhv. høj og lav tilstand. Rotorernes driftstilstand blev styret fra renseanlæggenes SRO-systemer.. Under forsøgene blev rotorerne forudindstillet på den ønskede driftstilstand, hvorefter iltkoncentrationen hhv. før og efter rotoren blev målt (Danfoss iltsensorer) og opsamlet i de opstillede dataloggere. Endvidere blev vandhastigheden målt med flowmåler (1 minuts intervaller) på de respektive målestationer, mens data af energiforbruget blev opsamlet med tilsvarende intervaller. Ændringen i iltkoncentrationen (do 2 /dt ) kan beregnes løbende udfra hældningen på en iltkurve ved at beregne af den bedste rette linie gennem de sidste 4 målepunkter. Forudsætningerne er, at der logges iltkoncentrationer med et interval på 1 minut, og at rotoren tændes og slukkes nogle gange i en bestemt driftstilstand (høj eller lav). De forskellige knæk på iltkurven identificeres efterfølgende, og de enkelte hældninger beregnes. Under drift af rotorerne, enten under høj eller lav driftstilstand, kan OC* bestemmes (OC* = OC høj (Cm-C)/Cm) ved høj rotordrift; OC* = OC lav (Cm-C)/Cm) ved lav rotordrift), mens respirationen kan bestemmes i perioden efter slukning af rotorerne. OC* korrigeres efterfølgende med faktoren Cm/(Cm-C), idet de fundne OC-værdier kun gælder ved mg ilt/l. Iltningseffektiviteten (OCe = kg ilt/kwh) ved forskellige driftstilstande beregnes simpelt ud fra de fundne OC-værdier og det registrerede effektforbrug (OC høj = OC høj /P høj ; OC lav = OC lav /P lav ). Resultater På begge renseanlæg blev der registreret en markant højere iltningseffektivitet ved den højere driftstilstand end ved den lave driftstilstand. Iltningseffektiviteten ligger omkring 2% højere ved rotordriften med høj hastighed på Aars Renseanlæg i forhold til rotordrift ved lav hastighed, mens den på Viby Renseanlæg var en iltningseffektivitet helt oppe på 35% højere ved den høje driftstilstand Tabel På Viby Renseanlæg, hvor driften p.t. skifter mellem høj og lav driftstilstand, vil der kunne opnås en energibesparelse på omkring 13% af det totale energiforbrug til rotordriften, hvis rotorerne udelukkende fungerede ved høj driftstilstand. 1

11 Tabel N4-1: Iltningseffektiviteten ved høj og lav driftstilstand på hhv. Viby og Aars Renseanlæg. Iltningseffektivitet\renseanlæg Viby Renseanlæg Aars Renseanlæg høj driftstilstand, kg O 2 per kwh 1,4 1,46 lav driftstilstand, kg O 2 per kwh,91 1,17 På Figur N4-8 er iltningseffektiviteten i samtlige cykler i en periode over 2 dage plottet, og som det fremgår ligger iltningseffektiviteten lavere end ved høj driftstilstand. Der er enkelte datapunkter i den lave driftstilstand, der synes at have væsentligt højere iltningseffektivitet end de resterende ved denne driftstilstand. Dette skyldes, at respirationsberegningen ved lav driftstilstand kan være behæftet med usikkerheder i overgangsfaser. 2,5 lav hastighed høj hastighed 2 Iltningseffektivitet kgo2/kwh 1,5 1, tid Figur N4-7: Iltningseffektiviteten ved hhv. høj og lav driftstilstand af overfladerotorerne på Aars Renseanlæg. Konklusion På baggrund af ovenstående resultater kan det konkluderes, at det energetisk er ufavorabelt at anvende rotorernes lave driftstilstand. Således er iltningseffektiviteten (kg O 2 /kwh) op til 35% højere i den høje driftstilstand sammenlignet med den lave driftstilstand. Der vil antagelig kunne spares mere end 1% af det totale energiforbrug til beluftning ved at omlægge driften af rotorerne til udelukkende at fungere i høj eller slukket driftstilstand. 11

12 Energibesparelse ved optimering af rotorneddykningen Sammenfatning Ydelsen (iltningseffektiviteten: kgo 2 overført per kwh forbrugt) af overfladebeluftere er stærkt afhængig af den aktuelle neddykning. Således blev det vist, at den optimale neddykning på Viby Renseanlæg ligger mellem ca. 21 og 24 cm, mens den på Aars Renseanlæg ligger omkring 25 cm. En afvigelse i neddykningen på 2 cm på Viby Renseanlæg vil resultere i et energimæssigt merforbrug (kwh) på ca. 1%, mens der kan forventes et merforbrug på 2%, hvis rotorneddykningen falder til 17 cm. På Aars Renseanlæg vil den samme afvigelse fra optimal neddykning betyde øget energiforbrug på mere end 2 og 3%. Da energiforbruget til drift af overfladebeluftere ofte udgør mere end 5% af renseanlæggenes energiforbrug, vil der være betydelige energimæssige merudgifter, hvis neddykningen af overfladerotorerne ikke er optimalt indstillet. Metode Rotorerne opstartes manuelt i en i forvejen indstillet høj driftstilstand, og driften fortsættes indtil iltkoncentrationen har nået et konstant niveau (steady-state). Iltkoncentrationen må ikke stige eller falde væsentligt, hvilket sikres ved løbende aflæsninger på computerskærmen, der er forbundet til loggerne. Der logges iltkoncentrationer, der er midlet over et minut. Til dette er der placeret iltsensorer umiddelbart før og efter den rotor, hvorpå OC og iltningseffektiviteten måles. Målinger fra iltsensorerne opsamles vha. datalogger, der under hele forsøget er forbundet til en computer, så iltkoncentrationer løbende kan aflæses. Efter det konstante ilt-niveau er nået, slukkes rotorerne, og faldet i iltkoncentrationen bruges til at beregne respirationen. Ændringen i iltkoncentrationen (do 2 /dt ) kan beregnes løbende udfra hældningen på en iltkurve ved at beregne den bedste rette linie gennem de sidste 4 målepunkter. Når iltkoncentrationen er nået ned på et niveau på 1 mg/l (eller minimum 4 målepunkter), opstartes rotoren igen, indtil et konstant ilt-niveau igen er nået. Ydelsen (iltningseffektiviteten) beregnes efterfølgende på hældningerne af den opadgående iltkurve løbende gennem de efterfølgende 4 målepunkter. Fremgangsmåde gentages ved hver enkelt rotornedykningen til beregning af de respektive iltningseffektiviteter. 12

13 Resultater På Viby Renseanlæg blev der en optimal rotorneddykningen i intervallet fra 21 til ca. 23 cm., hvor iltningseffektiviteten lå på 1,4 kgo 2 /kwh (Figur N4-8). Ved rotorneddykninger under 21 cm faldt iltningseffektiviteten markant og lå ved en rotorneddykning på 18 cm på en iltningseffektivitet på ca. 1,1 kgo 2 /kwh svarende til et energimæssigt merforbrug på 2%. Iltningseffektiviteten ved neddykninger på 26 cm eller derover faldt iltningseffektivitet gradvist til et niveau omkring 1,25 kgo 2 /kwh. 1,5 1,4 Iltningseffektivitet kgo 2 /kw 1,3 1,2 1, Rotorneddykning, cm Figur N4-8: Iltningseffektiviteten som funktion af rotorneddykningen på Viby Renseanlæg. Ved den optimale rotorneddykning på Aars Renseanlæg (omkring 25 cm) lå iltningseffektiviteten på 1,75 kgo 2 /kwh og faldt markant ved både større og mindre neddykninger. Således blev iltningseffektiviteten målt til 1,1 og 1,2 kgo 2 /kwh ved rotorneddykninger på hhv. 27,5 og 22 cm s neddykning. 13

14 2 Iltningseffektivitet kgo2/kwh Neddykning, cm Figur N4-9: Iltningseffektiviteten som funktion af rotorneddykningen på Aars Renseanlæg. Konklusion Den optimale rotorneddykning på både Viby og Aars Renseanlæg ligger i et relativt lille interval. Rotordykninger under eller over dette interval medfører en markant forringelse i rotorernes iltydelse. Som en direkte følge deraf vil energiforbruget til ydelse af den nødvendige ilt til processerne i bioreaktoren forøges tilsvarende. De optimale rotorneddykninger ligger mellem ca cm og 25 cm på hhv. Viby og Aars Renseanlæg. Selv små afvigelser (2 cm) medfører merforbrug energimæssigt (kwh). På Viby Renseanlæg blev merforbruget beregnet til op mod 1%, mens der på Aars Renseanlæg kan forventes merforbrug på op 2% ved en tilsvarende afvigelse. Da energiforbruget til drift af overfladebeluftere ofte udgør mere end 5% af renseanlæggenes energiforbrug, vil der være betydelige energimæssige merudgifter, hvis neddykningen af overfladerotorerne ikke er optimalt indstillet. 14

15 4.2 Reduktion af energiforbrug til beluftning ved reduktion af iltforbrug til egenrespiration Sammenfatning Slammets egenrespiration udgør en ikke uvæsentlig del af det samlede iltforbrug i aktivt slam og dermed også en god del af det samlede energiforbrug til beluftning. Egenrespirationen blev derfor bestemt under forskellige belastninger og slamkoncentrationer for at belyse, om det er muligt gennem regulering af slamkoncentrationer og optimering af processer at opnå energibesparelse i form af reduceret iltforbrug til egenrespiration. Resultater i pilotanlæg viste, at egenrespirationen kan udgøre op mod 3% af det samlede iltforbrug. Ved en reduktion af slamkoncentrationen og dermed en forøgelse af slambelastningen i bioreaktoren vil det være muligt at reducere energiforbruget til beluftning tilsvarende. Opretholdelse af en lavere slamkoncentration vil imidlertid medføre, at der skal udtages en tilsvarende større mængde slam fra bioreaktorerne, idet der forbrændes mindre slam ved egenrespiration. Udgiften til deponering af slam vil derfor kunne modsvare den energibesparelse der kan opnås på beluftningen, så den overordnede økonomiske besparelse bør vurderes i de enkelte tilfælde. Metode For at belyse egenrespirationens andel af det totale iltforbrug i aktivt slam blev der udført forsøg i et pilotanlæg på placeret på DHI. Pilotanlægget er opbygget med fødetank etableret med flowstyret spildevandstilledning, 1 m 3 bioreaktor drevet som alternerende anlæg samt efterklaringstank med spildevandsudledning og returslamflow. Forsøgene blev opstartet med 1 m 3 aktivt slam hentet på Aars Renseanlæg, hvorefter forsøget blev udført med kunstigt spildevand med følgende sammensætning (kg per 1 liter vand): Kødekstrakt, 1,4; mælkepulver, 1,; Na 2 HPO 4,,42. Der blev dagligt udtaget prøver fra fødetank, bioreaktor, afløbstank og overskudsslam til måling af suspenderet stof (SS), tørstof (TS), glødetab (VSS) og SVI. Følgende fysiske og kemiske parametre blev målt on-line under forsøget: airflow, fødeflow, returslamflow, SS, temperatur, ph, nitrat, ammonium, ilt og ledningsevne. Resultater Egenrespirationen blev bestemt ved at beregne iltforbruget på døgnbasis og sammenligne den med den tilledte mængde COD, hvorefter den regressionsbestemte kurve blev ekstrapoleret ind på Y- aksen (Figur N4-11). Egenrespirationen blev ved denne metode bestemt til 16 go 2 per døgn i en slammængde på 3,5 kg SS (45,7 go 2 /døgn/kg SS). Ved slambelastning på,1 og,2 kgcod/kgss/døgn vil egenrespirationen således udgøre hhv.1/2 og 1/3 af det samlede iltforbrug. 15

16 6 5 4 go 2 /døgn Egenrespiration: 16 go 2 /døgn i 3,5 kg SS g COD/døgn Figur N4-1: Iltforbruget til nedbrydning af organisk stof. Egenrespiration er fundet ved at ekstrapolere kurven ind til Y-aksen. Med en iltningseffektivitet på 1,75 kg O 2 /kwh (Aars Renseanlæg, afsnit ) forbruges der,26 kwh/døgn/kgss til egenrespiration, hvilket på f.eks. Aars Renseanlæg svarer til et forbrug på 155 kwh per døgn ved en slamkoncentration på 5 kgss/m 3. I sommermånederne, hvor høje hastigheder på processerne i tanken muliggør, at slamkoncentrationen kan sænkes (slambelastningen øges), vil der kunne opnås en energibesparelse på over 3 kwh/døgn for en sænkning på 1 kg SS/m 3 ved en konstant COD-belastning (6% af det totale energiforbrug til beluftning). Under forsøget blev udbyttekonstanten (Kg SS produceret per kg COD forbrugt) beregnet. Som det fremgår af Figur N4-12, er der en forøgelse i slamudbyttet ved stigende slambelastninger (lavere slamkoncentrationer), hvilket illustrerer, at egenrespirationen relativt er mindre, når slamkoncentrationen er høj. Modelberegningen baseret på de opnåede resultater viser ligeledes, at lave COD-belastninger medfører, at slamproduktionen ikke længere kan modsvare reduktionen i slamkoncentrationen som følge af egenrespiration. Der vil derfor ske en nettoreduktion i bioreaktorens slammængde. Det skal påpeges, at denne beregning er baseret på dels opløst COD i det indkommende spildevand og dels, at den ikke tager højde for opløst og suspenderet stof i udløbsvandet. 16

17 ,5,4 Pilotforsøg Modelberegnet,3 Udbyttekonstant KgSS/kgCOD/døgn,2,1, -,1 -,2,,2,4,6,8 1, kgcod/døgn Figur N4-11: Udbyttet af biomasse (udbyttekonstanten) ved forøgede slambelastninger (CODtilledning). Datamaterialet stammer dels fra resultater fra pilotforsøg samt modelberegninger baseret på disse. Konklusion Egenrespirationen blev under dette pilotforsøg bestemt til 45,7 go 2 /døgn/kg SS, hvilket svarer til 1/3 af det samlede energiforbrug til beluftning ved en slamkoncentration på,2 kgcod/kgss/døgn. Resultaterne viser, at en sænkning af slamkoncentrationen med 1 kg SS/m 3 vil medføre en reduktion på ca. 6% i det totale energiforbrug til beluftning. En sænkning af slamkoncentrationen (forøgelse i slambelastningen) vil imidlertid medføre, at slamproduktionen forøges. Der vil defor være en evt. forøgelse i mængden af slam, der skal deponeres, hvorved den økonomiske besparelse kan blive reduceret pga. deponeringsomkostninger. 17

18 4.3 Reduktion af effektforbruget ved ændring af driftsform fra kontinuerlig drift til intervaldrift af omrørere i bioreaktorer Sammenfatning Gennem pilot- og fuldskalaforsøg er formålet at vise, at det er muligt at reducere energiforbruget til omrøring. Besparelse på energiforbruget kan opnås ved dels at ændre driftsform fra kontinuerlig til intervaldrift og dels ved at reducere antallet af omrørere i drift. Ved ændring af driftsform fra kontinuerlig til intervaldrift kan der opnås en besparelse på op til 66% i energiforbruget, mens en halvering af antallet af omrørere i drift medfører en halvering i energiforbruget. I begge tilfælde kan besparelsen opnås i alternerende anlæg med overfladebeluftere, uden at dette påvirker den procesmæssige drift af bioreaktorerne. Forsøgene har dermed dokumenteret, at inertien i er så stor, at vandet fortsat vil opretholde en tilstrækkelig bevægelse efter stop af omrørerne til at hindre uhensigtsmæssig bundfældning af slammet samt utilstrækkelig opblanding af råspildevand og slam. I recirkulationsanlæg kan den samme energibesparelse opnås, men i anlæg med bundbeluftere kan der opstå problemer ved afbrydelse af omrørere. Således blev det på Holstebro Renseanlæg vist, at der ikke opnås en tilstrækkelig vandtransport under omrørerstop, hvorved iltkoncentrationen faldt i områder uden dysser. Dette blev der kompenseret for ved et øget luftflow, hvorved energiforbruget til beluftning i stedet kan stige væsentligt. Forsøgene har dermed dokumenteret, at der kan spares markant på energien til omrøring, men at det samtidig kræver, at de enkelte anlæg vurderes individuelt. Pilotforsøg under DN-fase Metode Inden forsøg med energibesparelse i fuldskala blev omrørerdriftens effekt på slamvolumenets opblanding samt indflydelsen på proceshastigheder udført i pilotanlæg i laboratoriet på DHI. Forsøget blev udført i pilotanlæg bestående af to cylinderformede bioreaktorer, hver med et volumen på 1 m 3. Bioreaktorerne er etableret med en central omrører med en egenhastighed på 6 omdr./min. Forsøget blev udført under alternerende drift med en to timers cyklus opdelt i en times N- og DNfase med spildevandstilledning under DN-fasen. I DN-fasen blev der gennemført et tænd-sluk program bestående af 1 minutters intervaller med omrørerstop efterfulgt af et 5 minutters interval med omrøring (tabel ). Tænd-sluk programmet blev gennemført i begge reaktorer i en periode på 1 timer. 18

19 Tabel N4-2: Tidsopdeling af omrørerdriften under pilotforsøg. Tank 2 Tank 1 Sluk Tænd Sluk Tænd

20 Under forsøget blev vandbevægelsen, slammets opblanding samt DN-proceshastigheden fulgt. Målinger af NO 3 - og NH 4 + er foretaget med Danfoss s on-line Evita-målere, som under forsøget blev kontrolleret med manuelle målinger (Dr. Lange hurtig-analyseudstyr). Slamkoncentrationen under forsøget var på 3,5 kg/m 3 med en SVI i slammet på 137 ml/g. Resultater Efter slukning af omrørerne fortsatte vandet med en vis bevægelse i ca. 1 minutter, mens slammet startede med at bundfælde efter kun 1 minut. Efterfølgende skete bundfældningen med en konstant sænkning af slamspejlet på ca. 1 cm per minut, så der efter 1 min. var en klar zone på ca. 1 cm. Den volumen, der ikke indeholdt slam, vil være procesmæssigt inaktiv. Det inaktive volumen vil der formodentlig være kompenseret for ved en forholdsmæssig større proceshastighed i den slamfyldte del at volumen nederst i tanken, hvor den aktive biomasse vil være tilsvarende større per volumenenhed. Ud fra analyser af denitrifikationsraten kan det således heller ikke dokumenteres, at proceshastigheden falder under tænd-sluk forsøgsperioden, hvilket endvidere indikerer, at opblandingen af spildevand ikke påvirkes af, at omrørerne er slukket. Ved beregning af den aktuelle DN-hastighed som regression på 3 efterfølgende målinger af NO 3 - i en DN-fase fås de på Figur N4-13 viste rater. 2

21 DN-hastighed mg/l/h Omrørertest : 6: 12: 18: : 6: 12: 18: : tid, minutter Figur N4-12: Denitrifikationsrater under forsøg med tænd-sluk af omrørerne. Raterne er udregnet som regression af 3 på hinanden følgende målinger af NO 3 -. Konklusion på forsøg i pilotanlæg Inertien i vandbevægelsen er så stor, at vandet fortsætter med en tilstrækkelig bevægelse til, at denitrifikationen ikke påvirkes væsentligt af et stop af omrører på 1 min. Det kan derfor også forventes, at der ikke opstår mangel på COD og NO 3 - i den procesmæssigt aktive volumen. Under perioder med omrørerstop blev der observeret en konstant sænkning af slamspejlet på ca. 1 cm per minut, så der efter 1 min. var en klar zone på ca. 1 cm. Den volumen, der ikke indeholder slam, vil være procesmæssigt inaktiv. Denitrifikationsraten opretholdes imidlertid, hvilket indikerer, at der kompenseres for det inaktive volumen ved forholdsmæssigt større proceshastighed i den slamfyldte del af volumen nederst i tanken, hvor den aktive biomasse vil være tilsvarende større per volumenenhed. I DN-fasen kan vandbevægelsen genoprettes ved drift af omrørerne i 5 15 min., hvorefter vandet igen har tilstrækkelig turbulens til at opblande indkommende råspildevand og returslam i hele reaktorens volumen. Endvidere vil en kort opblandingsperiode betyde, at et evt. sedimenteret slamlag på bunden vil blive resuspenderet. 21

22 Fuldskalaforsøg i N- og DN-tanke på recirkulationsanlæg Fuldskalaforsøget blev udført i en udvalgt bioreaktor på Holstebro Renseanlæg. Bioreaktoren er opbygget omkring et centerbygværk omsluttet af tre koncentriske tanke. Centerbygværket (3 m 3 ) og de to inderste koncentriske tanke (389 m 3 og 648 m 3 ) er bundbeluftede (N-tanke), mens den yderste koncentriske tank (97 m 3 ) er uden beluftning (DN-tank). De koncentriske tanke er etableret med en omrører, der er placeret ca. 2 m over bunden og har et vingefang på 1 m. Råspildevandet ledes ind i denitrifikationstanken og ender, via overløb mellem de enkelte tanke, i centerbygværket, hvorfra det enten recirkuleres tilbage til denitrifikationstanken eller ledes til efterklaringstanken. Metode Tænd-sluk program I DN-tanken udføres der et tænd-sluk program på rotoren bestående af 1 minutters intervaller med omrørerstop efterfulgt af et 5 minutters interval med omrøring (som skematisk fremstillet under pilotforsøget). Tænd-sluk programmet udføres i en periode på 28 timer. Energiforbruget (kw) til rotordriften registreres hvert andet minut, dels under forsøget og dels i den foranliggende og efterfølgende tidsperiode. I hele perioden udregnes energiforbruget ud fra 15 minutters glidende middel. Slammets bundfældningshastighed og vandbevægelsen undersøges i et efterfølgende forsøg. Omrører i DN-tanken stoppes i en forsøgsperiode på 19 minutter, hvorunder vandhastigheden og slamspejlet i tanken registreres. Der udføres tillige et forsøg, hvor vandhastigheden registreres under en periode, hvor både omrøring og recirkulationen er afbrudt. Omrørerstop i N-tankene For at belyse omrørernes indflydelse på vandbevægelse og iltfordeling i N-tankene udføres et forsøg med omrørerstop på 1 time. I forsøgsperioden måles vandhastigheden samt iltkoncentrationen i områder hhv. med og uden bundbeluftning i begge N-tanke. Efterfølgende udregnes en 15 minutters glidende middel udfra de opnåede data. Slammets fordeling i tanken følges gennem forsøget, ligesom nitratkoncentrationen måles ved tankens afløb i midterbygværket. Resultater Energibesparelse i DN- og N-tankene Energiforbruget til omrører i DN-tanken ligger konstant på ca. 1,5 kw i perioder med kontinuerlig drift. Ved ændring af driften fra kontinuerlig til intervaldrift observeres et markant fald i kwforbruget til ca. 1/3 af det oprindelige forbrug svarende til ca.,5 kw. Der ses et tilsvarende fald i energiforbruget i N-tankene fra 1,9 og 1,3 kw til,6 og,4 kw i hhv. yderste (648 m 3 ) og inderste (369 m 3 ) N-ring ved driftsændring fra kontinuerlig til intervaldrift. På Holstebro Renseanlæg er der etableret 4 identiske bioreaktorer. Under antagelse af, at de fysiske forhold i alle tanke er identiske, bruges der ca kwh/år til omrøring ved kontinuerlig drift i beluftningstankene på Holstebro Renseanlæg. Ved intervaldrift vil forbruget være ca

23 kwh/år, hvilket svarer til en årlig besparelse på ca kwh ved ændring til denne driftsform. Dette svarer til en energibesparelse på ca. 66%. 2 Energiforbrug, kw 1 Besparelse på enrgiforbruget ved omlægning er 66% DN-tank N1-tank N2-tank Tid Figur N4-13: Energibesparelse i DN- og N-tankene ved ændring fra kontinuerlig drift af omrøreren til intervaldrift med 1 minutters stop efterfulgt af 5 minutters drift. Vandbevægelse og slamfordeling i DN-tank ved omrørerstop De efterfølgende undersøgelser i DN-tanken på Holstebro Renseanlæg viser, at afbrydelse af omrøreren, mens recirkulationen kører, betyder et fald i vandhastigheden fra omkring 3 cm/s til omkring 5 cm/s efter 1 minutters stop af omrøreren (Figur N4-15). Efter genstart af omrører er vandhastigheden tilbage på det oprindelige niveau efter 5 1 minutter. Når det samme forsøg gennemføres uden recirkulation, opnås de samme vandhastigheder efter hhv. 2 og 7 minutter, hvilket indikerer, at recirkulationsstrømmen bremser omrøringen. Der ses et begyndende fald i slamspejlet efter 3 minutter, der fortsætter ca. 15 min, hvor slamspejlet er faldet ca. 9 cm. Efterfølgende observeres der ikke længere et fald i slamspejlet. Der registreres ingen hævelse af slamspejlet 2 minutter efter start af rotoren. Efterfølgende blev samspejlets højde ikke længere registreret. 23

24 tid, min slamspejl, cm 1 flow, cm/s slamspejlssænkning cm flowhastighed cm/s Figur N4-14: Slamspejlssænkning og vandhastigheden i en periode omrørerstop i DN-tanken på Holstebro Renseanlæg. Som supplering til evt. pausedrift bør den fysiske placering og beskaffenhed af recirkulationsrører derfor vurderes. Det nuværende firkantede rør til recirkulering af slam på Holstebro Renseanlæg forbinder en cylinder i midterbygværket til yderringen (DN-ringen). Fra recirkulationspumpen i bunden af cylinderen i midterbygværket skal vandet passere 2 skarpkantede 9 bøjninger med et relativt stort energitab til følge. Endvidere er udløbsenden rettet nedad i slamvolumenet i stedet for at være rettet med strømmen, hvilket bidrager til bremsning af vandet i tanken. Vandbevægelse og iltfordeling i N-tanke ved omrørerstop Efter afbrydelse af omrører i N-tankene blev der registreret et fald i vandhastigheden på ca. 1,3 cm/ minut i den inderste tank fra ca. 45 cm/minut til ca. 25 cm/minut. Hastigheden var efterfølgende konstant, indtil omrøreren igen blev startet (Figur N4-16). Pga. voldsom vandturbulens efter afbrydelse af omrøreren var det ikke muligt at måle en vandhastighed i den yderste N-tank. Den voldsomme turbulens i den yderste N-tank (også observeret i mindre grad i inderste N-tank) skyldes en øget beluftning som følge af dårlig iltfordeling i tanken. Således blev der registreret et markant fald i iltkoncentrationen i områder uden beluftningsdysserne, mens der i områder med dysser blev registreret en stigning i iltkoncentrationen. Iltsensorerne sidder netop i området med lav iltkoncentration, hvilket resulterede i øget beluftning for at kompensere for faldet (Figur N4-16 og Figur N4-17). Efter genopstart af omrørerne steg iltkoncentrationen kun langsomt i de områder, hvor der ingen dysser er placeret (Figur N4-17). 24

25 Vandhastighed cm/s Iltkoncentration mg/l :29 12: 12:3 13: 13:3 tid, min. Flowhastighed Iltkoncentration Figur N4-15: Ændringer i vandbevægelse og iltkoncentration ved stop af omrører i inderste N- tank. Iltsensor placeret i område med beluftningsdysser. 25

26 Vandhastighed cm/s Iltkoncentration mg/l :29 12: 12:3 13: 13:3 tid, min. Flowhastighed Iltkoncentration Figur N4-16: Ændringer i iltkoncentration i yderste N-ring ved afbrydelse af omrører. Konklusion på forsøg i recirkulationsanlæg Ændring af driften fra kontinuerlig drift af omrørerne til intervaldrift i DN- og N-tankene resulterer i en reduktion af energiforbruget med ca. 66%. På Holstebro Renseanlæg vil denne reduktion svare til en årlig energibesparelse på ca kwh. En afbrydelse af omrørerne i DN-tanken resulterer i et fald i vandhastigheden fra omkring 3 cm/s til omkring 5 cm/s efter 1 minutters stop. Under perioden blev der observeret en sænkning af slamspejlet på ca. 9 cm efter 1 min. Efter genstart når vandhastigheden tilbage på det oprindelige niveau efter 5 1 minutter, mens slammet på samme tidsrum igen fordeler sig i hele DN-tankens volumen. På baggrund af ovenstående synes der ikke at være forbundet væsentlige problemer i DN-tanken ved ændring fra kontinuerlig til intervaldrift. En mindre markant reduktion i vandbevægelsen kan imidlertid opnås ved en bedre fysisk beskaffenhed af recirkulationsrøret, således at udløbsenden er rettet med vandstrømmen og ikke bremser vandet, som det sker ved nuværende opstilling. Efter afbrydelse af omrørere i N-tankene blev der registreret et fald i vandhastigheden på 1,3 cm/ minut i den inderste tank, indtil der blev opnået en konstant hastighed på et 25 cm/minut. Under omrørerstop registreredes imidlertid et markant fald i iltkoncentrationen i områder uden beluftningsdysserne, hvilket indikerer en dårlig omblanding af hele tankens volumen. Det kan derfor ikke afvises, at processerne påvirkes i negativ retning ved en afbrydelse af omrøringen. På 26

27 den baggrund kan det ikke anbefales, at omrøringen i disse og lignende tanke standses uden en forudgående individuel undersøgelse. Endvidere resulterede afbrydelsen af omrøreren i øget beluftning for at kompensere for den faldende iltkoncentration i områder uden dysser. Det kan derfor forventes, at energibesparelsen ved ændring af omrørerdriften i N-tankene mere end modsvares af et øget energiforbrug til den ekstra beluftning. Ved ændring af driftsform fra kontinuerlig til intervaldrift vil kræve omkring 35. starter per år. Såfremt omrørerne er beskyttet med korrekt fungerende softstartere, vil forkortelsen af levetiden på udstyret ikke have nævneværdig betydning for anlægget set i relation til besparelsen på energiforbruget (Søren Sørensen, Landia). Fuldskalaforsøg i bioreaktorerne på alternerende anlæg Fuldskalaforsøgene blev udført i en udvalgt bioreaktor (luftningstank) på Viby Renseanlæg. Bioreaktoren er opbygget med en ca. 4 m dyb ringkanal (35 m 3 ), hvori der er placeret fire overfladerotorer. Ringkanalerne er endvidere etableret med to omrørere, der er placeret mellem 2 rotorer på den ene langside af ringkanalen. Omrørerne er ved den nuværende drift startet i hele DNfasen, mens overfladerotorerne opretholder vandbevægelsen i N-fasen. Råspildevandet samt forbehandlet spildevand/slam fra AN/DN- sektionen ledes ind i DN-fasen og ender efter endt behandling i enten efterklaringstanken eller recirkuleres tilbage til DN-tankene. Recirkulering af spildevand/returslam fra de ellers alternerende drevne bioreaktorer til en AN/DNsektion skyldes et lavt C/N-forhold i råspildevandet. Slammet hydrolyseres derfor i en AN-tank, og det dannede letomsættelige kulstof bruges til denitrifikation. Metode Tænd-sluk program af omrører i luftningstank I luftningstanken udføres der et tænd-sluk program på omrøreren i DN-fasen bestående af 1 minutters intervaller med omrørerstop efterfulgt af et 5 minutters interval med omrøring (som skematisk fremstillet under pilotforsøget). Energiforbruget (kw) til rotordriften registreres hvert minut, dels under forsøget og dels i den foranliggende og efterfølgende tidsperiode. I hele perioden udregnes energiforbruget ud fra 15 minutters glidende middel. For at belyse omrørernes indflydelse på vandbevægelse, moniteres vandhastigheden samt iltkoncentrationen i luftningstankene. Som tidligere udregnes en 15 minutters glidende middel udfra de opnåede data. Slammets fordeling i tanken følges gennem forsøget, ligesom nitrat-, ammoniumog ortofosfat måles ved afløbet fra tanken. 27

28 Resultater Energibesparelse ved omlægning til hhv. intervaldrift og drift med kun 1 omrører Energiforbruget til de 2 omrørere i DN-fasen ligger på ca. 5,3 kw i perioder med kontinuerlig drift. Ved ændring af driften fra kontinuerlig til intervaldrift observeres et markant fald i kw-forbruget til under halvdelen af det oprindelige forbrug svarende til ca. 2,6 kw (Figur N4-17). Ved drift med kun en omrører i stedet er energiforbruget ca. 3,5 kw. På Viby Renseanlæg er der etableret 3 identiske bioreaktorer. Under antagelse af, at de fysiske forhold i alle tanke er identiske bruges der ca kwh/år til omrøring ved kontinuerlig drift med to omrørere i beluftningstankene. Ved intervaldrift vil forbruget være ca kwh/år, hvilket svarer til halvering af det årlige energiforbrug. Ved drift med kun én omrører vil energiforbruget falde med 1/3 til ca kwh/år 6 energiforbrug, kw Intervaldrift: Besparelse i kwh-forbruget på 66% Drift med 1 omrører: Besparelse i kwh-forbrug på 5% 1 Normal drift med 2 omrører Normal drift med 2 omrører 7:12 8:24 9:36 1:48 12: 13:12 14:24 15:36 tid, minutter Figur N4-17: Energiforbruget i 4 på hinanden følgende faser, hvor driften af omrørerne er: Fase 1: kontinuerlig drift med begge omrørere; Fase 2: intervaldrift; Fase 3: kontinuerlig drift med begge omrørere; Fase 4: kontinuerlig drift med 1 omrører. Vandbevægelse, ilt- og slamfordeling samt udvikling i næringsstoffer ved intervaldrift De sideløbende registreringer af vandhastighed viser, at en omlægning af omrørerdriften fra kontinuerlig til intervaldrift i DN-fasen, betyder et fald i 1 m dybde fra omkring 25 cm/s til omkring 15 cm/s (Figur N4-18). I 2 m dybde er vandhastighederne generelt højere end i 1 m dybde og falder fra ca. 35 cm/s til 2 m/s ved omlægning til intervaldrift. I begge dybder når vandhastigheden et 28

29 tilnærmelsesvis konstant niveau. Forskellene i niveauet ved både kontinuerlig og intervaldrift skyldes efter al sandsynlighed, at spildevandet tilledes i overfladen over hele ringkanalens endeflade og vil på den måde bremse vandstrømmen i de øverste vandmasser. De forskellige vandhastigheder synes at være en fordel for opblandingen i tanken, idet det vil skabe turbulens. Der registreres ingen væsentlige ændringer i ilt- og slamfordelingen i tanken ved omlægningen af omrørerdriften, ligesom der ikke kan registreres nogen effekter på processerne i tanken. Der er derfor ingen indikationer for, at renseprocessen vil blive forringet ved en evt. omlægning. Såfremt omrørerne er beskyttet med korrekt fungerende softstartere, vurderes det, at der ikke er hverken proces- eller udstyrsmæssige aspekter, der vil få nævneværdig betydning for anlægget set i relation til besparelsen på energiforbruget. Under N-faserne er der en vandhastighed på helt op til 6 og 7 cm/s, hvilket kunne indikere, at rotorerne sender vandet meget hurtigt rundt, men uden at få luften pisket tilstrækkeligt ned til bunden. Det er delvist blevet bekræftet af, at iltkoncentrationen falder mod bunden. Det bør undersøges, om dette ikke kan forhindres ved at installere prelleplader efter rotorerne vandhastighed cm/s Iltkoncentration mg/l :12 8:24 9:36 1:48 12: 13:12 14:24 minutter Vandhastighed, 1m Vandhastighed, 2m lltkoncentration, 1,5 m Figur N4-18: Udviklingen i vandhastigheden i hhv. 1 og 2 m dybde ved omlægning af omrørerdriften fra kontinuerlig til intervaldrift. 29

30 Kontinuert drift af en omrører Ved en omlægning af omrørerdriften fra kontinuerlig drift af to omrørere til kontinuerlig drift med kun én ses et tilsvarende fald i vandhastigheden i 2 m dybde (Figur N4-18). Der er imidlertid et mindre fald ved overfladen, hvor hastigheden kun falder til omkring 2 cm/s, og falder altså til samme niveau som i 2 m dybde. Der registreres ingen væsentlige ændringer i ilt- og slamfordelingen i tanken ved omlægningen af omrørerdriften, ligesom der ikke kan registreres effekter på processerne i tanken. Som i foregående forsøg er der derfor ingen indikationer for, at renseprocessen vil blive forringet ved denne omlægning. 8 1 Vandhastighed cm/s Iltkoncentration mg/l 9:36 1:48 12: 13:12 14:24 15:36 16:48 18: tid, minutter vandhastighed, 1 m Vandhastighed, 2 m Iltkoncentration, 1,5 m Figur N4-19: Udviklingen i vandhastigheden i hhv. 1 og 2 m dybde ved kontinuerlig omrørerdriften med én omrører. Konklusion på forsøg i alternerende anlæg På Viby Renseanlæg vil der kunne opnås en halvering af energiforbruget fra ca kwh/år til kwh/år, hvis omrørerdriften omlægges fra kontinuerlig til intervaldrift i DN-fasen. Ved omlægning til drift med kun én omrører i stedet for to vil energiforbruget kun falde med 1/3 til ca kwh/år. 3

31 Udfra forsøgene er det vurderet, at driften i begge tilfælde kan lægges om, uden at processerne påvirkes i nævneværdig grad. Ved en omlægning af driften vil der imidlertid ske et fald i vandhastigheden, men kun i en grad, der ikke synes at påvirke processerne. Forskellige vandhastigheder vertikalt i tanken under intervaldrift synes at være til en fordel for opblandingen i tanken, idet der ved dette skabes turbulens. Såfremt omrørerne er beskyttet med korrekt fungerende softstartere, vurderes det, at der ikke er hverken proces- eller udstyrsmæssige aspekter, der vil få nævneværdig betydning for anlægget set i relation til besparelsen på energiforbruget. Under N-faserne er der en vandhastighed på helt op til 6 og 7 cm/s, hvilket kunne indikere, at rotorerne sender vandet meget hurtigt rundt, men uden at få luften pisket tilstrækkeligt ned til bunden. Det er delvist blevet bekræftet af, at iltkoncentrationen falder mod bunden. Det bør derfor undersøges, om dette ikke kan forhindres ved at installere prelleplader efter rotorerne.. 31