Driftsresultater fra fremtidens energiproducerende renseanlæg i Egå. Dansk Vand konference. Det overordnede mål. 8.

Transkript

1 Driftsresultater fra fremtidens energiproducerende renseanlæg i Egå. Dansk Vand konference 8. november 2016 Lise K. Hughes Aarhus Vand & Bjarne Hjorth Petersen, EnviDan as Det overordnede mål Aarhus Vand ønsker at gennemføre en udbygning af Egå renseanlæg med henblik på at realisere den størst mulige energiudnyttelse fra et renseanlæg. Projektet er et led i Aarhus Vands strategi om at blive energi- og CO 2 - neutral. Det overordnede mål med udbygningen af Egå Renseanlæg er at opnå en elproduktion, der er 50% større end elforbruget og samtidig geninvinde 50% af den indkomne fosfor.. 1

2 Biologiskoverskudsslam SF Nye processer på Egå Renseanlæg Fra 4 til 3 procestanke med short-cut N-fjernelse (Kold Anammox) Rejektvandsbehandling med DEMON anammox processen Gaslager til 12 timer ved fuld last på motoren Biogasproduktion I rådnetank Energiproduktion med gasmotor og ORC, inkl. gasrensning Forfiltrering med 8 Salsnes filtere i ny bygning Fremtidens energiproducerende renseanlæg Nordlige Polymer 27 Bypass 27 Jernklorid Til Studstrupværket Ristestof Grease Ude af drift 17 Returslam Overskudsslam Anammoxslam 16 Sydlige og vestlige 6 Sand 25 RB Primærslam Rejektvand Eksternt slam El El og varme RT slam Primær vandflow Anammox slam Sekundært vandflow Slam Biogas Sand and grease Screenings Chemicals 1: Grov rist 2: Indløbspumpestation 3: Ristebygværk 4: Ristegodspresse 5: Sand- og fedtfang 6: Sandvasker 7: Salsnes filtre 8: Samletank 9: Anoxic tank (Bio-P tank) 10: Procestanke, Kold Anammox 11: Efterklaring 12: Sandfilteranlæg 13: Udløbspumpestation 14: Iltningstrappe 15: Hydrolysetank 16: Cyklon til selektering af Anammox bakterier 17: Forafvander 18: Rådnetank 19: Gaslagertank 20: Gasrensning 21: Gasmotor 22: Organic Rankine cycle 23: Buffertank 24: Slutafvanding 25: DEMON -tank 26: Buffertank 27: Kemikalietanke 2

3 Biologiskoverskudsslam Fremtidens energiproducerende renseanlæg COD-høst over Salsnes filtre Nordlige Polymer 27 Bypass Jernklorid Til Studstrupværket SF 1 4 Ristestof Grease Ude af drift 17 Returslam Overskudsslam Anammoxslam 16 Sydlige og vestlige 6 Sand 25 RB Primærslam Rejektvand Eksternt slam El El og varme RT slam Primær vandflow Anammox slam Sekundært vandflow Slam Biogas Sand and grease Screenings Chemicals 1: Grov rist 2: Indløbspumpestation 3: Ristebygværk 4: Ristegodspresse 5: Sand- og fedtfang 6: Sandvasker 7: Salsnes filtre 8: Samletank 9: Anoxic tank (Bio-P tank) 10: Procestanke, Kold Anammox 11: Efterklaring 12: Sandfilteranlæg 13: Udløbspumpestation 14: Iltningstrappe 15: Hydrolysetank 16: Cyklon til selektering af Anammox bakterier 17: Forafvander 18: Rådnetank 19: Gaslagertank 20: Gasrensning 21: Gasmotor 22: Organic Rankine cycle 23: Buffertank 24: Slutafvanding 25: DEMON -tank 26: Buffertank 27: Kemikalietanke Installation af 8 Salsnes Filtre 8 filtre, hver med en hydraulisk kapacitet på 250 m 3 /h ved maks. fjernelse Filterdug på 350 μm Filtrene holdes rene med en luftkniv og vaskes med sæbe (min. 1 gang pr. uge) Målet er kunne høste omkring 60% af den indkomne kulstof over Salsnes filtrene Primærslammet fra Salsnes Filtrene forventes at have et tørstofindhold på omkring 6-7 %, og pumpes direkte på rådnetanken uden forafvanding 3

4 Salsnes filterene på Egå Renseanlæg Spildevand fra sandfang til Salsnes filteret Spildevand fra Salsnes filtre Primær slam til rådnetank Spildevand fra sandfang til Salsnes filteret Spildevand fra Salsnes filtre Onlinemålere og prøveudtagere i primærtrin Princip for onlinemåling og prøveudtagning i primærtrin Primærslam til RT Salsnes filtre Prøveudtager SS måler COD måler NH4-N måler Sandfang Til procestanke 4

5 Drift af Salsnes Filtre Muligheder for styring af Salsnes filtre: 1. Hastighed på filtre (Niveau styrer hastigheden på filtrene) 2. Antal filtre i drift ( Hastigheden styrer antal filtre i drift, 1-8 stk.) 3. Mere eller mindre dosering af polymer (doseringen styres af online SS måler og flow) Indkøringen af rådnetanken er pt. bestemmende for hvor mange timer vi kan køre med Salsnes filtrene I eksemplet styres efter SS i indløbet Fokuspunkter i forhold til indkøring af Salsnes Filtre Vi er ved at lære hvilke håndtag der skal bruges hvornår. I vurderingen af styringen indgår bl.a.: Flow til Salsnes filter Online SS-måler i tilløbet Salsnes filtrene Online SS-måler og COD-måler i udløbet fra Salsnes filtrene Dosering af polymer SS-måler på primærslammet Udover de online parametre, holder vi bl.a. øje med: Alkalinitet/VFA i rådnetanken COD/N forholdet i tilløbet til biologien CODF/COD i indløbet Optimering ud fra Rensegrad, Energiforbrug og TS% i primærslam 5

6 Biologiskoverskudsslam SF Fremtidens energiproducerende renseanlæg Nordlige Polymer 27 Bypass 27 Jernklorid Til Studstrupværket Sydlige og vestlige 4 Grease Ristestof 6 Sand Ude af drift 17 Rådnetank og gassystem RB Primærslam Returslam Overskudsslam Anammoxslam Rejektvand Eksternt slam El El og varme RT slam Primær vandflow Anammox slam Sekundært vandflow Slam Biogas Sand and grease Screenings Chemicals 1: Grov rist 2: Indløbspumpestation 3: Ristebygværk 4: Ristegodspresse 5: Sand- og fedtfang 6: Sandvasker 7: Salsnes filtre 8: Samletank 9: Anoxic tank (Bio-P tank) 10: Procestanke, Kold Anammox 11: Efterklaring 12: Sandfilteranlæg 13: Udløbspumpestation 14: Iltningstrappe 15: Hydrolysetank 16: Cyklon til selektering af Anammox bakterier 17: Forafvander 18: Rådnetank 19: Gaslagertank 20: Gasrensning 21: Gasmotor 22: Organic Rankine cycle 23: Buffertank 24: Slutafvanding 25: DEMON -tank 26: Buffertank 27: Kemikalietanke Rådnetanketank og gassystem Rådnetank på ca m 3 Mesofildrift (39-40 ºC) Gaslager (1.800 m 3 ) til omkring 12 timers drift Gasrensning, Siloxa filter Gasmotoranlæg 355 kwe 6

7 Drift af rådnetank Den nye rådnetank er nu i drift og producerer biogas på basis af en blanding af det biologiske overskudsslam og primærslam fra Salsnes filtrene. Indkøringsplan for rådnetanken: Der er tilkørt 1300 m 3 rådnetanksslam fra. Marselisborg Renseanlæg til Egå renseanlæg for at få kick-startet udrådningsprocessen Gasproduktion Gasproduktionen følger pænt med op og ligger nu på Nm 3 /time hvilket svarer til 30-50% % af anlæggets kapacitet. Da koncentrationen af ammonium i rejektvandet fra slutafvandingen var oppe omkring 450 mg NH4-N/l (svarende til omkring 50 kg NH4-N/d), begyndte vi at indkøre DEMON-anlægget 7

8 Biologiskoverskudsslam SF Fremtidens energiproducerende renseanlæg Nordlige Polymer 27 Bypass 27 Jernklorid Til Studstrupværket Grease Rejektvandsanlæg Ristestof Ude af drift 17 Returslam Overskudsslam Anammoxslam 16 Sydlige og vestlige 6 Sand 25 RB Primærslam Rejektvand Eksternt slam El El og varme RT slam Primær vandflow Anammox slam Sekundært vandflow Slam Biogas Sand and grease Screenings Chemicals 1: Grov rist 2: Indløbspumpestation 3: Ristebygværk 4: Ristegodspresse 5: Sand- og fedtfang 6: Sandvasker 7: Salsnes filtre 8: Samletank 9: Anoxic tank (Bio-P tank) 10: Procestanke, Kold Anammox 11: Efterklaring 12: Sandfilteranlæg 13: Udløbspumpestation 14: Iltningstrappe 15: Hydrolysetank 16: Cyklon til selektering af Anammox bakterier 17: Forafvander 18: Rådnetank 19: Gaslagertank 20: Gasrensning 21: Gasmotor 22: Organic Rankine cycle 23: Buffertank 24: Slutafvanding 25: DEMON -tank 26: Buffertank 27: Kemikalietanke Rejektvandsbehandling Volumen er ca. 435 m 3 Kapacitet til en middelbelastning på 200 kg NH 4 -N/d Kontinuert tilledning og afledning af rejektvand, kapacitet 150 m 3 /d Teknologien er baseret på aktivt slam Processen styres ud fra ilt og ph 8

9 Princippet bag Anammox-processen Kvælstoffjernelse uden brug af kulstof og med et mindre energiforbrug Indkøring af rejektvandsanlægget Fase 1 Fase 2 Fase 3 Opvarmning af vand i rejektvandsanlæg Podning af rejektvandsanlæg - 60 m³ podeslam fra Marselisborg Renseanlæg Forøgelse af tilledningen med 5-10% pr. dag Hvis NH4-N stiger for meget er det et udtryk for at vi ikke kan nå at omsætte det. NO 3 skal stige, svarende til omkring 11% af ammoniumfjernelsen. NO 2 holdes under 20 mg/l. NH4-N fjernelse: 450 mg NH4/l *0, mg NH4/l = 198 mg NH4/l. NO3-N dannelse: 198 mg/l * 0,11 = 22 mg NO3/l. 9

10 Biologiskoverskudsslam SF Fremtidens energiproducerende renseanlæg Nordlige 2 3 Omlægning af proces i hovedstrømmen Polymer 27 Bypass Jernklorid Til Studstrupværket Ristestof Grease Ude af drift 17 Returslam Overskudsslam Anammoxslam 16 Sydlige og vestlige 6 Sand 25 RB Primærslam Rejektvand Eksternt slam El El og varme RT slam Primær vandflow Anammox slam Sekundært vandflow Slam Biogas Sand and grease Screenings Chemicals 1: Grov rist 2: Indløbspumpestation 3: Ristebygværk 4: Ristegodspresse 5: Sand- og fedtfang 6: Sandvasker 7: Salsnes filtre 8: Samletank 9: Anoxic tank (Bio-P tank) 10: Procestanke, Kold Anammox 11: Efterklaring 12: Sandfilteranlæg 13: Udløbspumpestation 14: Iltningstrappe 15: Hydrolysetank 16: Cyklon til selektering af Anammox bakterier 17: Forafvander 18: Rådnetank 19: Gaslagertank 20: Gasrensning 21: Gasmotor 22: Organic Rankine cycle 23: Buffertank 24: Slutafvanding 25: DEMON -tank 26: Buffertank 27: Kemikalietanke Onlinemålere i hovedprocessen Nye luftflowmålere Ny NO 2 /NO 3 måler Idriftsættelse af eks. Fosformåler, der har været ud af drift i flere år samt flytning af måler til indløbet. 10

11 Erfaringer med NO 2 måling i procestanken Kold Anammox ved implementering af EssDe -processen fra Grontmij/SWECO EssDE = Energy self sufficient by DEMON Hvorfor Kold Anammox: Mulighed for at drive den biologiske kvælstoffjernelse ved et lavere C/N-forhold Større COD-høst til energiproduktion Reducerer iltbehov med 40-70%. Hvis der er NOB er og O 2 tilstede dannes der Nitrat (nitrifikation), hvor efter der er behov for kulstof for at denitrificere. 11

12 Kold Anammox ved implementering af EssDe -processen fra Grontmij/SWECO Hvordan: Podning med anammox bakterier fra DEMON -anlæg Intermittent beluftning Streng slamalderstyring for at undertrykke væksten af NOB er (Nitrit Oxiderende Bakterier ). Overskudsslam med AOB er Overskudsslam med NOB er DEMONrejektvandsbehandling RB Anammoxslam Anammoxbakterier EssDe I hovedstrømmen Ved omlægning af processen på anlægget, går vi endvidere fra 4 procestanke til 3. Cykloninstallationen på Egå Renseanlæg På Egå installerer vi 5 cykloner, hver med en kapacitet på 10 m 3 /h Cyklonerne placeres inde i slamafvandingsbygningen ved forafvanderne. Excess sludge to pre dewatering Anammox sludge return to procestanks 12

13 Biologiskoverskudsslam Fremtidens energiproducerende renseanlæg Nordlige Polymer 27 Bypass 27 Jernklorid Til Studstrupværket Ristestof Grease 15 Ude af drift 17 Returslam Overskudsslam Anammoxslam 16 SF ORC og fjernvarmetilslutning Sydlige og vestlige 6 Sand 25 RB Primærslam Rejektvand Eksternt slam El El og varme RT slam Primær vandflow Anammox slam Sekundært vandflow Slam Biogas Sand and grease Screenings Chemicals 1: Grov rist 2: Indløbspumpestation 3: Ristebygværk 4: Ristegodspresse 5: Sand- og fedtfang 6: Sandvasker 7: Salsnes filtre 8: Samletank 9: Anoxic tank (Bio-P tank) 10: Procestanke, Kold Anammox 11: Efterklaring 12: Sandfilteranlæg 13: Udløbspumpestation 14: Iltningstrappe 15: Hydrolysetank 16: Cyklon til selektering af Anammox bakterier 17: Forafvander 18: Rådnetank 19: Gaslagertank 20: Gasrensning 21: Gasmotor 22: Organic Rankine cycle 23: Buffertank 24: Slutafvanding 25: DEMON -tank 26: Buffertank 27: Kemikalietanke ORC - Organic Rankine Cycle anlæg Et fuldautomatisk Organic Rankine Cycle anlæg (ORC), der omdanner 98 % af den termiske energi (udstødning fra gasmotor) til elektrisk energi og varme. Processen består af (1-2) Pumpning af drivmiddel (2-3) Ekstraktion af varme fra udstødningsgas (3-4) Udvidelse af drivmiddel til at generere akseleffekt El Ca. 90 C (4-1) Køling af drivmiddel Varme El Varme ORC består af : 1. Pumpe 2. Kedel / Fordamper 3. Turbine / Expander ( generator ) 4. Kondensator Ca. 70 C 13

14 Optimeret energiproduktion Varme 3 4 Fjernvarmenettet Varme 5 Rådnetank 1 Organic Ranking Cycle Gødning 7 El 6 2 Marker Elnettet Plan for den nærmeste fremtid Aktiviteter for de næste 6 måneder: Indkøring af N/DN processen i det biologiske hovedtrin ved det lavere C/N forhold der fremkommer ved fuld udtag af primærslam med Salsnes filtrene. Have konkluderet om det bliver nødvendigt at supplere polymer doseringen på Salsnes filtrene med jern eller andet, og have tilpasset processtyringen i det biologiske hovedtrin derefter. Proces- og energioptimere hele anlægget så det kan overholde de garanterede værdier ved N/DN drift og et C/N-forhold ned til 5,2. I driftssætte og indkøre ORC anlægget. Klargøre anlægget til den efterfølgende EssDe drift, som skal øge energi effektiviteten yderligere. 14

15 Hvad opnår vi? Med de igangværende om- og udbygninger forventer vi at kunne gå fra et elforbrug på omkring 30 kwh/år/pe til en netto-elproduktion på omkring 14 kwh/år/pe hvilket repræsenterer en netto-el-balance på omkring 150 %. Overskudsvarmen forventes solgt til fjernvarmenettet, således at vi samlet set forventer en nettoenergiproduktion på %. Vores mål om at genvinde 50% af den indkomne fosfor arbejder vi fortsat med og vi har i designet af anlægget fokus på, også at indtænke fosfor. Bachelor projekt tilknyttet Egå Renseanlæg Der udarbejdes et bachelorprojekt ved Ingeniørhøjskolen Aarhus Universitet i efteråret Projektet omhandler optimering af COD fjernelse fra råspildevandet vha. filter på Egå renseanlæg. Projektet skrives af kemiingeniørstuderende: Sofie Pagter B. Nielsen Maiken Bjørn Andersen 15

16 Tak for jeres opmærksomhed! Spørgsmål kan rettes til: Lise K. Hughes, Aarhus Vand as tlf Bjarne Hjorth Petersen, EnviDan A/S tlf