Optimering af rådnetankanlægget på Søholt Renseanlæg

Optimering af rådnetankanlægget på Søholt Renseanlæg Martin Dam Bräuner AAMS 12-12-2014

Projekttitel: Optimering af Rådnetankanlægget på Søholt Renseanlæg Fagområde: Energi, optimering, Biogas Udarbejdet af: Dato Martin Dam Bräuner Studienummer: A11573 Semester: 9. Semester Projekttype: Bachelorprojekt Uddannelse: Maskinmester Uddannelsesinstitution: AAMS - Århus Maskinmesterskole Vejleder: Lektor, Poul Høgh Dato for aflevering: 12. december 2014 Antal Normalsider af 2400 tegn: 29,6 Forsideillustration: Foto af Søholt renseanlæg (Web 1, 2-2012)

Abstract There has been an increasingly focus on energy consumption in recent years, because changes in the climate have caused a development which also affects Denmark. The Danish Environmental Ministry and people in general have drawn their attention of making more efficient use of energy and not making unnecessary energy, in order to reduce possible human induced climate changes. The practical training and this report emerge from Silkeborg Spildevand A/S, which is a part of Silkeborg Forsyning A/S. Silkeborg Spildevand A/S is responsible for operation and maintenance of pumping stations and waste water treatment plants. On Søholt Renseanlæg, the biggest waste water treatment plant in the area of responsibility, there was built a treatment plant for sludge back in 2009. The treatment plant's main goal was to reduce the amount of sludge. In the process of reducing the amount of sludge, biogas is created. Biogas can be used as a fuel for energy production. On Søholt Renseanlæg there have been installed a gasmotor with a generator to produce electricity and heat, and a gas boiler also to produce heat. This bachelor report is built on Silkeborg Spildevand A/S s wish to focus on a possible better and more cost effective way to operate this sludge treatment plant, with the following problem statement: - How can the process of the sludge through the treatment plant be optimized? - How can the use of biogas for energy production be optimized? To answer the problem statement there have been made a plant description, an identification and an analysis of the sludge treatment plant based on present data. This analysis shows that it is possible to reduce the amount of polymer used in the process by installing instruments to make online measurements. After that, it is possible to dose the polymer from data measured by these instruments. Furthermore there is a doubt whether the disintegrator is working or not. The disintegrator has been stopped to map the difference over a period of six months to see if there is a difference. To optimize the use of biogas for energy production, there have been made three suggestions based on the analysis of the present situation: - Sell the overproduction of heat to district heating instead of pumping it through an emergency cooler.

- Invest in a bigger gas motor and sell the bigger amount of produced electricity instead of overproducing heat. - A combination of the two other suggestions, where more electricity and the overproduced heat is sold. The report concludes that it is possible to optimize the energy production, by using one of the three suggestions. All three suggestions have a reasonable payback time, and it must be up to Silkeborg Spildevand A/S to decide which suggestion fits best on Søholt Renseanlæg.

Indhold Forord... 1 Læsevejledning... 2 1. Indledning... 3 1.1 Silkeborg Spildevand A/S... 3 2. Problemformulering... 5 2.1 Problemanalyse... 5 2.2 Problemstilling... 5 2.3 Afgrænsning... 6 2.4 Metode... 6 2.4.1 Data indsamlet via SRO anlægget... 7 2.4.2 Data indsamlet via Kyoritsu 6300 datalogger... 8 2.4.3 Data indsamlet via Effektberegning... 8 2.4.4 Data indsamlet via de tekniske medarbejdere... 8 3. Anlægsbeskrivelse... 10 3.1 Søholt Renseanlæg... 10 3.1.1 Renseprocessen... 10 3.2 Rådnetankanlægget... 11 3.2.1 Opbygning og virkemåde... 11 3.2.2 Rådneprocessen... 15 3.2.3 Gaskredsen... 16 3.2.4 Gasmotoren... 17 3.2.5 Varmekredsen... 17 4. Anlægsanalyse... 19 4.1 Slammet i rådnetankanlægget... 19 4.2 Energiproduktionen... 21 4.2.1 Økonomi... 26 5. Forslag til forbedringer af slammets vej igennem rådnetanken... 28 5.1 Polymerdosering... 28 5.2 Disintegrator... 30 6. Forslag til forbedringer af energiproduktionen... 32

6.1 Løsningsforslag 1... 32 6.2 Løsningsforslag 2... 35 6.3 Løsningsforslag 3... 37 7. Konklusion... 39 8. Kilder... 41 8.1 Litteraturhenvisning... 41 8.2 Internethenvisning... 42 8.3 Figurhenvisning... 43 9. Bilag... 44

Forord Denne rapport udgør det afsluttende bachelorprojekt på maskinmesteruddannelsens 9. semester. Det 9. semester er det afsluttende semester på maskinmesteruddannelsen, og består af en praktikdel på minimum 10 uger, hvilket svarer til 50 arbejdsdage, samt udarbejdelsen af et studierelevant projekt. Semesteret afsluttes med en mundtlig eksamen med afsæt i dette projekt. Projektet er udarbejdet efter bekendtgørelsen om maskinmesteruddannelsen: "Dit bachelorprojekt skal omhandle en problemstilling, der er central for maskinmesterprofessionen f.eks. inden for områder som du var beskæftiget med i praktikken. Du skal på bachelorniveau demonstrere, at du kan identificere en relevant problemstilling fra praksis, og koble relevant teori og forskningsresultater med henblik på udvikling og optimering af praksis. Projektet skal præsenteres i en projektrapport på en hensigtsmæssig måde, som er i overensstemmelse med uddannelsens niveau, skolens studieordning samt Undervisningsplanen for bachelorprojektet." (Web 2, 12-2012) Praktikperioden har for mit vedkommende foregået hos Silkeborg Spildevand A/S, et datterselskab af Silkeborg Forsyning A/S. Silkeborg Spildevand A/Ser delt op i to afdelinger. Praktiktiden er foregået i produktionsafdelingen som beskæftiger sig med drift og vedligeholdelse af pumpestationer og rensningsanlæg. Søholt Renseanlæg er det største renseanlæg. Det er også her rådnetanken er. Under praktikdelen og i dialog med Anders Krogager (Maskinmester og driftsleder hos Silkeborg Spildevand A/S) blev det klart, at mit projekt skulle omhandle optimering af rådnetankanlægget på Søholt Renseanlæg, dette var også et ønske fra Silkeborg Spildevand A/S side. Der har løbende igennem projektforløbet været rådføring med medarbejdere på Søholt Renseanlæg samt sælgere og rådgivere fra forskellige virksomheder. Jeg vil specielt gerne takke følgende for deres medvirken til, at dette projekt har været muligt: - Anja Veldt, produktionschef hos Silkeborg Spildevand A/S. - Anders Krogager, driftsleder hos Silkeborg Spildevand A/S. Side 1

- Bente Pape Kofod, miljøtekniker hos Silkeborg Spildevand A/S. Selvfølgelig også en stor tak til alle medarbejderne i produktionsafdelingen hos Silkeborg Spildevand A/S for deres hjælpsomhed ved tilblivelsen af dette projekt, og fordi de har taget imod mig med åbne arme i min praktiktid. De har alle udvist en lyst til at videregive deres viden, både stort som småt. Læsevejledning Projektet er opbygget med kapitelinddeling. Kapitlerne er inddelt med tre typer afsnit: et hovedafsnit med et tal som betegnelse, for eksempel "3. Anlægsbeskrivelse", og et underafsnit med to tal som betegnelse, for eksempel "3.2 Rådnetanksanlægget", og til sidst et uddybende underafsnit med tre tal som betegnelse, for eksempel "3.2.4 Gasmotoren". Kildehenvisning i rapporten er placeret i parentes efter teksten, der henvises til. Hvis kilden er litteratur vil titel, sidetal og årstal for udgivelsen være angivet (Titel, side, mdr.-år). I tilfælde af, at kilden er en webside, vil der være en henvisning samt mdr.-år, eksempelvis (Web 3, 10-2013). De figurer der er henvist til i teksten er placeret løbende i rapporten med nummer under figuren, eksempelvis (Figur 1 - billedtekst). Nummeret på figuren er listet op 8.3 Figurhenvisning hvor kilden til figuren også er angivet. Henvisningerne til litteratur er listet alfabetisk op i 8.1 litteraturhenvisning, hvor yderligere informationer også fremgår. Henvisningerne til Websider er listet op efter nummer i 8.2 internethenvisning. Bilagene til rapporten er nummereret og vedlagt efter rapporten. For at opnå den fulde forståelse af rapportens indhold forventes det, at læseren har en vis indsigt i forskellige tekniske teorier indenfor spildevandsområdet samt bred teknisk viden opnået eksempelvis på maskinmesteruddannelsen. Målgruppen for denne rapport er primært vejleder og censor, såvel som ansatte på Søholt Renseanlæg. Rapporten er en teknisk rapport, der henvender sig til læsere med et grundlæggende kendskab inden for teknisk teori generelt. Derfor vil der ikke fremgå yderligere forklaringer til formler eller lignende. Side 2

1. Indledning Det følgende afsnit er en kort redegørelse af Silkeborg Spildevand A/S, deres arbejdsområder, mål og visioner samt deres arbejde med optimering af processer og slamhåndtering. 1.1 Silkeborg Spildevand A/S Silkeborg Spildevand A/S er et datterselskab af Silkeborg Forsyning A/S, hvor også Silkeborg Vand A/S, Silkeborg Varme A/S, Silkeborg Affald og Genbrug A/S og Silkeborg Erhverv A/S indgår som datterselskaber. Figur 1- Organisationsdiagram Silkeborg Spildevand A/S har til opgave at sørge for, at kommunens borgere og virksomheder kan komme af med deres spildevand, samt regnvand i bebyggede områder via byens kloaksystem og videre gennem rensningsanlægget, for derefter at udlede det til recipienten. Silkeborg Spildevand A/S har pr. 1. oktober 2014, 35 medarbejdere ansat. Organisationsplanen for Silkeborg Spildevand A/S er delt i to. Den ene er en planog projektafdeling, hvor der sidder 12 medarbejdere og varetager al ny planlægning vedrørende udstykninger og renovering af gamle kloakledninger. Den anden er en produktionsafdeling, som beskæftiger de resterende 23 medarbejdere inkl. en produktionschef og en driftsleder. Produktionsafdelingen er delt op i et transportteam og et renseanlægsteam. Transportteamets hovedopgave er drift og tilsyn med pumpe- Figur 2 - Silkeborg Spildevand A/S Side 3

stationer, regnvandsbassiner og overfaldsbygværker. Samtidig holder afdelingen tilsyn med ledningsnettet, så spildevandet kan blive ført sikkert ind til renseanlæggene for videre rensning. Renseanlægsteamets hovedopgave er drift og tilsyn med renseanlæggene, slamafvandingen og rådnetankanlægget. For at give et indtryk af Silkeborg Spildevand A/S størrelse og kapacitet, er her en række facts: Det samlede område for Silkeborg Spildevand A/S er hele Silkeborg Kommune. Det består af ca. 1.300 km Hovedledninger og ca. 800 km Stikledninger. Hvert år renser Silkeborg Spildevand A/S ca. 8.000.000 m 3 spildevand. Spildevandet renses på 15 renseanlæg beliggende rundt om i kommunen. Renseanlæggene er meget forskellige i størrelse og spænder fra små rodzone anlæg, til Søholt renseanlæg som er det største. Spildevandet transporteres til renseanlæggene af mere end 200 pumpestationer. Alene i 2013 blev der brugt 6.090 MWh el på transport og rensning af spildevandet. Rensningsanlæggene bruger 4/5 af energiforbruget og den resterende 1/5 bruges på transporten. Silkeborg Spildevand A/S kan fremhæve sig ved at have separeret over 68 % af kloaknettet i kommunen (Web 3, 1-2011). Dette giver over 100 regnvandsbassiner der skal føres tilsyn med. På baggrund af disse facts har der de seneste år været stort fokus på arbejdet med at reducere energiforbruget. En miljøredegørelse fra 2008 og den generelle holdning til brug af unødig energi har været bestemmende for denne energioptimering. Silkeborg Spildevand A/S har siden optimeret på de let tilgængelige områder, men motivationen for at nedsætte energiforbruget yderligere er ikke faldet, tværtimod. De store tunge motorer er blevet skiftet til nye energirigtige motorer, og de i forvejen skærpede krav til udledning af renset spildevand i naturen, har ledt til endnu bedre resultater på grund af fokus på forbedringer. I 2009 spurgte man sig selv: kan et renseanlæg ikke producere noget af den energi det selv er storforbruger af, og på den måde sikre miljøet samt spare masser af penge? Og kan mængden af slam, der er et restprodukt ved spildevandsrensning, som køres på landbrugsjord reduceres?. På foranledning af dette, blev det besluttet at etablere et rådnetankanlæg. I dette anlæg pumpes overskudsslammet fra renseprocessen ind i rådnetanken, hvor det udrådnes og på den måde producerer biogas. Biogassen bliver enten brændt af i en gasmotor hvor der produceres el og varme, eller i et gasfyr hvor der produceres varme. Samtidig reduceredes mængden af slam til deponi under produktionen af biogas med ca. 25 %. Side 4

2. Problemformulering Følgende afsnit omhandler den undren, der er opstået under praktiktiden, hvilket er formuleret i en problemstilling til videre analyse. Derudover fremgår det hvilke metoder, der er brugt for at kunne belyse disse problemer. 2.1 Problemanalyse I dag har man en formodning om at driften ikke er optimal på rådnetankanlægget, og man vil fra Silkeborg Spildevand A/S side gerne have dette belyst, hvilket også er beskrevet i miljøredegørelsens miljømål for 2014 som et fokuspunkt (Web 4, 2-2013). Ved slammets vej igennem rådnetanksanlægget er der nogle ting, som giver grund til undren. Blandt andet indstilles mængden af polymer ved både forafvanding og slutafvanding manuelt. Polymer er et dyrt, men nødvendigt produkt for god afvanding, hvilket er en stor faktor for reducering af slammængden, der køres på landbrugsjord. Kan man reducere mængden af dette, vil det skabe en økonomisk gevinst og en bedre afvanding af slammet. Derudover kører gasmotoren på nuværende tidspunkt fuld last, uden at kunne udnytte alt den producerede biogas. Den overskydende biogas brændes af i gasfyret, for ikke at lukke det ud i atmosfæren. Gasmotoren og gasfyret producerer på den måde varme. Varmen bruges til at holde temperaturen i rådnetanken stabil. Varmen bliver også brugt til bygningsopvarmning. Denne mængde varme er en nødvendighed for, at anlægget kan producere biogas og holde bygningerne opvarmet. På nuværende tidspunkt er der en overproduktion af varme i gasfyret. Denne overskydende produktion af varme pumpes igennem en såkaldt "nødkøler", som er en varmeveksler, hvor udløbsvand fra ilttrappen bliver sendt igennem. Derfor udnyttes den overskydende varmeenergi ikke. Silkeborg Spildevand A/S har fokus på at forbedre og optimere dette anlæg, så det er med til både at forbedre driftsøkonomien, men også mindske produktionen af uudnyttet energi. Dette kan dog være svært at gennemføre, når den daglige drift samtidig skal varetages. 2.2 Problemstilling På baggrund af problemanalysen, er der opstillet følgende problemstilling af projektet. Hvordan kan slammets vej gennem rådnetanken optimeres? Hvordan kan forbruget af biogas til energiproduktionen optimeres? Side 5

2.3 Afgrænsning I det følgende afsnit forklares en række præciseringer samt afgrænsninger for dette projekt. Afgrænsninger der dels bygger på opgavens udgangspunkt, hvad angår omfang og tidsramme, men samtidig sætter nogle rammer for det, der skal undersøges. Disse afgrænsninger har til formål at give bedre mulighed for at arbejde i dybden med de beskrevne elementer, frem for at behandle flere aspekter overfladisk. Projektet omhandler udelukkende produktionen af biogas på Søholt Renseanlæg, og løsningsforslagene kan derfor ikke direkte overføres til andre rådnetankanlæg. Derudover skabes der en del rejectvand ved slutafvandingen. Rejectvandet indeholder ammonium og fosfor, hvilket skaber en stor intern belastning på Søholt Renseanlæg. Der vil i rapporten ikke blive beskrevet nærmere, hvad der kan gøres for at undgå denne interne belastning, og hvilke problemer det giver for Søholt Renseanlæg. Der vil ligeledes ikke blive beskrevet hvad driftsøkonomien er på nuværende tidspunkt for hele rådnetankanlægget. Der vil udelukkende blive beskrevet økonomien i de nye mulige tiltag. Da det kun er løsningsforslag forfatteren beskriver, må det være op til de respektive personer som skal træffe den endelige beslutning, at inddrage alle aspekter. Forfatteren er endvidere klar over, at betegnelsen energi dækker over mange former for energikilder som for eksempel: solceller, vindenergi og olie. Der vil i denne rapport udelukkende blive kigget på optimering af de nuværende energikilder. 2.4 Metode Til analyse af opgavens problemstilling anvendes både kvalitative og kvantitative metoder. Der vil blive gået i dybden med hele processen for at kortlægge den så præcist som muligt. Dette vil foregå ved at indsamle viden og empiri til analyse af processerne i rådnetankanlægget samt energi produktionen, via observationer foretaget på stedet over en praktikperiode på ti uger, og via samtaler med de tekniske medarbejdere beskæftiget på Søholt Renseanlæg. Derefter er kvantitativt data indhentet via SRO anlægget for at kunne lave en analyse af det nuværende anlæg, denne data er valideret ved møder med de tekniske medarbejdere. Analysen skal være så detaljeret som muligt, og gå helt i dybden med processen for at kunne danne grundlag for de bedste optimeringsforslag. Optimeringsforslagene bygger på viden opnået ved interviews med leverandører og producenter af nyt Side 6

udstyr, samt møder med de tekniske medarbejdere og effektmålinger og effektberegninger. Dette er blevet sammenholdt med analysen for, at skabe et beslutningsgrundlag for hvilket løsningsforslag, der ville passe bedst i den givne situation. Rapportens opbygning er som følger: I kapitel tre beskrives opbygning og virkemåde af det nuværende rådnetankanlæg, og de processer som finder sted. Informationer omhandlende dette kapitel er indhentet via observationer og interviews med det tekniske personale, samt fra oversigtsbilleder på SRO anlægget. I kapitel fire beskrives analysen af det nuværende anlæg. Det er delt i slammets vej gennem rådnetankanlægget og energiproduktionen. Dette er baseret på empiriske informationer fra SRO anlægget samt beregninger ud fra disse informationer. Informationerne er blevet samlet i en massebalance og fremlagt for det tekniske personale for at afstemme korrektheden af disse informationer. Derudover bruges leverandørens manualer til informationer om komponenterne. I kapitel fem beskrives mulige forslag til forbedringer i slammets vej gennem rådnetankanlægget. De mulige forslag tager udgangspunkt i data indsamlet til analysen, som er beskrevet i kapitel fire og som giver grund til undren. Derefter er der lavet forslag til nye mulige tiltag med tilbud og vurderinger, samt data indhentet fra leverandører og egne effektmålinger. I kapitel seks beskrives mulige forslag til forbedringer i energiproduktionen. De mulige forslag tager udgangspunkt i data indsamlet til analysen, som er beskrevet i kapitel fire og som giver grund til undren. Derefter er der lavet forslag til nye mulige tiltag med tilbud og vurderinger, samt data indhentet fra leverandører og egne effektberegninger. Herunder beskrives de metoder, der er benyttet i rapporten. Formålet er at præsentere de anvendte metoder til opsamling af empiri, og ligeledes sikre validiteten af empirien. 2.4.1 Data indsamlet via SRO anlægget For at kunne holde øje med hele processen på Søholt Renseanlæg, har spildevandsafdelingen installeret et SRO anlæg som logger data opsamlet via PLC (Bilag 1). PLC'en indsamler data fra elmålere, varmemålere, analogt udstyr og mange andre enheder placeret Side 7

rundt på anlægget. Opsamlet data bruger det tekniske personale til hele tiden, at have muligheden for at kunne justere forskellige parametre i anlægget, med udgangspunkt i at få den bedst mulige rensning. Med SRO anlægget kan spildevandsafdelingen holde øje med energiforbrug og renseanlæggets historiske forbrugsmønstre på dags-, uge-, måneds- og årsniveau. Dette gør spildevandsafdelingen i stand til, at reagere hurtigt ved eventuelle afvigelser. For at sikre valide målinger bliver udstyret jævnligt kalibreret af eksterne firmaer, med ekspertise inden for de konkrete instrumenter. Ud fra dette vurderes brug af data opsamlet af SRO anlægget som en meget valid kilde til konkret data, dog ikke mere end usikkerheden på de konkrete målere. 2.4.2 Data indsamlet via Kyoritsu 6300 datalogger I denne rapport bygger data indsamlet om disintegratoren på effektmålinger lavet med en Kyoritsu 6300 energianalysator (Bilag 2). Dataloggeren bruges til at bestemme 3-fasede brugsgenstandes energiforbrug. Dataloggeren kan indstilles til, at logge på henholdsvis sekunder og minutter. I denne rapport er den indstillet til at logge for hver to sekunder henover et døgn, hvilket gør det muligt at kortlægge disintegratorens energiforbrug. Målingerne foretaget af dataloggeren kan vises i et kurveprogram på computeren. Ud fra denne kurve er der lavet effektberegninger som kan bruges i en samlet vurdering af disintegratoren. For at sikre en korrekt måling, er målingen udført ved forsyningstilslutningen. Metoden der benyttes er wattmeter metoden (Elektroteknik 2. s. 114, 2004). Dataloggeren vurderes at være valid såfremt den bliver kalibreret, hvilket den ikke er blevet siden indkøb. I forbindelse med målinger foretaget til denne rapport, er der lavet kontrolmålinger med et andet måleinstrument for at gøre dataloggeren valid, hvilket gav samme udslag. 2.4.3 Data indsamlet via Effektberegning Alternativ til data målinger vil være at lave effektberegninger på komponenternes energiforbrug eller energiproduktion. Disse beregninger laves ud fra kendte teorier og data oplyst på mærkeplader og datablade fra leverandøren. Disse data anses for at være middel i validitet på grund af usikkerheden i forudsætningerne, altså de oplyste data. 2.4.4 Data indsamlet via de tekniske medarbejdere Denne form for data bygger på den viden medarbejderne på Søholt renseanlæg har erfaret sig primært gennem mange års erfaring og løbende efteruddannelse. I denne rapport Side 8

er de tekniske medarbejderes data primært brugt til, at sammenholde data indsamlet på anden vis for, at validere dette yderligere. Denne data anses for at være middel i validitet, på grund af muligheden for medarbejderes egne holdninger kommer til udtryk. Side 9

3. Anlægsbeskrivelse I følgende afsnit er der en grundig gennemgang af Søholt Renseanlægs Rådnetank. Dens opbygning og virkemåde beskrives i dybden for, at skabe en grundlæggende viden for læseren, omkring hvad der kan gøres for optimering senere i rapporten. 3.1 Søholt Renseanlæg Silkeborg Spildevand A/S største renseanlæg hedder Søholt Renseanlæg, som ligger på Ege allé, meget centralt i Silkeborg by, lige ned til Silkeborg Langsø. Søholt Renseanlæg renser spildevand fra Silkeborg by og det nære opland. Søholt Renseanlæg har eksisteret siden 1950 erne, og var oprindeligt udelukkende et bundfældningsanlæg. Siden da er anlægget blevet udbygget over flere gange, blandt andet midt i 60 erne, igen i 1975 og i 1991 for at imødekomme de stigende krav til rensning af spildevand. I 2009 blev anlægget udvidet med en rådnetank, for at kunne spare penge på bortskaffelse af slam. I dag er Søholt Renseanlæg dimensioneret til en kapacitet på 99.480 PE (Bilag 3), og beskrevet som et MBNDKS anlæg. Det er en forkortelse med forbogstavet fra følgende ord: M= mekanisk, B= biologisk, N= nitrifikation, D= denitrifikation, K= kemisk fældning og S= sandfilter. Figur 3 - Renseproces Søholt Renseanlæg 3.1.1 Renseprocessen Dette afsnit er beskrevet ud fra observationer på Søholt Renseanlæg sammenholdt med grundlæggende teori omkring spildevandsrensning (Spildevandsteknik s.262, 1998 og Miljøteknik s. 22, 2006). I indløbet bliver spildevandet mekanisk renset. Først er der en steprist som sorterer alle de grove dele i spildevandet fra, såsom papir, bleer og vatpinde. Derefter igennem et sandfang, som deler sand fra ved bundfældning og fedt fra i toppen. Spildevandet graviterer (red. løber selv) så herfra videre ind i procestankene. Lige inden Side 10

indløbet til luftningstankene bliver spildevandet blandet med returslammet fra efterklaringstankene og rejectvandet fra slamafvandingen. I procestankene sker der en skiftevis iltning og en stille omrøring. Dette kaldes nitrifikation og denitrifikation. Processen omdanner ammonium til nitrat under nitrifikationen og til frit kvælstof under denitrifikationen. Beluftningen foregår ved hjælp af overfladebeluftning, som pisker ilt ind i processen, hvilket kaldes aerobe forhold. Ved denitrifikationen skal der ikke tilføres ilt, og processen holdes derfor kun i omrøring. Under denitrifikationen er der ingen ilt, men til gengæld nitrat til stede, og dette kaldes for anoxiske forhold. I luftningstankene fjernes samtidig fosfor. Dette foregår først under anaerobe forhold, det vil sige der hverken er ilt eller nitrat til stede, og derefter under aerobe forhold. Samtidig nedbrydes det organiske materiale. De forskellige forhold i processen skyldes, at de forskellige mikroorganismer lever og arbejder under forskellige forudsætninger. Når spildevandet er kommet igennem procestankene består det af slammet, som er et restprodukt fra selve renseprocessen, hvor mikroorganismerne er i. Dette ledes videre over i efterklaringstankene, hvor der sker en bundfældning af slammet. Slammet bliver herfra taget ud i bunden af tankene, og størstedelen pumpes retur som tidligere nævnt, for at udnytte mikroorganismerne igen. Resten af slammet er overskudsslam, der bliver pumpet over til rådnetankanlægget. Til sidst bliver dette afvandet i en centrifuge og afhentet af deponi som sælger det videre til udbringelse på landbrugsjord. Vandet fra efterklaringstankene løber igennem et sandfilter som filtrerer de sidste partikler fra. Derefter ledes vandet ned over en ilttrappe og direkte ud i Silkeborg Langsø. 3.2 Rådnetankanlægget Rådnetankanlægget på Søholt renseanlæg blev lavet i 2009. Formålet med anlægget var at reducere mængden af slam, der skulle bortskaffes efter afvanding. Slammet var dyrt at komme af med, og kunne man reducere denne mængde, ville der være en økonomisk fortjeneste. Derudover producerer anlægget biogas, som kan udnyttes til energiproduktion via en gasmotor eller et gasfyr. Observationer på stedet er sammenholdt grundlæggende teori omkring rådnetankanlæg (Drift af renseanlæg s. 351, 2000). I Bilag 4 er der vedlagt et PI diagram for at sammenholde opbygningen af rådnetanken visuelt med det herunder beskrevet. 3.2.1 Opbygning og virkemåde Slammet, som er bundfældet i efterklaringstankene, bliver taget fra, og størstedelen bliver brugt som returslam. Returslammet løber tilbage ind i luftningstankene, for at kunne udnyt- Side 11

te bakteriekulturerne i renseprocessen igen. Overskudsslammet, som er den resterende del af det bundfældede slam fra efterklaringstankene, bliver brugt til produktion af biogas. Overskudsslammet bliver pumpet ned i en koncentreringstank, som kan indeholde 800 m3. Der bliver gennemsnitligt taget 350 m3 overskudsslam ud af processen i døgnet. Dette tal varierer efter årstiden, da det om vinteren er nødvendigt at have mere slam i renseprocessen, da bakterierne er mere dovne. Overskudsslam, der tages ud af efterklaringstankene kaldes for bioslam, fordi det er blevet biologisk renset. Udover bioslammet fra Søholt Renseanlæg, bliver slammet fra Kjellerup Renseanlæg fragtet i tankvogne en dag om ugen til Søholt Renseanlæg og graviterer ned i koncentreringstanken. Der bliver gennemsnitlig fragtet 210 m3 slam fra Kjellerup Renseanlæg til Søholt Renseanlæg i ugen. I koncentreringstanken bundfældes slammet yderligere, for at opkoncentrere slammet. En skraber der kører rundt i koncentreringstanken, sikrer en ensartet tørstofprocent (TS) da der kan være forskel på slammet fra Kjellerup Renseanlæg og det fra Søholt Renseanlæg. Bioslammet i koncentreringstanken ligger på ca. 2,6 % TS. Bioslammet bliver pumpet fra bunden af koncentreringstanken og ind i forafvanderen. Forafvanderen er en tromleafvander, hvor slammet løber ind i den ene ende, og passerer gennem tromlen for at sortere vand fra, mens slammet får tilsat polymer. Polymeren bliver tilsat for at forhøje tørstofprocenten. Polymer er et stof med trådmolekyler, som trækker slammolekylerne til sig, for på den måde at lave afstanden mellem slammolekylerne mindre og dermed slammet tykkere. Herudover bliver vandet skubbet væk og derfor nemmere at si fra. Tørstofprocenten ud af forafvanderen skal være så stabil som mulig, for at sikre der ikke er for store ændringer i værdierne for slammet, da det i så fald vil gå ud over de metandannende bakterier i selve rådnetanken (se mere i afsnit 3.2.2 Rådneprocessen). Vandet fra slammet løber i kloakken og retur til indløbet af renseanlægget, for derefter at tage turen igennem processen en gang til. Slammet som er blevet afvandet igennem tromlen falder ned i en slamtank, som befinder sig under forafvanderen. Side 12

Figur 4 - Forafvander Slammet bliver pumpet fra slambuffertanken og ind i rådnetanken. På vejen er der mulighed for at blande fedt i slammet, som ligger i en fedttank ved siden af slambuffertanken. Her kommer tankvogne og læsser fedt af som de har afhentet hos for eksempel restauratørers fedtudskillere. Tanken kan rumme 23 m3 fedt. Tanken er under konstant omrøring og holdes varm med slam fra rådnetanken, som man pumper ind og blander med fedtet. Mængden af fedt som pumpes med slammet ind i rådnetanken er gennemsnitlig 1,3 m3 i døgnet, men ekstra kan pumpes ind manuelt. På vejen fra slambuffertanken ind i rådnetanken pumpes ca. 60 % af slammet igennem et disintegratoranlæg. Disintegratoranlægget har den funktion at ødelægge cellevæggene i slammolekylerne for, at gøre disse lettere tilgængelige for metan producerende bakterier i rådnetanken. Den virker ved at pumpe slammet igennem en dyse som øger trykket til 10 bar. Så begynder molekylerne at koge og cellevæggene nedbrydes. Derefter sænkes trykket i en ekspansionsventil og slammet kommer ned på atmosfærisk tryk og stopper med at koge, mens cellevæggene forbliver nedbrudt. Grunden til at man kun sender 60 % af slammet igennem disintegratoren er, at en større andel gør det sværere at afvande ved slutafvandingen. Side 13

Rådnetanken holder en temperatur på ca. 40 grader celsius. For at opretholde temperaturen er man nødt til at tilføre energi i form af varme. Det gør man ved at tage en delstrøm ud af rådnetanken og pumpe det igennem en vand til slam veksler, hvor varmt vand fra varmekredsen varmer slammet op. Slammet pumpes derefter tilbage i rådnetanken igen. Det er før vand til slam veksleren, bioslammet fra slamtanken bliver tilført rådnetanken. Det vil sige at inden det kommer ind i rådnetanken bliver det varmet op sammen med delstrømmen. Der bliver tilført gennemsnitlig 3 m 3 slam til rådnetanken i timen, og der pumpes 140 m 3 rundt i varmeveksleren i timen. Denne delstrøm af slam til opvarmning i vand til slam veksleren kan udtages i bunden eller midt på rådnetanken, dette gør, at der ikke kommer til at ligge noget slam som ikke er i bevægelse. Dette er skaktomrøreren også med til at gøre. Skaktomrøreren kan cirkulere begge veje og på den måde er den også med til at holde slammet i konstant bevægelse. Opholdstiden i rådnetanken ligger omkring 30 dage, bestemt af hvor stor en mængde der pumpes ind i rådnetanken. Søholt Renseanlæg har en tommelfingerregel for god drift af rådnetanken, nemlig at slammet skal have en så høj opholdstid, temperatur og tørstofprocent som muligt. Rådnetanken omdanner det organiske materiale til biogas, hvilket svarer til ca. 25 % af den samlede mængde. De resterende ca. 75 % graviterer over i slamlagertanken Det udrådnede slam graviterer fra rådnetanken over i slamlagertanken. Mængden der tages ud af rådnetanken, er den samme mængde som bliver tilført rådnetanken. På den måde holder man en bestemt opholdstid i rådnetanken. I slamlagertanken opholder slammet sig under omrøring indtil der er nok til at foretage slutafvanding. Tørstofprocenten er faldet efter udrådningen i rådnetanken og ligger derfor omkring 5,3 % TS. Slammet tages ud i bunden af tanken og blandes igen op med polymer for at øge tørstofprocenten allerede inden slutafvandingen. Slammet bliver herefter pumpet ind i en centrifuge der roterer med 3200 omdrejninger i minuttet, hvorpå vandet bliver presset ud. Slammet ender på en tørstofprocent mellem 23 % og 24 %, for derefter at blive transporteret over i en silo som bliver tømt af lastvogn efter behov. Vandet som bliver presset ud af slammet ved slutafvanding kaldes Rejectvand. Rejectvandet ledes ikke bare tilbage til indløbet, som det sker med vandet fra forafvanderen. Processen gør at ammoniumsindholdet og fosfor indholdet stiger i rejectvandet. Derfor bliver rejectvandet pumpet op i en tank, hvorfra man kan dosere det til procestankene, Side 14

samme sted som returslammet bliver tilført. Rejectvandet er en stor intern belastning i renseprocessen, og man vil derfor gerne manuelt kunne styre den belastning det giver i renseprocessen. Derfor doseres størstedelen af rejectvandet om natten, hvor der ikke er så stor belastning af anlægget. 3.2.2 Rådneprocessen Processen i rådnetanken nedbryder det organiske stof og omdanner det til biogas. Udrådningen af slam har flere formål. Det primære formål er, at reducere mængden af slamtørstof fra processen, hvilket er dyrt at bortskaffe. Derudover mindsker man lugtgener fra det afvandede slam og reducerer de smitsomme stoffer for menneske- og dyresygdomme, så slammet kan bringes på landbrugsjord. Samtidig dannes der biogas til energiproduktion. Gassen som dannes i tanken, opstår i 2 trin. De to trin sker under anaerobe forhold, det vil sige under forhold uden ilt. Første trin er syrestadiet, hvor syredannende bakterier nedbryder slammets svært nedbrydelige organiske materiel til let nedbrydelige organiske syrer. Bakterierne i syrestadiet er ikke særlig let påvirkelige overfor ændringer i rådnetankens miljø. Andet trin er metanstadiet, hvor metandannende bakterier omsætter den organiske syre til metan, kuldioxid og vand. I dette stadie dannes der også små mængder af brint, frit kvælstof og svovlbrinte. De metandannende bakterier er uhyre følsomme over for ændringer af miljøet. Selv små ændringer af for eksempel temperatur, ph-værdien eller slambelastningen, forringer deres evne til at danne metan af de dannede syrer. Dette er også problemet når en rådnetank koger over. Når de metandannende bakteriers vilkår forringes udnyttes de organiske syrer ikke. De syredannende bakterier er som sagt ikke særlig påvirkelige og fortsætter med at danne organiske syrer. Derfor er der mulighed for at phværdien falder så rådnetanken koger over. Biologisk fjernelse af organisk stof under anaerobe forhold i 2 trin. Første trin er syrestadiet og herefter metanstadiet: anisk + => anisk anisk + => 4 2 og H 2 O Opvarmede rådnetanke drives normalt efter to metoder, enten mesofil eller termofil. Mesofil proces køres normalt med en temperatur i rådnetanken på ca. 35 grader og med den temperatur giver det en opholdstid på ca. 30 dage, som siges at være den optimale tid, Side 15

hvorefter gasproduktion begynder at flade ud og der ikke produceres mere. Termofil proces køres normalt med en temperatur i rådnetanken på ca. 55 grader og med den temperatur giver det en opholdstid på ca. 12 dage. 3.2.3 Gaskredsen Gassen som dannes under processen, samles i toppen af rådnetanken. Herfra trykkes det ind i et rør, som føres igennem en kondensatbrønd. Her udskilles de kondenserede vanddampe, som måtte være i gassen, i en vandudskiller. Den nu tørre gas ledes til en gasballon, som fungerer som buffertank og samtidig sørger for en opblanding af gassen, så den har en ensartet kvalitet. Gasballonen er opbygget med en ydre ballon og en indre ballon. Det er i den indre ballon gassen opholder sig. Mellem den indre ballon og den ydre ballon bliver der blæst luft ind for at holde ballonen i samme form hele tiden, og samtidig skabes et tryk på den indre ballon så gassen presses videre ind i processen. Gassen kommer ind gennem en gasbooster, der skaber et jævnt tryk på gassen, så gastrykket er det samme ind i gasmotoren og gasfyret, hvilket giver den bedste drift. Derefter sidder der en Geopal måler der måler mængden af metan som passerer. Geopal måleren er det eneste sted hvor mængden af produceret gas måles. Hvis gasballonen overfyldes sidder der en overtryksventil i toppen, som sender gassen ud i luften. Efter gasboosteren føres gassen igennem et Siloxa filter. Siloxa filteret er et kul filter som optager svovlbrinte, og beskytter gasmotoren mod siliciumoxider på ventiler. Gassen bliver herfra fordelt til gasmotoren og gasfyret. Side 16

3.2.4 Gasmotoren Gasmotoren er en Man 100KW motor med en ABB generator på (Bilag 5). Den kører på biogas, og producerer el. På Søholt Renseanlæg sælges al strømmen til el-nettet, og derefter tilkøbes den strøm som skal bruges på hele anlægget, hvilket er mere end det producerede. Man har på den måde en økonomisk gevinst ved at reducere mængden af slam og udrådne det til gas. Derudover bruges varmen fra kølevandet på motoren og udstødningsgassen til opvarmning af vand i varmekredsen. Der kan produceres 125 KW varme på gasmotoren. I 2013 producerede motoren 764.730 KWh el. Figur 5 - Gasmotor 3.2.5 Varmekredsen Varmekredsen er et lukket rørsystem, der leverer varme til forskellige forbrugere. Gasmotoren producerer noget af varmen til varmekredsen. Derudover producerer et gasfyr resten af den varme der skal bruges. Den vigtigste forbruger af varme, er slamveksleren. Slamveksleren varmer det recirkulerede slam op, så man holder temperaturen stabil i rådnetanken. Slamveksleren er også den største forbruger af varme. Derudover bruger man også varmekredsen til at varme alle bygningerne på Søholt Renseanlæg op. I 2012 lukkede man forbindelsen fra fjernvarmenettet ind på renseanlægget, og derefter blev den producerede varme udnyttet i stedet for, hvilket er omkostningsfrit. Gasfyret producerer mere varme end nødvendigt til Søholt Renseanlæg, hvilket skyldes at når gasmotoren kører med fuld last, kan den kun bruge halvdelen af den producerede mængde gas. Den resterende mængde gas er nødvendig at brænde af i gasfyret, hvilket giver en overproduktion af varme. Brænder man ikke mængden af gas, er man nødt til at slippe det ud i atmosfæren, hvilket ikke er lovligt, da metan er skadeligt for ozonlaget. Overproduktionen af varme Side 17

bliver pumpet igennem en nødkøler, som er en varmeveksler der køler det varme vand ned med koldere vand fra ilttrappen, så i bund og grund bruges overskudsvarmen til at varme indløbsvandet op, hvilket er rent spild. Figur 6 - Varmekredsen Side 18

4. Anlægsanalyse Dette afsnit omfatter analysen af rådnetankanlægget. Data for anlægget vil blive kortlagt, for at kunne belyse behovet for optimering af anlægget, som beskrevet i problemanalysen. For at kunne belyse og optimere den undren og problemstilling, som kan være i driften af rådnetankanlægget, hvilket fremgår af problemanalysen, er det en nødvendighed at klarlægge data på den nuværende drift. I Bilag 6 er en oversigt over massebalancen for slammets vej igennem rådnetanken, og i Bilag 7 er oversigten over massebalancen for energiproduktionen på Søholt Renseanlæg. Først analyseres Slammets vej igennem rådnetanken og derefter energiproduktionen. Data som fremgår af analysen er baseret på middelværdier i 2013. 4.1 Slammet i rådnetankanlægget Til måling af slammet der kommer igennem rådnetankanlægget, er der placeret flowmålere, som måler flowet ind i koncentreringstanken, foran forafvanderen samt ind og ud af rådnetanken. Disse flowmålere er koblet op til SRO anlægget via et analogt signal som opsamles af en PLC. SRO anlægget bruger signalerne til at justere hastigheden på pumperne, og pumperne kan derfor styres via en pc koblet op til SRO anlægget. Samtidig logges alle værdierne, hvilket giver mulighed for at læse historikken for anlægget, og bruge dette til analyse. Derudover sidder der en tørstofmåler som måler tørstofprocenten på overskudsslammet ud af efterklaringstankene. De steder hvor der er placeret flowmålere, tager man manuelt prøver ud én gang i ugen og måler tørstofprocenten. Disse målinger bliver også manuelt ført ind i SRO anlægget, så man har mulighed for at holde værdierne op imod hinanden og på den måde regne mængden af tørstof ud ved de enkelte steder i anlægget. Der tages 10.737 m3 overskudsslam ud af renseprocessen hver måned. Dette overskudsslam har en tørstofprocent på ca. 1,2 %, hvilket svarer til, at der bliver pumpet 127,5 tons tørstof fra renseprocessen ned i koncentreringstanken. Der bliver også tilført 910 m3 slam fra Kjellerup Renseanlæg hver måned. De eneste målinger man har på dette slam, er hvor meget tankbilerne leverer hver uge. Medarbejderne på Søholt Renseanlæg vurderer, at dette slam har en gennemsnitlig tørstofprocent på ca. 3 %, men at dette kan svinge utrolig meget. Slammet fra Kjellerup Renseanlæg bliver blandet med overskudsslammet fra Søholt i koncentreringstanken. Denne tilførelse svarer til 27,3 tons tørstof hver måned. Fra Side 19

koncentreringstanken pumpes slammet ind i forafvanderen. Her måles en mængde på 4.864 m3 slam i måneden af flowmåleren, og den ugentlige manuelle prøve af tørstofprocenten ligger gennemsnitligt på 2,6 % TS. Dette giver 125,1 tons tørstof, hvilket ikke stemmer overens med den tilførte mængde på 127,5 + 27,3 tons tørstof. Efter dette er blevet belyst, er der blevet lavet en undersøgelse af dette problem, og man er kommet frem til to ting. Den ene er, at efter man skilte røret ad ved flowmåleren, viste det sig at det indeholdt en del sand, og flowmåleren derfor ikke målte de sande værdier. Den anden er, at tørstofprocenten i koncentreringstanken svinger utrolig meget på grund af slammet fra Kjellerup Renseanlæg, og samtidig måles tørstofprocenten kun en gang i ugen, hvilket ikke giver valide resultater. Efter forafvanderen ønskes en tørstofprocent på omkring 7,3 %. For at opnå dette tilsættes polymer til forafvanderen. Der foretages ikke måling af mængden af polymer der tilsættes, men mængden der indkøbes svarer til 1.600 kg i måneden. Da tørstofprocenten ikke måles, tilsættes dette manuelt ved at justere et potentiometer efter det visuelle indtryk af slammets tykkelse. Da slammet svinger meget i tørstofprocent og opsyn kun er muligt i arbejdstiden, vil doseringen af polymer ikke være optimal. Efter forafvanderen bliver slammet pumpet igennem disintegratoren og ind i rådnetanken. Inden slammet passerer disintegratoren bliver der tilført fedt. Fedtet bliver blandet med varm slam fra rådnetanken, og der doseres 91,25 m3 i måneden af denne blanding. Mængden af ren fedt i denne blanding er 39,2 m3. Fedtet er med til at booste gasproduktion i rådnetanken. Der bliver gennemsnitlig pumpet 2.111 m3 slam ind i rådnetanken hver måned, og 60 % af denne mængde bliver ledt igennem disintegratoren. Medarbejderne på Søholt Renseanlæg har lavet et forsøg ved at slukke for disintegratoren i et halvt år, da man havde en formodning om, at den ikke havde nogen effekt, og ud fra produktionen af gas i perioden er der ikke nogen umiddelbar forbedring. Mængden af tørstof der bliver pumpet ind i rådnetanken er 154 tons med en tørstofprocent på 7,3 %, som også er den ønskede værdi. Denne mængde stemmer overens med den mængde der blev tilført i første omgang. Glødetabet, som er den mængde omsættelige organiske stoffer der er i slammet i rådnetanken, er på 73 %. Det måles manuelt ved at udtage en prøve af slammet, som derefter vejes. Så sættes det i en glødeovn ved 550 grader i en time. Derefter vejes det igen og reduktionen i vægt er mængden af omsætteligt Side 20

organisk stof. I rådnetanken opholder slammet sig gennemsnitligt i ca. 30 dage, og temperaturen inde i tanken er gennemsnitligt 40 grader celsius. Efter opholdet i rådnetanken er slammængden reduceret til 2.089 m3 og tørstofprocenten er faldet til 5,1 %. Dette skyldes at, når slam udrådnes produceres der blandt andet vand, hvilket fortynder slammet. Det giver 107 tons tørstof, hvilket er en reduktion på 30 % af tørstofmængden. Glødetabet er 62 % efter udrådningen, hvilket er en reduktion på 15 %. I udrådningsprocessen bliver der produceret 43.900 m3 biogas. Biogassen består primært af to ting: 65,5 % CH 4 og 34,5 % CO 2. Da det kun er metan der kan afbrændes, regnes der kun med dette. Produktionen af metan er 28.776 m3 i måneden, hvilket svarer til 20.430 kg metan i måneden. Slammet pumpes videre ind i centrifugen for at reducere vægten af slammet, der skal køres på landbrugsjord. I centrifugen tilfører man igen polymer for at skabe en højere tørstofprocent. Der er heller ikke her måling af mængden af polymer der bliver tilsat slammet, men den indkøbte mængde svarer til 4.500 kg i måneden. Der er dog ikke et stort udsving i tørstofprocenten ind i centrifugen, som er på ca. 5,1 %, men mængden styres også her manuelt. Centrifugen afvander slammet til en tørstofprocent på ca. 23,1 %. Det giver ca. 450 tons slam i måneden, der skal køres til deponi. Og ca. 3.000 m3 rejectvand til genrensning. 4.2 Energiproduktionen Til måling af energiproduktionen på Søholt Renseanlæg buges der forskelligt udstyr. Måling af gasmængden, måles af en Geopal måler. Måleren sender et analogt signal til SRO anlægget, hvor data opsamles i et excell ark til videre bearbejdning. Til måling af varmeforbruget sidder der fire hoved energi målere, én i hver hoved kreds. Disse målere måler flowet på fremløbssiden og temperaturen på fremløb og returløb, ud fra dette kan energi målerne regne energiforbruget ud i de fire kredse. Energimålerne sender et digitalt signal for hver KWh forbrugt, til SRO anlægget, hvor disse data opsamles i et excell ark for videre bearbejdning. Da Søholt Renseanlæg er koblet fra fjernvarmenettet, og producerer sin egen varme, er der ingen af disse energimålere, der er afregningsmålere. Derudover sidder der en bimåler, for at kunne udspecificere varmeforbruget i administrationsbygningen. Denne bimåler fungerer på samme måde som hoved målerne, men der er dog ikke overførsel af data til SRO anlægget, så denne aflæses manuelt. Til måling af strømforbruget og strømproduktionen i rådnetankanlægget, sidder der to elmålere. Disse er begge to afregningsmålere og fjernaflæses af elværket. Den producerede el sælges til EL-nettet. Der- Side 21

efter køber man den mængde man efterfølgende skal bruge. Rådnetankanlægget bruger i gennemsnit 33.550 KWh el i måneden. Tager man hele Søholt Renseanlæg, bruges der 250MWh i måneden. Der bliver gennemsnitligt produceret 20.430 kg metan i måneden af rådnetanken. Mængden af biogas bevæger sig fra rådnetanken over i gasballonen og videre ind i gasboosteren. Gasboosteren laver trykket stabilt på 1,03 bar for at gasmotoren og gasfyret kan få et stabilt flow og tryk, hvilket skaber den mest optimale produktion af energi, og samtidig ikke laver unødig slidtage på gasmotor og gasfyr. Gassen bliver brugt i gasmotoren, som størstedelen af tiden kører fuld last. Den bruger ca. halvdelen af gasmængden. Resten af gassen skal afbrændes og derfor bruger gasfyret resten. Gasmotoren er en Man motor med en påmonteret ABB generator (Bilag 4). Gasmotoren er opgivet til at have en indfyret effekt på 272KW, i form af biogas som brændstof ved 100 % last. Ved 100 % last skal gasmotoren kunne producere 110KW el i generatoren og 138KW varme som afgives igennem kølevandet og udstødningsgassen. Udstødningsgassen bliver her kølet til 120 grader celsius. Dette giver en samlet produktion på 248KW (data fra producenten), og svarer til en virkningsgrad på: 248KW 100 91,5% 272KW På Søholt Renseanlæg producerer gasmotoren kun 100KW el i generatoren og 125KW varme teoretisk set, fordi der ikke køres fuld last. Dette giver en samlet produktion på 225KW, hvilket svarer til 90 % last, og den indfyret effekt er teoretisk 247KW. For at kunne se hvor meget metan gasmotoren bruger når den kører 90 %, hvilket svarer til 100 % på Søholt Renseanlæg da den ikke kan køre længere op, er det nødvendigt at omregne den indfyret effekt i KW til Kg metan. Brændværdien på metan sættes til 39,8 MJ/m3 og vægtfylden sættes til 0,75 kg/m3 (Web 5, 5-2014): Side 22

Q ind 247KW 247KW 3600s Qind 890MJh 1000 3 890MJh 3 CH 4 i m 22,36m h 3 39,8 MJ / m 3 3 22,36m h 24h 365d 3 CH 4 i m 16.322,8 m i mdr. 12 mdr. CH i kg 16.322,8m 0, 75 kg / m 11.589 kg CH i mdr. 3 3 4 4 Dette er den nødvendige mængde metan der skal til, hvis motoren producerede 90 % last 100 % af tiden. Dette er dog ikke tilfældet. Gasmotoren har været stoppet af flere årsager, blandt andet når der skulle foretages service på motoren, når kullene i Siloxa filteret skal skiftes og ved forskellige andre former for driftstop. Dette ender ud i, at man på SRO anlæggets rapporter om produceret el kan se, at den i gennemsnit kun har produceret 63.730KWh el per måned, hvilket svarer til 90KW el 100 % af tiden og 115KW varme 100 % af tiden. I praksis har gasmotoren brugt 10.100kg CH4 i måneden og produceret 63.730 KWh el. Varmen som gasmotoren og gasfyret producerer, sidder der ikke måler på, og man kan derfor ikke sige hvad den nøjagtige produktion er. Regner man med at forholdet mellem forbrugt metan og produceret el samt produceret varme, har gasmotoren produceret 83.950 KWh varme. Gasfyret er opbygget af en rørkedel og en gasbrænder. Vandet løber gennem rørene, og bliver opvarmet af en flamme lavet af gasbrænderen. Gasbrænderen er en CIB Unigas brænder model P61(Bilag 8), og er en progressiv brænder. Det vil sige, at den kan brænde ved forskellige styrker, og den nuværende brænder kan levere en effekt mellem 160KW og 800KW alt efter gasforbruget. Ved de viste effekter bruger brænderen mellem 17m3 og 56m3 metan i timen, Figur 7 - Gasfyr Side 23

hvilket svarer til mellem 12kg og 40kg metan i timen. Indstillingen på gasbrænderen på nuværende tidspunkt er 35 %. Det svarer til at, når brænderen er tændt leverer den en effekt på 280KW og det giver et forbrug på ca. 20m3 metan i timen, som svarer til 15 kg metan i timen. Da gasbrænderen skal brænde resten af gassen af, kører den på forskellige tidspunkter. Da der ikke er energimåler på den mængde varme gasfyret producerer, er det svært at give et helt klart billede af hvor meget energi den leverer til vandet. Selve kedlen er en Viessmann Vitoplex 200 (Bilag 9), og i databladet er der oplyst en virkningsgrad på 88 %. Gasfyret bruger derudover 1,6KW el til at drive blandt andet blæsemotoren og styringen. Varmekredsen leverer varme til hele Søholt Renseanlæg. Vandet i kredsen bliver opvarmet i gasmotoren og gasfyret, herefter ligger temperaturen på ca. 80 grader. Fremløbsvandet bliver herefter fordelt i 3 strenge. Den første og vigtigste er strengen til slamveksleren. Varmeveksleren til rådnetanken bruger gennemsnitligt 67.500KWh i måneden. Dette kan dog variere efter årstiden, og spændte fra 41.540KWh i september 2013 til 85.300KWh i marts 2013 (Bilag 1). Dette skyldes at temperaturen i rådnetanken altid skal holdes stabil for at skabe de bedste betingelser for mikroorganismerne i rådnetanken, men kuldepåvirkningen udefra skaber et stort spænd i forbruget af varme til opvarmning af slammet i rådnetanken. Dog er denne mængde energi en nødvendighed for at kunne have en rådnetank. Den anden streng er til opvarmning af selve maskinbygningen, som rådnetankanlægget er bygget op omkring. Bygningen blev etableret i 2009, og har et forbrug på gennemsnitligt 1.048KWh i måneden. Dette forbrug svinger også efter årstiden, fordi det kræver mere energi at opvarme i vinterperioden. Strengen føres ikke i en varmeveksler og der sker derfor intet tab der. Den tredje streng kaldes andre bygninger. Strengen går fra maskinbygningen over til de resterende bygninger på Søholt Renseanlæg, hvilket vil sige at den bruger de gamle eksisterende rør til at opvarme værkstedet, garageanlægget og administrationen. Inden strengen går ind i administrationsbygningen løber den igennem to varmevekslere og administrationen har derfor sin egen kreds med bimåler, men bliver varmet op af varmen fra streng tre. Disse bygninger bruger gennemsnitligt 23.733KWh i måneden og ud af det bruger administrationsbygningen ca. 3.400 KWh i måneden. Hvis ikke der er brug for varme i de tre strenge, er der på alle tre strenge mulighed for at køre bypass fra fremløbet til returløbet. Bypass og målere er placeret i maskinbygningen. Alle returløbene fra disse tre strenge føres så ind i fremløbet på den fjerde streng, som er nød- Side 24

køleren. Nødkøleren er en varmeveksler, hvor koldt vand bliver pumpet ind, og køler det varme vand ned. Nødkøleren bruges som en forbruger af den mængde varme der ikke bliver brugt, altså til at bringe temperaturen ned til et niveau hvor gasfyret og gasmotoren kan komme af med sin varme. Der kan også køres bypass på nødkøleren, hvis ikke det er nødvendigt at få temperaturen bragt længere ned. Som nævnt tidligere skal al gassen brændes af og derfor skabes en overproduktion af varme i gasfyret og gasmotoren. Der bliver brugt gennemsnitligt 31.600KWh per måned i nødkøleren. Her er der også en forskel på årstiderne, som afspejler de andre forbrugere. Returløbet fra nødkøleren føres igennem gasmotoren, hvor det bliver opvarmet via kølevandet og udstødsgassernes temperatur henimod de 80 grader, alt efter hvad temperaturen er inde i gasmotoren. Herefter pumpes det igennem gasfyret for at opvarme det eventuelle sidste stykke. På nuværende tidspunkt er der noget varme der ikke kan gøres rede for. Hvis man opsætter en balance for energiproduktionen fremgår det, at der enten er nogle store tab i gasmotorens varmeproduktion eller gasfyrets varmeproduktion. Brændværdien kan også sættes til 11,06 KWh/Nm3. (Web 5, 5-2014) Den mængde energi, som den totale mængde producerede gas kan lave, er: Q 3 20.431kg CH 11, 06 KWh / Nm 301.289, 2KWh 0,75 kg / Nm 4 metan 3 Denne mængde energi skal bruges af enten gasmotoren eller gasfyret. Gasmotoren producerer 63.730KWh el, og har ved denne produktion en indfyret effekt på 247KW. Derved bruger den: Q motor 11.589kg CH 11, 06 KWh / Nm 0,75 kg / Nm 3 4 3 170.900KWh Varmemængden der bliver produceret i gasmotoren er, som nævnt tidligere, svær at måle 100 % korrekt, da der ingen måler er på denne energimængde, men ud fra producentens opgivet data, er den på 83.950KWh. Efterfølgende er gasfyret nødt til at bruge resten, hvilket giver en energimængde på: Q 301.289, 2KWh 170.900 KWh 130.390 KWh fyr Side 25

I databladet for kedlen opgives det, at den har en virkningsgrad på 88 %. (Bilag 9) Dette giver en afgivet energimængde fra gasfyret på Q, 130.390 KWh 0,88 114.743 KWh fyr afgivet Der er som nævnt fire forbrugere på Søholt Renseanlæg: Slamveksler, Maskinbygning, Andre bygninger og Nødkøleren. Disse fire forbrugere bruger tilsammen: Q 67.500KWh 1.048KWh 23.733KWh 31.600KWh Q forbrug forbrug 123.881KWh Hvis man herefter lægger den afgivede varmemængde fra gasfyret og gasmotoren sammen, giver det: Q 114.743 KWh 83.950KWh 198.693 KWh afgivet Der er dog kun et forbrug på 123.881KWh per måned. Der er derfor: Q 198.693 KWh 123.881 KWh 74.812KWh i måneden, som der ikke kan diff redegøres for. Da man ikke har måling på varme produceret i gasfyret og gasmotoren som de eneste steder, er det her afvigelsen finder sted. Det har ikke været muligt at montere udstyr til måling af disse værdier, men forfatterens vurdering er, at det er gasmotoren som ikke producerer den mængde varme producenten foreskriver. 4.2.1 Økonomi På nuværende tidspunkt sælger Søholt Renseanlæg den mængde el der produceres i gasmotorens generator. Overskudsvarmen som produceres ledes igennem nødkøleren, og den resterende mængde producerede varme bruges internt på Søholt Renseanlæg til proces og rumopvarmning. Ved salg af energi i form af el eller varme produceret af brændsler, er der en del regler om afgifter og økonomi. I dette tilfælde producerer Silkeborg Spildevand A/S el til El-nettet ved hjælp af biobrændslet biogas. Når man snakker om afgifter, er reglerne bygget således op: Med biogas og el er det modtageren af "varen" der afholder alle afgifterne, hvorimod sælgeren skal afholde afgifterne for varmen. På nuværende tidspunkt er der derfor ikke forbundet nogle afgifter ved salget af el hos Silkeborg Spildevand A/S, men ved brugen af biogas er der nogle afgifter forbundet. Afgifterne ved brugen af biogas til energiproduktion består af metanafgift og Noxafgift. Side 26

Jf. lovbekendtgørelse nr. 321 af 4. april 2011 "Lov om kuldioxidafgift af visse energiprodukter", i 7 stykke 3 (Web 6, 4-2011) er alle biobrændstoffer der anvendes som motorbrændstof fritaget for metanafgift, dog ikke biogas der anvendes i stationære stempelmotoranlæg med en indfyret effekt på over 1000KW. Den nuværende gasmotor er på 272KW i indfyret effekt og derfor går Silkeborg Spildevand fri for metanafgiften. Jf. lovbekendtgørelse nr. 1072 af 26. August 2013 "Lov om afgift af kvælstofoxider" bilag 1, pkt. 17 og 18 (Web 7, 9-2013), er både motoranlæg og andet end motoranlæg, som benytter biogas som brændstof og med en indfyret effekt under 1000KW også fritaget for Noxafgiften, såfremt der Jf. 2 stykke 2 ikke foretages måling af noxudledningen. Så også i dette tilfælde går Silkeborg Spildevand A/S fri for afgiften. I 2008 blev det vedtaget at støtte brugen af biogas til produktion af el med en fast afregning på 74,5 øre/kwh. Dette fremgår af lov nr. 1392 af 27. december 2008, "Lov om fremme af vedvarende energi". Loven er ændret flere gange siden, og beskrives med alle nye detaljer på energistyrelsens hjemmeside (Web 8, 1-2014). Derudover blev det vedtaget at yde to pristillæg. Et på 26 øre/kwh og ét på 10 øre/kwh. Disse tillæg reguleres hvert år fra 2012 efter særlige regler i stigningen i nettoprisindekset. Det er Energinet.dk der håndterer afregningen og reguleringen af tillæggene. Udviklingen fremgår af Figur 4 (Web 9, 9-2014). Figur 8 - Afgiftsregulering Efter Figur 4 ses det at Silkeborg Spildevand A/S er blevet afregnet efter et beløb, som er 106,1 øre/kwh el produceret i 2014. I 2013 var beløbet 111,9 øre/kwh og ganger man det op i den producerede mængde energi i generatoren, giver det: Udbetalt 1,119 kr./ KWh (12 mdr. 63.730 KWh / mdr. 855.766,5 kr. Side 27

5. Forslag til forbedringer af slammets vej igennem rådnetanken Ud fra analysen er der skabt undren over hvordan nogle af tingene styres, og denne rapport vil prøve at give nogle forslag til hvordan der kunne forbedres nogle ting. Ud fra analysen af slammets vej gennem rådnetankanlægget, er der flere ting der springer frem. Polymer doseringen til både forafvanderen og slutafvandingen køres manuelt, hvilket skaber et unødvendigt opskruet forbrug. Der er også tvivl om disintegratoren har nogen effekt. Under praktiktiden ved Silkeborg Spildevand A/S, er der lagt fokus på disse problemer. Ud fra analysen af slammets vej igennem processen, kan man stille følgende spørgsmål til forbedringer: Kan styringen af polymer automatiseres? Kan man undvære disintegratoren? 5.1 Polymerdosering Polymer blev doseret manuelt og man brugte en tørstof prøve, der blev lavet én gang i ugen. Formålet med forbedringen var, at skabe et bedre overblik over tørstofprocenten og samtidig nedsætte polymer forbruget og øge produktionen af biogas. Der er lavet en løsning hvor man ved hjælp af online målere, måler tørstofprocenten konstant. (Bilag 10) Der er blevet rettet kontakt til firmaet Hach Lange (Web 10, 1-2014), som er specialister i måleudstyr til spildevandsindustrien. Tørstofmålerne som anbringes, er det samme produkt som bruges på resten af anlægget, hvor man har måling af tørstofprocenten. Blandt andet i efterklaringstankene og luftningstankene. For at disse tørstofmålere kan udnyttes, har man hos Silkeborg Spildevand A/S været nødt til at foretage nogle tiltag. Smedene på Søholt Renseanlæg har påsvejset en flange på røret, som fører slam ind i forafvanderen. Det samme er der gjort foran rådnetanken og foran centrifugen. Det er meningen at der skal tilsluttes en tørstofmåler i hver af disse flan- Figur 9 - Flange til tørstofmåler Side 28

ger, og derefter kobles tørstofmålerne op til SRO anlægget for at skabe en konstant online overvågning. Når man konstant får en online måling, kan man på denne måde styre polymerdoseringen til forafvanding og slutafvanding efter tørstofprocentens aktuelle niveau, hvor man tidligere doserede efter det visuelle indtryk i arbejdstiden. På nuværende tidspunkt er man nået dertil, hvor man har fået flangerne lavet og påsvejset. Man har lånt en tørstofmåler af Hach Lange, som står og måler på tørstofprocenten foran forafvandingen. Der er ingen online overførsel til SRO anlægget på denne føler, da der stadig forhandles om den rigtige pris på hele pakken. Tilbuddet er på to tørstofmålere, en til forafvanderen og en til slutafvandingen, og styringen til overførelse af målinger til SRO anlægget (Bilag 11). Man har fra Hach Langes side erfaringer fra opsat udstyr i England. Her har man kunne reducere polymerforbruget med 35 %, samtidig med, at biogasproduktionen er steget med 6 % på forafvanding. På slutafvanding har man på nuværende tidspunkt ingen erfaringer om mulige besparelser. Som tidligere nævnt er dette tiltag igangværende og man har derfor ikke noget målbart resultat endnu på Søholt Renseanlæg. Side 29

5.2 Disintegrator Disintegratoren er et redskab der skaber bedre forhold for bakterierne i rådnetanken, så de kan omdanne det organiske materiale til gas. Dette gøres igennem en dyse med højt tryk, hvor cellevæggene slås i stykker. Medarbejderne på Søholt Renseanlæg har over en periode haft en tvivl om effekten af denne anlægsdel. De stoppede disintegratoren og ledte alt slammet udenom og direkte ind i rådnetanken i en periode på seks måneder fra november 2013 til marts 2014, derefter startede man den op igen. Ud fra dataopsamling i perioden har man kunne lave en kurve over gasproduktionen i rådnetanken. Denne kurve viser umiddelbart ikke nogen tegn på, at produktionen af biogas i rådnetanken er faldet, se figur 10. Under praktiktiden blev der udført en måling af disintegratorens energiforbrug. Ud fra målingerne kan man se, at disintegratoren er tændt 17 timer i døgnet og bruger gennemsnitligt 19,2 A (Bilag 12). Til udførsel af målingerne er der brugt en energimåler af typen Kyoritsu 6300 datalogger (Bilag 2), og cos phi er vurderet til 0,95. Dette giver et energiforbrug på: Figur 10 - Kurve over gasproduktion i nedlukningsperioden Side 30

P 3 U I cos P 3 410V 19, 2A 0,95 P 12,95KW KWh 12,95KW 17h KWh 220,15KWh 220,15KWh 365d KWhi mdr. 6700 KWhi mdr. 12 mdr. Ud fra disse målinger har man valgt at kigge mere på dette forbrug, og om det er nødvendigt. På nuværende tidspunkt har man valgt at stoppe disintegratoren over en periode igen for, at kunne sammenligne de to resultater, og derefter træffe en beslutning om dette skal være permanent. Figur 11 - Disintegratoranlæg Side 31

6. Forslag til forbedringer af energiproduktionen Ud fra analysen af energiproduktionen er det tydeligt, at der er en stor produktion af energi, som ikke bliver udnyttet på en fordelagtig måde. Silkeborg Spildevand A/S efterspørger hvilke muligheder og tiltag der kan laves for at optimere energiproduktionen. Via observationer og interviews med de tekniske medarbejdere er der fundet nogle mulige forslag til forbedringer. I den nuværende situation producerer man en masse overskudsvarme. Denne overskudsvarme sendes gennem en nødkøler for at køle temperaturen på vandet ned, men i stedet kunne man åbne for hanen til fjernvarmenettet og køle på fjernvarme nettet, og på den måde sælge overskudsvarmen til fjernvarmenettet. En anden mulighed er, at producere mere strøm i stedet for overskudsvarme, og kun producere den varme der skal bruges i bygningerne og til opvarmning af rådnetanken. Strømmen sælges til El-nettet. For at kunne producere mere strøm, er det en nødvendighed at investere i en større gasmotor. En tredje mulighed kunne være at kombinere de to nævnte muligheder, ved at investere i en større gasmotor, sælge det el der kan produceres og derefter sælge overskudsvarmen til fjernvarmenettet. I de efterfølgende afsnit vil hver mulighed for tiltag blive beskrevet nærmere, for bedst muligt grundlag til at kunne træffe en beslutning om, hvad der skal foretages af optimeringer af anlægget. 6.1 Løsningsforslag 1 Uden at ændre på mængden af slam og fedt der bliver tilført rådnetanken, produceres der ca. 20.430 kg metan i måneden, som skal laves om til energi. På nuværende tidspunkt bruges en stor del af denne mængde gas til at producere el. Den resterende mængde gas skal derfor laves til varmenergi. Da Søholt Renseanlæg ikke kan bruge al denne varme, bliver meget af overskudsvarmen, som nævnt i analysen, bortledt i en nødkøler. En mulighed for at udnytte denne overskudsvarme ville være at sælge det til fjernvarmenettet. Som tidligere nævnt er der noget varme, der ikke kan redegøres for på grund af manglende måling. Denne mængde varme er medregnet som overskudsvarme i løsningsforslaget, for at have et realistisk billede af den mængde energi der kan udnyttes af gassen. Så mængden Side 32

af overskudsvarme vil være den producerede varme i gasmotoren og gasfyret minus det forbrug der findes i slamveksleren til opvarmning af maskinbygningen samt andre bygninger. Q Q Q Q Q overskud afgivet slamveksler maskinbygn. andrebygn. Q 198.693KWh 67.500KWh 1.048KWh 23.733KWh overskud Q 106.412 KWh / mdr. 12 mdr. 1.276.944 KWh / år overskud For at kunne sælge overskudsvarmen, er der nogle foranstaltninger der skal foretages. Der skal også besluttes om man vil sælge al varmen, og derefter købe det forbrug man har på Søholt Renseanlæg, eller om man vil bruge den nødvendige mængde varme på renseanlægget for så at sælge resten. For at gøre op med dette har man i løsningsforslaget sat salgsprisen op imod købsprisen på fjernvarme. Købsprisen for fjernvarme i Silkeborg Kommune A/S udarbejdes af Silkeborg Varme A/S, som også er et datterselskab af Silkeborg Forsyning A/S. Prisen ligger på gennemsnitligt 600 kr./mwh i 2014, hvilket også var gældende for 2013 (Web 11, 1-2014). Salg af varme til fjernvarmenettet vil være en pris der bliver forhandlet og regnet ud mellem de involverede virksomheder, altså i dette tilfælde Silkeborg Spildevand A/S og Silkeborg Varme A/S. Der kan derfor ikke gives en nøjagtig pris på salg af fjernvarme. Der er dog én virksomhed i Silkeborg, Silkeborg Krematorium, som i 2012 forhandlede sig frem til en salgspris af deres overskudsvarme på 236 kr./mwh. Ud fra denne pris menes det ikke at give mening at købe varme af fjernvarmenettet. I løsningsforslaget vil der arbejdes mod at benytte den varme der er nødvendig og derefter sælge det overskydende. Ved at bruge den pris Silkeborg Krematorium får for deres overskudsvarme, kan der laves en anslået pris ved salg af den overskudsvarme der produceres: Overskud 236 kr./ MWh 1.276,944 MWh 301.358,8 kr. I 2015 træder der nye regler i kræft angående afgifter på brugen af biogas til varmeproduktion. Tidligere har det kun været naturgas og bygas der har været omfattet af dette Jf. lovbekendtgørelse nr. 312 af 1. april 2011 "Lov om afgift af naturgas og bygas m.v.", men denne er blevet ændret ved lov nr. 555 af 2. juni 2014. I 2 pkt. 2 oplyses det, at det nu også gælder gas fremstillet på biomasse (Web 12, 6-2014). I 2 pkt. 3 oplyses det, at af- Side 33

giften fastsættes til 9,8 øre pr. Nm3 gas. I loven er der også oplyst at dette kun gælder for varmeproduktion, og der er derfor hos Silkeborg Spildevand A/S en friholdt mængde som går til produktionen af el. Derudover fremgår det også af loven, at der gives en refusion af afgiften for energi brugt ved procesvarme. Loven er stadig ny og alle ting er ikke faldet på plads. Ved brug af dette løsningsforslag går Silkeborg Spildevand A/S stadig fri for metan - og Noxafgift, da der hverken i gasfyret eller gasmotoren er en indfyret effekt på over 1.000KW. I Bilag 13 ses en detaljeret udregning af de samlede afgifter. Ved denne løsning giver det: Afgifter i alt sebilag x 13.289,75 kr./ år For at kunne sælge overskudsvarmen, skal der udbedres nogle installationer. Der skal blandt andet graves nye rør ned og laves nye installationer af pumper for at kunne sende varmen de rigtige steder hen. I 2012 blev der lavet et overslag på anlægsinvesteringerne, der vil gøre det muligt at sælge overskudsvarmen. Prisen er 780.000 kr. (Bilag 14) Den samlede fortjeneste ved at bruge denne løsning giver: Varmefortjeneste 301.358,8 kr. 13.289,75 kr. 288.069,05 kr. Ved salg af det el der produceres i generatoren sker der en regulering i 2015 på Energinets afregning, og den er ikke fastlagt endnu. Med den prisudvikling der har været siden 2012 vurderes satsen til samlet at blive 100 øre pr. KWh, hvilket giver en elfortjeneste på: Elfortjeneste 1,00 kr./ KWh (12 mdr. 63.730 KWh) 764.760 kr. Dette giver en samlet fortjeneste på: Indtjening ved energisalg 288.069,05 kr. 764.760 kr. 1.052.829,05 kr. Som tidligere nævnt er der dog nogle anlægsinvesteringer ved dette løsningsforslag, og det mest rigtige er, at det er varmefortjenesten der skal betale dette. Hvilket giver en tilbagebetalingstid på: 780.000, 00 kr. Tilbagebetalingstid 2,7År 288.069, 05 kr. Side 34

6.2 Løsningsforslag 2 Uden at ændre på mængden af slam og fedt der tilføres rådnetanken, produceres der ca. 20.430 kg metan per måned, som skal laves om til energi. Hvis man vil omdanne denne mængde gas til el, og kun den nødvendige mængde varme, er den nuværende gasmotor med generator ikke stor nok til at bruge al gassen. På nuværende tidspunkt bruger gasmotoren ca. 10.000kg metan og en stor mængde skal derfor brændes af i gasfyret. Man er derfor nødt til at kigge efter en større motor til formålet. Der er blevet hentet et tilbud hjem på en større motor (Bilag 15). Det er et tilbud fra firmaet Frichs A/S, som sælger små kræftværksløsninger. Tilbuddet er baseret på en Liebherr G936 Biogas Motor med en MeccAlte ECO synkron generator. Generatoren er mærket til at kunne producere en eleffekt på 202KW ved fuld last. Varmeeffekten der kan udnyttes, er angivet til 78KW i kølevandet og 125KW i udstødningsgassen, hvor man udnytter energien i udstødningsgassen ned til en temperatur på 120 grader. Den indfyret effekt er opgivet til 531KW ved fuld last. Hvis man omregner den indfyret effekt til kg metan, giver det: Q ind 531KW 531KW 3.600s Qind 1.911, 6MJh 1.000 3 1.911, 6MJh 3 CH 4 i m 48,1m h 3 39,8 MJ / m 3 3 48,1m h 24h 365d 3 CH 4 i m 35.113 m i mdr. 12 mdr. CH i kg 35.113m 0, 71 24.930 kg CH i mdr. 3 4 4 Denne mængde gas er ikke til rådighed ved den nuværende produktion i rådnetanken. Man kan vælge kun at køre på 85 % last, hvilket vil resultere i, at man vil få et forbrug af metan på 19.945kg i gasmotoren. Grundet den nedjusterede last kan gasmotoren kun producerer ca. 173KW el, og samtidig udnytte 65KW varme i kølevandet og 109KW varme i udstødningsgasserne. Man kan også vælge at øge produktionen af biogas i rådnetanken, ved at tilføre mere slam, fedt eller kulstof. Dette kan dog medføre en øget produktion af rejectvand, hvilket kan skabe problemer med den interne rensning i renseprocessen. Som tidligere nævnt, er den nødvendige mængde af varme som skal bruges gennemsnitligt 92.280KWh i måneden. Den nye gasmotor kan producere 148.190KWh varmeenergi i måneden ved fuld last og 127.020KWh varmeenergi ved 85 % last. Dette udgør mere end Side 35

den nødvendige mængde varme, og man kan derfor nøjes med at have gasfyret til at brænde den sidste rest af, hvilket svarer til ca. 3.000KWh i måneden samt som reserve ved nedbrud af gasmotoren. Der er også en opfattelse af, at hvis man kiggede på varmeforbruget i den streng der hedder andre bygninger, som er værkstedet, garageanlægget og administrationsbygningen, så ville det være muligt at nedbringe dette varmeforbrug betydeligt. Vurderingen af dette bygger på, at holdningen hos medarbejderne er, at det ikke har kostet noget og overskudsvarmen alligevel skulle bruges. Man har derfor ikke tænkt videre over at få lukket vinduer og døre, og så er der generelt et højt temperatur niveau. I løsningsforslaget regnes der dog med det aktuelle forbrug i 2013. Ved salg af den el der produceres i generatoren sker der en regulering i 2015 på Energinets afregning, som ikke er fastlagt endnu. Med den prisudvikling der har været siden 2012, vurderes satsen til samlet at blive 100 øre pr. KWh. Ved brug af dette løsningsforslag har man mulighed for at sælge mere strøm, og man vil derfor få en indtjening ved salg af el til Energinet på: Udbetalt 1,00 kr./ KWh (12 mdr. 126.290 KWh) 1.515.480 kr. Den overskudsvarme som bliver produceret, fordi forbruget ikke er stort nok i forhold til den varme den nye gasmotor producerer, bliver i dette løsningsforslag ledt igennem nødkøleren som procesenergi. Der er derfor ingen fortjeneste ved denne overskudsvarme udover reduktionen i energiafgift. Mængden af overskudsvarme udgør: Overskudsvarme (127.020 KWh 3.000 KWh) 92.280 KWh 37.740 KWh / mdr. I 2015 træder der nye regler i kræft angående afgifter på brugen af biogas til varmeproduktion, førhen har det kun været naturgas og bygas der har været omfattet af dette Jf. lovbekendtgørelse nr. 312 af 1. april 2011 "Lov om afgift af naturgas og bygas m.v." Denne er blevet ændret ved lov nr. 555 af 2. juni 2014. I 2 pkt. 2 oplyses det, at det nu også gælder gas fremstillet på biomasse (Web 12, 6-2014). I 2 pkt. 3 oplyses det, at afgiften fastsættes til 9,8 øre pr. Nm3 gas. I loven er der også oplyst at dette kun gælder for varmeproduktion, så der er derfor hos Silkeborg Spildevand A/S en friholdt mængde gas, som går til produktionen af el. Derudover fremgår det også af loven, at der gives en refusion af afgiften for energi brugt til procesvarme. Loven er stadig ny og alle ting er ikke helt faldet på plads. Ved brug af dette løsningsforslag går Silkeborg Spildevand stadig fri for metan - Side 36

og Noxafgift, da der hverken i gasfyret eller i gasmotoren er en indfyret effekt på over 1000KW. I Bilag 16 ses en detaljeret udregning af de samlede afgifter. Ved denne løsning giver det: Afgifter i alt sebilag x 2.267,54 kr./ år Ved dette løsningsforslag er der nogle anlægsinvesteringer. Tilbuddet på en ny gasmotor udgør 1.303.131kr. I dette tilbud indgår demontering og montering af ny gasmotor samt indkøring. Der vil dog være ekstra udgifter i forbindelse med opkobling til SRO anlægget. Dette er interne udgifter og fremgår derfor ikke af tilbuddet. Det samlede tilbud vurderes at blive på 1.500.000 kr. Dette giver en samlet indtjening på salget af el: Indtjening ved energisalg 1.515.480,00 kr./ år 2.267,54 kr./ år 1.513.212 kr. Hvilket giver en tilbagebetalingstid på: 1.500.000, 00 kr. Tilbagebetalingstid 0,99År 1.513.212, 00 kr. 6.3 Løsningsforslag 3 Uden at ændre på mængden af slam og fedt der bliver tilført rådnetanken, produceres der ca. 20.430 kg metan i måneden, som skal laves om til energi. I dette løsningsforslag tages der udgangspunkt i løsningsforslag to, men i stedet for at pumpe overskudsvarmen igennem nødkøleren etableres der, ligesom i løsningsforslag et, en rørforbindelse ud til fjernvarmenettet med henblik på at sælge overskudsvarmen. Salget af varmen foregår på samme måde som løsningsforslag et, men der er dog kun 452.025KWh varme med mulighed for salg. Dette giver en indtjening på: Overskud 236 kr./ MWh 452,025 MWh 106.678 kr. Dette skal dog justeres efter afgifterne, og da salg af varmeenergi ikke er procesvarme stiger afgifterne. Se Bilag 17 for nærmere udregning: Afgifter i alt sebilag x 5.617,96 kr./ år Den samlede indtjening er nu salget af el og varme minus afgifterne: Side 37

Indtjening ved energisalg (1.515.480 kr. 106.678 kr.) 5.617, 96 kr. 1.616.540, 04 kr. Der skabes dog anlægsinvesteringer for både gasmotoren og rørinstallationer anført i løsningsforslag et og to. Dette giver en samlet investering på: Anlægsinvestering 780.000 kr. 1.500.000 kr. 2.280.000 kr. Hvilket giver en tilbagebetalingstid på: 2.280.000, 00 kr. Tilbagebetalingstid 1,41År 1.616.540, 04 kr. Side 38

7. Konklusion For at kunne udarbejde løsningsforslag til, hvordan det er muligt at optimere rådnetankanlægget på Søholt Renseanlæg, er der først blevet lavet en anlægsanalyse samt kortlægning og analyse af rådnetankanlægget. Analysen er blevet delt op i to afsnit. Det ene afsnit omhandler analyse af slammets proces igennem anlægget. Det andet afsnit omhandler energiproduktionen. Analysen giver et klart billede af hvor på anlægget der skal sættes ind for at opnå en stor optimering og samtidig en økonomisk besparelse. Der er ud fra denne analyse, lavet nogle oplæg til forbedringer på anlægget. Disse oplæg er følgende: Ved at nedlukke disintegratoren kan man spare på energiforbruget. Ved at automatisere tilsætning af polymer, skabes der et grundlag for besparelse af mængden af polymer, der skal tilsættes og derved en økonomisk besparelse. Disse to oplæg bygger på analysen af slammets proces igennem rådnetanken, og uddybes her: Man har fra spildevandsafdelinges side en mistanke om at disintegratoren ikke har nogen effekt på slammet, og derfor overvejes den nedlukket. En energimåling og effektberegning viser at disintegratoren bruger 6.500KWh i måneden og på den foranledning har man truffet beslutning om, at den i en periode skal nedlukkes, for at skabe grundlag for en endelig afgørelse. Ved automatisering af polymertilsætningen forventer man at kunne nedsætte polymertilsætningen væsentligt. Der er hjemtaget et tilbud af automatiseringen, og de første indledende manøvre er taget for at lave den optimering. Leverandøren af produktet mener ud fra tidligere anlæg at kunne spare op imod 35 % af polymerforbruget. Ved at kigge på analysen af energiproduktion på Søholt Renseanlæg er der fundet frem til tre løsningsforslag til forbedringer: Man har ud fra den nuværende produktion af gas muligheden for at sælge en hel del overskudsvarme til fjernvarmenettet. Der skal dog laves nogle anlægsinvesteringer for at gøre dette muligt som ud fra et tilbud koster 780.000kr. Det giver en merindkomst ved salget på 288.069 kr. og denne løsning har derfor en tilbagebetalingstid på 2,7 år Dette anses for at være rimeligt at gennemføre. Side 39

En anden mulighed er ud fra den nuværende produktion af gas at investere i en større gasmotor, og på den måde at producere mere EL til salg og så kun producere den mængde varme der er nødvendig. Der er også nogle anlægsinvesteringer i forhold til indkøb af ny gasmotor som koster 1.500.000 kr. Ved at producere mere EL til salg giver det en merindkomst på 748.452 kr. om året. Dette forslag har derfor en tilbagebetalingstid på 2 år, hvilket også ses for at være en god investering og rimeligt at gennemføre. En tredje mulighed er at kombinere de første to forslag. Dette gør, at man både producerer mere El til salg og samtidig sælger overskudsvarmen til fjernvarmenettet. Ved dette forslag er anlægsinvesteringerne 2.280.000 kr. og merindkomsten ved både salg af mere EL og salg af overskudsvarme bliver 851.780 kr. dette forslag giver en tilbagebetalingstid på 2,7 år hvilket også er en rimelig tilbagebetalingstid. Ud fra disse økonomiske forslag er der fra forfatterens side ikke truffet en nærmere beslutning om hvilket forslag det skal være, men har overladt det til Silkeborg Spildevand A/S. Tilbagebetalingstiderne er meget ens og det er derfor svært at sige hvad der vil være den bedste løsning. Ved at kigge på merindkomsten kan man dog konstatere at over ti år vil løsningsforslag nummer tre give den største indkomst. Det konkluderes ud fra ovenstående derfor, at det kan lade sig gøre at optimere på rådnetankanlægget på Søholt Renseanlæg. Ligesom det også er blevet konkluderet hvordan denne optimering kan finde sted og projektets problemstilling; Hvordan kan slammets vej gennem rådnetanken, optimeres? Hvordan kan forbruget af biogas, til energiproduktion, optimeres? Må hermed anses for at være besvaret. Side 40

8. Kilder 8.1 Litteraturhenvisning Erik Petersen, Poul; Elektroteknik 2: 4. Udgave. Bogfondens forlag. 2004. ISBN 87-7463-276-0 Henze, Mogens. Petersen, Gert. Holm Kristensen, Gert. Jørgen Kjeldsen, Jørgen; Drift af renseanlæg: 2. Udgave. Den kommunale højskole. 2000 ISBN 87-7848-477-4 Nielsen, Jørgen; Miljøteknik: 5. Udgave, G.E.C. Gads Forlag. 2006 ISBN 87-12-03024-4 Winther, Leif. Henzens Morgens, Jørgen. Linde, Jens. Thorkild Jensen, H.; Spildevandsteknik: 3. Udgave. Polyteknisk Forlag. 1998 ISBN 87-502-0809-8 Side 41

8.2 Internethenvisning (Web 1, 2-2012) http://www.silkeborgforsyning.dk/s%c3%b8holt-renseanl%c3%a6g.aspx?id=2952 http://www.envidan.dk/forsyning/renseanl%c3%a6g/slambehandling.aspx (Web 2, 12-2012) https://www.retsinformation.dk/forms/r0710.aspx?id=144115 (Web 3, 1-2011) http://silkeborgsektorplaner.viewer.dkplan.niras.dk/dkplan/dkplan.aspx?cmsid=8913 (Web 4, 2-2013) http://www.silkeborgforsyning.dk/milj%c3%b8m%c3%a5l-2013-2014.aspx?id=3357 (Web 5, 5-2014) http://www.lemvigbiogas.com/viden.htm (Web 6, 4-2011) https://www.retsinformation.dk/forms/r0710.aspx?id=133858 (Web 7, 9-2013) https://www.retsinformation.dk/forms/r0710.aspx?id=157952#bil1 (Web 8, 1-2014) http://www.ens.dk/undergrund-forsyning/vedvarende-energi/bioenergi/tilskud-biogas (Web 9, 9-2014) http://www.energinet.dk/da/el/vaerker/sider/biogas.aspx (Web 10, 1-2014) http://www.hach-lange.dk/ (Web 11, 1-2014) http://www.silkeborgforsyning.dk/priser.aspx?id=3020 (Web 12, 6-2014) https://www.retsinformation.dk/forms/r0710.aspx?id=163484 Side 42

8.3 Figurhenvisning Figur 1 - Organisationsdiagram http://www.silkeborgforsyning.dk/koncernoversigt.aspx?id=3376 Figur 2 Silkeborg Spildevand A/S http://www.silkeborgforsyning.dk/spildevand.aspx?id=2343 Figur 3 Renseproces Søholt Renseanlæg http://www.silkeborgforsyning.dk/renseprocess-slambehandling.aspx?id=3364 Figur 4 - Forafvander Eget arkiv Figur 5 - Gasmotor Eget arkiv Figur 6 - Varmekreds Eget arkiv Figur 7 - Gasfyr Eget arkiv Figur 8 - Afgiftsregulering http://www.energinet.dk/da/el/vaerker/sider/biogas.aspx Figur 9 - Flange til tørstofmåler Eget arkiv Figur 10 - Kurve over gasproduktion i nedlukningsperioden Eget arkiv Figur 11 - Disintegratoranlæg Eget arkiv Side 43

9. Bilag Bilag 1: Bilag 2: Bilag 3: Bilag 4: Bilag 5: Bilag 6: Bilag 7: Bilag 8: Bilag 9: Bilag 10: Bilag 11: Bilag 12: SRO Data Kyoritsu 6300, Datalogger Udledningskrav Silkeborg Spildevand A/S PI-Diagram for rådnetankanlægget Data eksisterende Gasmotor Massebalance slammets proces Massebalance energiproduktion Data CIB Unigas brænder model P61 Data Viessmann Vitoplex 200 kedel Data Online tørstofmåling Tilbud Montering af ny tørstofmåling Kurve over disintegrators energiforbrug Bilag 13: Udregning afgift løsningsforslag 1 Bilag 14: Bilag 15: Tilbud vedr. anlægsinstallationer ifm. salg af varme Tilbud ny gasmotor Bilag 16: Udregning afgift løsningsforslag 2 Bilag 17: Udregning afgift løsningsforslag 3 Side 44