Energie – další parametr při čištění odpadních vod
Snížení provozních nákladů a mezi nimi i těch za energii se v současné době stává, vedle splnění legislativních požadavků, prioritou nejen pro uživatele domů, ale i pro provozovatele vodohospodářských a čistírenských infrastruktur. Pokles růstu ekonomiky, vzrůstající cena a spotřeba energie a stále přísnější nároky na kvalitu vyčištěné odpadní vody jsou jedny z hlavních faktorů vedoucích k tlaku na energetickou optimalizaci v našem oboru.
Obr. 1 Primární funkce sanitačních systémů
Koncepty zabývající se zlepšením hospodaření s energií jsou k dispozici a jeden z nich je detailně rozpracován např. v tzv. „městech budoucnosti“ (z anglického Cities of Future) [1] a zahrnuje vyjma optimalizace nakládání s energií i s tím spojené nádoby, např. recyklaci vyčištěné odpadní vody nebo recyklaci nutrientů. Někdy je možné se v této souvislosti setkat s akronymem NEW – nový přístup k energii (E), recyklaci vody (W) a recyklaci nutrientů (N). V duchu této filosofie se snaží důsledně postupovat i některé firmy. V ČR se k nim přidala a i v praxi se ji snaží naplňovat firma ASIO, spol. s r.o. a to nejen při dodávkách technologií, ale i rozšířením nabídky a úpravou stávajících výrobků.
Energetický pohled na ČOV a na odvádění odpadních vod obecně (možnost úspory energie, produkce energie)
Právě z hlediska udržitelnosti je v poslední době energetický pohled (hned po dodržení legislativních požadavků) preferován v celé řadě lidských činností, a tak je na čase, aby mu byla věnována větší pozornost i při čištění odpadních vod, neboť v nich je velký podíl energie. Říká se, že v komunálních vodách je až 9× více energie než je jí potřeba k jejímu vyčištění – v podstatě by tedy ČOV měla energii spíše produkovat než spotřebovávat. Současným cílem by však měla být alespoň minimalizace spotřeby, případně i energetická soběstačnost. Což by samo o sobě představovalo nemalé snížení provozních nákladů. Spotřeba energie totiž patří mezi významné provozní náklady na čistírnách odpadních vod a tvoří cca 15–30 % nákladů na větších čistírnách a 30–40 % na menších čistírnách [2].
Využít energii z vody však lze využít nejen na čistírnách odpadních vod, ale také v kanalizaci nebo přímo v budově. Viz získávání tepelné energie pomocí výměníku a přímý ohřev nebo ohřev s využitím tepelných čerpadel.
Druhy energie
Jak již bylo zmíněno, energetický obsah v odpadní vodě lze rozdělit na čtyři hlavní formy: chemickou, tepelnou, kinetickou a potenciální [5].
Tepelná energie
Množství tepelné energie obsažené v odpadní vodě je dána měrnou tepelnou kapacitou vody, které je přibližně 4,2 kJ/kg‧K nebo 4,2 MJ/m3 na 1 °C teplotní změny.
Hydraulická (kinetická a potenciální) energie
Potenciální energie je energie vodního sloupce a je rovna 9,8 kJ/m3 na metr výšky. Kinetická energie je rovna 0,18 kJ/m3 při rychlosti proudění 0,6 m/s.
Chemická energie
Chemická energie je energie obsažená v organické hmotě v odpadní vodě, nejčastěji vyjadřovaná ve formě chemické spotřeby kyslíku – CHSK v mg/l. Tchobanoglous [3] definuje potenciál chemická energie kalu v rozmezí 12–15 MJ/kg CHSK (13 MJ/kg CHSK v průměru).
Energetický pohled na ČOV (úspora a produkce elektrické energie)
Na čistírnách dochází k mnoha procesům vzájemné konverze mezi jednotlivými typy energií a to jak při jejich tvorbě, tak při jejich spotřebě a spolu s využitím externích zdrojů lze potenciál energetických úspor na čistírnách definovat následujícími způsoby:
- optimalizací technologického uspořádání a provozování,
- optimalizací přístrojového vybavení na čistírně,
- recyklací energie z vody,
- optimalizací získávání energie z biomasy,
- využitím obnovitelné energie.
Přičemž ideální je komplexní přístup, tak jak ho nabízí firma ASIO, spol. s r.o., úspory nebo lépe změny je třeba koordinovat tak, aby nezhoršovaly základní funkci, funkci čištění. K tomu slouží různé simulační programy. Překvapivé je, jak málo bylo této činnosti věnováno v minulosti úsilí a tak cca v 60 % realizovaných akcích byly zjištěny více než 30% možnosti snížení energetické náročnosti.
Recyklace tepelné energie z vody obecně
V současné době existují v některých zemích (např. Švýcarsko, Německo, Norsko) již aplikace na recyklace energie. Podle německé směrnice DWA M 114 [6] může být v Německu cca 10 % budov vytápěno pomocí energie z odpadní vody. Systém může být aplikován nejen v obytných nebo kancelářských budovách, ale i ve školách, nemocnicích nebo krytých bazénech.
Firma ASIO provedla řadu měření a ekonomických vyhodnocení pro různé lokality, ukazuje se, že návratnost investic do takových zařízení se pohybuje od 3 do 7 roků, v závislosti na velikosti objektu a dalších místních podmínkách. Asi nejvýhodnější investicí je pak spojení recyklace šedých vod a energie z nich.
Obr. 2 Lokalizace míst pro možnost odběru tepelné energie
Obr. 3 Schéma čištění šedých vod a využití tepelné energie z nich (ASIO)
Kinetická energie v potrubí
Mezi úplně nové možnosti, které je možno využít, je využití energie v potrubí, a to jak ve vodovodním, tak odpadním. Do potrubí se vsadí mezikus, který je koncipován jako malá turbínka, a ta produkuje elektrickou energii. Jsou i řešení využívající nejen kinetickou, ale i potencionální energii.
Závěr
Je nutné změnit celkový pohled na čištění odpadní vod. Na odpadní vodu by se nemělo pohlížet jako na odpad, ale jako na cennou surovinu a zdroj energie. Na čistírnu odpadních vod bychom se měli začít dívat jako na stavbu, která je schopna být i energeticky soběstačná a schopná využívat různé nové a alternativní zdroje energie, které byly doposud přehlíženy.
Pokud se domníváte, že i u Vás by šla energie z vody využít, kontaktujte nás – rádi Vám pomůžeme s vyhodnocením a konkrétním návrhem.
https://www.asio.cz/cz/energie-a-oze
Literatura
- [1] Novotný V., Brown P.: Cities of Future: Towards sustainable water and landscape management, 2006.
- [2] Ertl T., Kretschmer F., Plihal H., Weissenbacher N.: Critical review and feasibility study: Energy recovery in the area of wastewater collection and treatment, Vídeň, 2011.
- [3] Chudoba P., Beneš O.: Odpadní voda jako zdroj surovin a energie – technologické trendy.
- [4] Tornow M.: Abwasserpumpanlagen DWA Seminar: Abwasserpumpanlagen, Freiburg, 2010.
- [5] Lindtner S.: Leitfaden für die Erstellung eines Energiekonzeptes kommunaler Kläranlagen, Lebensministerium, Vídeň, 2008.
- [6] DWA Merkblatt M 114: Energie aus Abwasser – Wärme- und Lageenergie. Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e.v. Hennef, 2009.
Společnost ASIO TECH, spol. s r.o. a ASIO NEW, spol. s r.o. poskytuje komplexní dodavatelské služby v oblasti čištění odpadních vod, úpravy vod a čištění vzduchu.