Díky několikafázové optimalizaci vyrobila v prosinci 2012 Čistírna odpadních vod (ČOV) v Plzni více elektrické energie, než sama spotřebovala. Píše o tom server www.vodarenstvi.cz s tím, že soběstačnost ČOV ve spotřebě energie se pohybuje mezi 85–90 procenty.

Spádovou oblastí pro ČOV je město Plzeň s počtem obyvatel 170 tisíc. Maximální kapacita ČOV je stanovena na 424 tisíc ekvivalentních obyvatel. ČOV Plzeň provozuje na základě nájemní smlouvy Vodárna Plzeň, patřící do skupiny Veolia Voda. ČOV Plzeň byla uvedena do provozu v roce 1996. V období říjen 2010 až únor 2012 pak byla vlastníkem, tj. statutárním městem Plzní, s podporou fondů Evropské unie, realizována celková intenzifikace ČOV. Jedná se o klasickou mechanicko-biologickou čistírnu s anaerobní stabilizací kalu. Součástí čistírny je kofermentace kalu a organických odpadů z pivovaru a využití bioplynu k výrobě elektřiny a tepla.

Roční maximum ČOV je nastaveno na 24 milionů kubických metrů přitékajících odpadních vod. Aktuálně čistírna zpracuje zhruba 52 tisíc kubických metrů denně, což ročně představuje 19 milionů m3 odpadní vody. Dlouhodobě klesá objem čištěných odpadních vod, což je spojeno zejména se snížením objemu průmyslových odpadních vod, vypouštěných do veřejné kanalizace, dále se změnami v množství a intenzitě dešťových srážek, a zároveň je to i důsledkem dlouhodobě klesající spotřeby pitné vody. Meziročně se objem odpadních vod snížil ve srovnání roků 2011 a 2012 o 9 %.

V plzeňských odpadních vodách je vysoký podíl organických, biologicky rozložitelných látek. Zatížení v parametru BSK5 pak představuje v průměru 22 600 kg BSK5/den. Až polovina organického znečištění pochází z čištěných průmyslových vod. Látkové zatížení za rok tedy představuje 8–8,5 tisíce tun BSK5 a má opět snižující se tendenci, meziročně klesá o 2,5 %. Ročně se na ČOV vyprodukuje 18 tisíc tun odvodněného kalu se sušinou 5 tisíc tun.

Čistírna odpadních vod v Plzni v současném perimetru byla uvedena do provozu v roce 1996. „Už od počátku byla součástí procesu čištění odpadních vod kogenerace, tzn. už od počátku v roce 1996 jsme vyráběli elektrickou energii. Dosahovali jsme cca 60 % energetické soběstačnosti,“ připomíná Ing. Zbyněk Bejvl, zástupce generálního ředitele a vedoucí úseku odpadních vod Vodárny Plzeň. Po osmi letech (v roce 2004) pak následovala optimalizace vyhnívání kalu.

Plzeňská čistírna pracuje na principu dvoustupňového termofilního vyhnívání a při optimalizaci bylo nutné zvýšit teplotu vyhnívání z původních 35–40 0C na 50–55 0C. Tím se dosáhlo lepšího prohnívání a uvolnění bioplynu. V té době celková energetická soběstačnost dosáhla 67 %. Při intenzifikaci ČOV v roce 2011 dále došlo k obnovení aeračního zařízení, tedy optimalizaci na straně spotřeby elektrické energie. V té době již byla aerace na hraně životnosti a procento využití kyslíku bylo nízké. Odběr elektrické energie u aerace je vůbec nejvýznamnější energetickou položkou ČOV. „V praxi je dobré zvážit kontrolu a návazně i obměnu zařízení vždy po 5–7 letech od spuštění, maximálně po 10 letech provozu,“ připomíná vedoucí úseku odpadních vod Bejvl. V případě Plzně došlo obměnou aeračních elementů k navýšení energetické soběstačnosti zhruba o 10 %.

Ondřej Beneš, obchodní ředitel Veolia Voda, přibližuje další fázi energetické optimalizace: „Konkrétně v Plzni byla rekonstruována dmychárna a vyměněny rozvody a všechny distribuční elementy v aktivačních nádržích. Energetická soběstačnost plzeňské ČOV v té době dosahovala v průměru 80 %.“ Distribuční elementy v aktivačních nádržích jsou tvořeny nosnou částí a pryžovou membránou s perforací o přesné velikosti a počtu na každý element. Membrána se při vpuštění tlakového vzduchu nafoukne a přes póry pronikají bublinky vzduchu do aktivační směsi v nádrži. Pružnost membrán se však po čase snižuje a přestanou se tvořit tzv. jemné bublinky o velikosti 1–4 mm. Malé bublinky jsou přitom výrazně efektivnější, mají totiž výrazně větší povrch pro vstřebání kyslíku než bubliny velké a nedochází ani k mechanickému namáhání vloček aktivovaného kalu. S dobou použití membrán póry bohužel zarůstají, což snižuje účinnost celého procesu. „V případě Plzně došlo k plošné výměně membrán, a to mělo zásadní vliv na zvýšení účinnosti dodávky a využití kyslíku,“ uzavírá Ondřej Beneš.

Dalším podstatným vlivem při optimalizaci procesu byla implementace řídicího systému WTOS (Water Treatment Optimalisation System). Jde o jedinečný systém řízení klíčových procesů při čištění odpadních vod v reálném čase, jenž je založen na online dohledu. Tento systém stabilizuje vybrané parametry a snižuje provozní náklady. Konkrétně sleduje množství rozpuštěného kyslíku v aktivační nádrži, sušinu kalu i obsah dusičnanů a amoniaku v několika zónách. Pomocí těchto veličin lze energeticky optimalizovat proces nitrifikace. Při nitrifikaci je nutné dusík převést z formy amoniaku částečně do formy dusičnanů a dusitanů a pak ho zpět denitrifikací zredukovat na plný dusík, který odejde do atmosféry. Z odpadních vod se na ČOV v Plzni, jako u všech ostatních komunálních ČOV, prioritně odstraňuje uhlíkaté znečištění, pocházející zejména od obyvatelstva, ovšem vysoký podíl mají organické uhlíkaté látky, obsažené v čištěných odpadních vodách průmyslových spotřebitelů. Toto organické znečištění se odstraňuje provzdušňováním, při němž vzniká CO2, který uniká do atmosféry, a biomasa v podobě nárůstu čistírenského kalu. „Tento proces na rozdíl od nitrifikace nelze zásadně zoptimalizovat,“ doplňuje Beneš.

Vzhledem k úsporám elektrické energie po intenzifikaci čistírny a poměrně stabilní a vysoké produkci bioplynu a elektrické energie na kogeneračních jednotkách (cca 7 000 000 kWh/rok) se čistírna dnes blíží hranici energetické soběstačnosti. „V intervalu listopad 2012 – únor 2013, kdy je zejména z důvodu nízké teploty odpadní vody menší spotřeba elektrické energie, bilance čistírny pravidelně přesahovala hranici soběstačnosti s maximem v prosinci 2012 rovnajícím se 113 %. Ročně se tak na elektrické energii ušetří provozní náklady ve výši zhruba 15 milionů korun. Na sledování a hodnocení procesu optimalizace ČOV v Plzni se podílí program Veolia Water2Energy. Další příklady využití můžeme najít v Budapešti či Braunschweigu,“ dodává Ondřej Beneš, obchodní ředitel Veolia Voda.

Vývoj energetické soběstačnosti a výroby elektrické energie

*údaje za období 01–06/2013

** Odhad energie za celý rok 2013 je prostým aritmetickým dvojnásobkem půlroční spotřeby.
Pozn.: Do porovnání nebyl zahrnut rok 2011, kdy probíhala intenzifikace, docházelo k výměně stávajících technologií a čistírna nepracovala s běžnou účinností odstranění znečištění. Porovnání spotřeb energií je provedeno dle nejnovějších dat za období leden – červen (v roce 2012 byla v tomto období ČOV Plzeň plně funkční, ale bez zprovozněného systém WTOS).

Zdroj: www.vodarenstvi.cz