Optimizacija čiščenja na CČN Kranj
| Avtorji:: Ana Šivic, Blaž Bajželj, Komunala Kranj
Nadja Hvala, Darko Vrečko, Damir Vrančić, Institut “Jožef Stefan” (IJS) |
Prenovljena centralna čistilna naprava Kranj (v nadaljevanju CČN Kranj) obratuje od leta 2015 in dosega stabilnost v obratovanju, visoko stopnjo učinkovitosti čiščenja kot tudi 50 % soproizvodnjo električne energije in toplote iz bioplina. V letu 2021 se je Komunala Kranj kot upravljavec CČN Kranj, da optimizira proces čiščenja, vključila v ARIS projekt (SUPEROPTI), ki ga vodi Institut “Jožef Stefan”. Cilj projekta je določiti nabor kriterijev za celostno vrednotenje obratovanja čistilne naprave in ključne optimizacijske spremenljivke za izboljšanje delovanja ter optimizirati obratovanje. V nadaljevanju pa vse to v čim večji meri prenesti na uporabnike, med drugim CČN Kranj in s tem izboljšati učinke čiščenja, zmanjšati porabo energije in kemikalij ter izrabo strojne opreme.
Največji delež porabe električne energije na CČN Kranj predstavlja prezračevanje bioloških bazenov za potek nitrifikacije. V osnovi proces čiščenja z aktivnim blatom omogoča odstranjevanje organskega onesnaženja, celotnega dušika in celotnega fosforja. Ker je oksidacija energijsko bolj potratna, je potrebno glede na onesnaženost odpadne vode izbrati optimalno prostornino za prezračevanje (število bazenov) in v njih zagotoviti dovolj visoke koncentracije raztopljenega kisika. V ostalih bazenih poteka denitrifikacija, ki je energijsko bolj ugodna, omejujoči dejavnik pa je običajno vir ogljika. Nizka vsebnost nitratov pozitivno vpliva na biološko vgradnjo fosforja, zato je poraba železovega triklorida za obarjanja fosforja ob nižji koncentraciji nitratov manjša.
V okviru projekta so se od marca 2023 do marca 2024 izvajale aktivnosti za optimizacijo regulacije vpihovanja zraka (prezračevanja) v bioloških bazenih. Rezultati obratovanja v testnem obdobju od 1.12.2023 do 1.4.2024 primerjalno z referenčnim obdobjem 1.12.2022 do 1.4.2023 so predstavljeni v preglednici:
V testnem obdobju so vidni pozitivni učinki znižanja porabe energije predvsem za potrebe prezračevanja (puhala) na enoto vhodne obremenitve, kot je prikazano na spodnji sliki. Poraba energije za puhala se je zmanjšala za 17 % v primerjavi z referenčnim obdobjem. Zmanjšala se je tudi poraba železovega triklorida (FeCl₃), in sicer za 16 %. Prav tako se je za 22 % zmanjšala koncentracija nitratov v denitrifikacijskih bazenih. Pozitivni učinki so posledica vpeljanih ukrepov, kot so: izklapljanje puhal ob nizki obremenitvi, kontrolirano obremenjevanje dotoka z amonijevem dušikom in ustrezna izbira želene koncentracije kisika v bioloških bazenih kot tudi posledica menjave membran za vpihovanje zraka v bioloških bazenih.
Izklapljanje puhal je učinkovit ukrep, ki omejuje kisik v bioloških bazenih v času nizke obremenitve, izboljšuje denitrifikacijo in zmanjšuje porabo energije.
Obremenitev čistilne naprave z amonijevim dušikom je povečana zaradi centrata, ki nastaja pri obdelavi blata in vsebuje zelo visoko koncentracijo amonijevega dušika (750 do 1.000 mg/l). Delež centrata v vhodni obremenitvi na letnem nivoju je okoli 16%, dnevno v obdobjih dehidracije blata pa znaša 30 do 40%. Učinkovit ukrep za uravnavanje porabe energije je shranjevanje centrata in dodajanje na dotok v času nizke obremenitve. Na ta način se zmanjšajo konice vhodne obremenitve in s tem porabe energije, ki se prerazporedi iz višje v nižjo tarifo. Poleg ugodnih energetskih učinkov se s tem doseže tudi boljše učinke čiščenja z izkoriščanjem vira ogljika v odpadni vodi za odstranjevanje nitratov. Tehnološko bi lahko razmere še izboljšali s predobdelavo centrata.
Izbira želene koncentracije kisika v bioloških bazenih je zelo pomembna in ključno vpliva na delovanje celotnega sistema ter učinke čiščenja amonijevega dušika, celotnega dušika in celotnega fosforja. Poleg tega ključno vpliva tudi na porabo energije za prezračevanje.
Za dodatno optimizacijo delovanja in prilagodljivost sistema so potrebne dodatne meritve amonijevega dušika v bioloških bazenih in na podlagi tega nov izboljšan koncept regulacije amonijevega dušika.
