Ilmastuksen energiankulutuksen ja typenpoiston optimointi Turun

Kakolanmäen jätevedenpuhdistamolla

Envieno, Turun seudun puhdistamo Oy,Pekka Vieno Esa Malmikare

Jouko Tuomi

Vesihuolto 2015

Pekka Vieno

KAKOLANMÄEN JÄTEVEDENPUHDISTAMO

Kymmenen kunnan omistama osakeyhtiö

AVL 300 000

keskivirtaama noin 90 000m3/d

aktiivilieteprosessi

Pekka Vieno

STRATEGIA – JATKUVA KEHITTÄMINEN

Laitoksen käyttö on kokoaikaista kustannus/tulokset/tehokkuus -optimointia

Resurssiviisaus, Turku ja Sitra 2015-2040

Itämerihaaste, Turku ja Helsinki 2014-2018

Toteutuneita ja meneillään olevia projekteja: Tulopumppauksen säätö 2010-2011

Ilmanvaihdon optimointi 2012-2013

Kemikaloinnin optimointi 2012-

Valaistuksen kehittäminen 2014-

Prosessimallinnus 2015-2016

Lämmön talteenotto 2015-

”Puhdistamo tuottaa energiaa enemmän kuin se käyttää”

Pekka Vieno

ENERGIANKULUTUS

ILMASTUS 6 111 948 kWhIV-SÄHKÖ 2 600 829 kWhTULOPUMPPAUS 2 080 663 kWhKEIRRÄTYS PUMP. 1 040 332 kWhESIKÄSITTELY 650 207 kWhVALAISTUS 520 165 kWh

yht. 13 004 145 kWh /a

ILMASTUKSESSA SUURI SÄÄSTÖPOTENTIAALI

Säästöt ohjaustavoista ja ilmamäärän optimoinnista

Hankkeen taustaaYleisesti käytössä oleva liukoisen hapen (DO)

pitoisuuteen perustuva kiinteä ilmastuksen ohjaus käytössä jo 70-luvulta.

Kirjallisuudessa viimeisen 15 vuoden ajalta paljon tutkimuksia tulevaan typpikuormaan perustuvasta ilmastuksen ohjauksesta.Käyttökustannussäästöjen raportoitu olevan 5-35

% verrattuna DO pitoisuuteen perustuvaan ohjaukseen

Online-ammoniumtyppianturien luotettavuutta on kuitenkin kyseenalaistettu.

Pekka Vieno

Hankkeen taustaa

Ruotsissa vesihuollon sähkönkulutus noin 1,5 TWh (=1 500 000 000 kWh), 1 % maan kokonaissähkönkulutuksesta

Tästä 25 % ilmastukseen, 375 000 000 kWh

Energiahinnalla 8 snt/kWh tämän kustannus on 30 M€

Säästöpotentiaali kansallisella tasolla 1,5 – 10,5 M€

Pekka Vieno

Hankkeen tavoitteetIlmastuksen sähkökäytön hyötysuhteen

optimointi, sekä

Ilmastukseen käytetyn ilmamäärän ja typenpoistotehon optimointi biologisessa prosessissa, sisältäen Modernien ioniselektiivisten ammoniumtyppiantureiden

suorituskyvyn todentamisen online –mittauksissa suoraan ilmastuksesta, ja

Energiankulutusta ja typenpoistoa optimoivan ohjausmenetelmän kehittämisen ja käyttöönoton Turun Kakolanmäen jätevedenpuhdistamolla.

Pekka Vieno

Uuden ohjauksen rakenneIlmastuksen ammoniumtyppipitoisuuden

perusteella asetetaan tavoitearvo liukoisen hapen pitoisuudelleAmmoniumtypen mittauspiste tai –pisteet tulee

määritellä tavoitteiden perusteella

Intensiteetin lisäksi ohjataan ilmastuksen tilavuutta

Ohjauksen yksi oleellinen tehtävä on automaattisesti mukautua vuorokausi-, viikko- sekä vuosisyklin vaatimiin ohjauksen muutoksiin

Pekka Vieno

NH4-N pitoisuuteen perustuva ilmastuksen ohjaus – hapen määrä

Pekka Vieno

KUVA: J.Lähde 2008

NH4-N pitoisuuteen perustuva ilmastuksen ohjaus – ilmastustilavuus

Pekka Vieno

KUVA: ysi.com

Käytännön kokeet Puhdistamon neljästä linjasta 1. ja 2. ovat kokemuksen

mukaan kuormaltaan ja käytökseltään lähellä toisiaan joten 1-linja valittiin testilinjaksi ja 2-linja referenssilinjaksi

Referenssilinjaa ajetaan perinteisillä säädöillä

1-linjan suorituskykyä verrataan 2-linjaan jolloin mahdolliset kuormamuutokset voidaan eliminoida koska vaikutus on sama molemmilla linjoilla

Pekka Vieno

Käytännön kokeetOhjausstrategian

suunnitelemiseksi tulee ymmärtää prosessin puhdistustehoLämpötila, lieteikä sekä

pH oleellisia happipitoisuuden lisäksi

Anturi asennettu 1-linjan 5. lohkon loppuun, kompromissi feedback ja feedforward -ohjauksista

Pekka Vieno

1 2 3 4 5 60.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

Ammoniumtypen pitoisuusprofiili ilmas-

tuksessa

18.12.2014 (vrk-min-imi)10.3.2015 (vrk-maksimi)

LOHKO

NH

4-N

[m

g/l]

NH4-N –anturin käyttökokemukset ovat olleet luottamusta herättäviä

Pekka Vieno

Signaali automaatioon ei ole vaatinut suodatusta eikä signaalissa ole käytön aikana 25.2.-4.5.2015 ollut häiriöitä

Anturi on varustettu paineilmapesurilla ja on säilynyt puhtaana käytön aikana (kuva)

Pekka Vieno

Automaation piirtämää kuvaajaa suodattamattomasta signaalista ja ilmastuksen ohjauskäyrästä

Pekka Vieno

Tulokset

Pekka Vieno

Pekka Vieno

Ennen ja jälkeen

Ilmamäärä -7 %Ammoniumtyppi -19%

1-linja = testilinja (musta)2-linja = referenssilinja (punainen)

Molemmat linjat perinteisellä ohjauksella

Testilinja uudella ohjauksella

Tulosten yhteenveto

Ioniselektiivinen ammoniumtyppianturi on mittausjaksolla toiminut moitteettomasti ilmastuksessa

Ohjaustekniikalla pystytään merkittävästi parantamaan sekä käyttökustannuksia että puhdistustehoa

Pekka Vieno

Yhteystiedot

Pekka Vienopuh. 040 7251893pekka.vieno@envieno.com

Esa Malmikarepuh. 040 712 6234esa.malmikare@turku.fi

Jouko Tuomipuh. 040 712 6242jouko.tuomi@turku.fi

Pekka Vieno