Optimalisert lufting for presis regulering og minimert energiforbruk

Behandling av spillvann står for en stor del av verdens totale energiforbruk, og siden energi er en verdifull og knapp ressurs, er det et fokusområde å optimalisere disse behandlingsprosessene. Det er mange måter å gjøre det på – fra å bare erstatte eldre utstyr med nye og mer energieffektive løsninger, til å dra nytte av avløpsvannet som en verdifull ressurs for energi. De organiske forbindelsene som fjernes under den biologiske behandlingen inneholder betydelige mengder kjemisk energi som kan brukes til å optimalisere behandlingsprosessene. Med kunnskapen og teknologien som er tilgjengelig, kan du faktisk sette opp energinøytrale – eller til og med energiproduserende anlegg.

Lufting er en viktig del av avløpsvannbehandlingen, og det er den mest energikrevende prosessen i renseanlegget. Optimalisering av denne prosessen er derfor et viktig skritt på veien til et energiproduserende anlegg.

Hva er lufting?

Lufting er prosessen med å legge til luft til en væske eller et stoff. Vannlufting betyr dermed å legge oksygen til vann eller øke oksygenmetningen, og det finnes en rekke forskjellige måter å gjøre dette på.

De vanligste metodene for vannlufting er vannfall- og luftdiffusjonsmetodene. Vannfall luftere bryter opp vannet ved hjelp av spray dyser for å øke sin kontakt med og dermed forbedre sin evne til å absorbere oksygen. Luftdiffusjonsluftere pumper derimot luft i vannet. Dette skaper små luftbobler som beveger seg gjennom vannet, og på denne måten øker vannets overflateareal som utsettes for luften [1].

Biologisk nedbrytning

Prosesser som fjerner forurensninger som fosfor, nitrogen og organiske forbindelser i renseanlegg for avløpsvann består vanligvis av trinn med mekanisk, biologisk og kjemisk behandling.
De fleste biologiske rensesystemer for avløpsvann inkluderer lufting som en del av prosessen.

Den biologiske behandlingen bruker naturlig forekommende mikroorganismer for å nedbryte forurensninger i avløpsvannet, og ved å tilsette luft til vannet, oksygen er en forutsetning for aerob biologisk nedbrytning av organiske stoffer. Biologisk nedbrytning vil bli en ekstremt treg prosess om ikke oksygennivået er tilstrekkelig. På den annen side kan for høyt oksygennivå føre til utslipp av N2O – en gass som er mer ødeleggende for miljøet enn CO2. Derfor er det viktig med en presis regulering av luftingen [2].

Fjerning av uorganiske forbindelser

I tillegg brukes luftingen i avløpsvannbehandling vanligvis for å redusere nivået av karbondioksid, ammoniakk og hydrogensulfid og for å fjerne f.eks. jern og magnesium ved oksidering. Selv om svovelforbindelser ikke nødvendigvis er skadelige, kan den potensielt svært dårlige lukten og smaken være en god grunn til å fjerne disse forbindelsene fra vannet. Metning av vannet med nitrogen og oksygen er tilnærmet med det som er i den omgitte atmosfæren som nesten helt fjerner CO2, hydrogensulfid og ammoniakk. Og som et alternativ til klor som et kjemisk desinfeksjonsmiddel, kan lufting effektivt fjerne mindre mengder svovelforbindelser, og både jern og hydrogensulfid kan effektivt oksideres for å konvertere jerninnhold til jern og for å redusere hydrogensulfid til atomsulfid.
Disse forbindelsene kan deretter fysisk filtreres fra vannet [1].

Nøyaktig regulering er viktig

Lufting er den mest energikrevende aktiviteten på et renseanlegg for avløpsvann, og denne prosessen står for opptil 50% av det totale strømforbruket ved anlegget [3].

På grunn av det høye energiforbruket blir lufting sett på som et av de mest kritiske trinnene for avløpsvannbehandlingen, og et godt utformet luftesystem påvirker direkte både effektiviteten og økonomien. Kontroll av lufteprosessen reduserer ikke bare energien som brukes til avløpsbehandling, det kan også redusere utslippene av CO2. Som allerede nevnt kan imidlertid energisparingstiltakene gi opphav til N2O-utslipp hvis prosessen ikke kontrolleres riktig. Dermed er en nøyaktig regulering viktig – ikke bare for økonomien, men også for miljøet.

AVKs løsninger

AVK tilbyr løsninger av høy kvalitet for å kontrollere lufteprosessen som kan føre til økt presisjon og minimert energiforbruk. Spesielt våre AVK Cyl skyvespjeldventiler med lineær elektrisk aktuatorer har vist seg å være effektiv for slike optimaliseringer.

Skyvespjeldventiler gir en mer presis regulering enn dreiespjeldventiler som tradisjonelt brukes i luftetankene, og våre skyvespjeldventiler med v-port gir enda bedre kontroll på grunn av v-port-utformingen som kan regulere væskemengden med høy presisjon. Bruk av våre skyvespjeldventiler som en del av lufteprosessen gir også en rekke andre fordeler. Skyvespjeldventilen har et kompakt design slik at den ikke tar opp for mye plass, og det krever mindre vedlikehold enn f.eks dreiespjeldventiler. De lineære aktuatorene bruker betydelig mindre energi sammenlignet med tradisjonelle elektriske aktuatorer, og vil dermed også bidra til betydelig reduksjon av energiforbruket ved avløpsbehandlingen.

Energiforbruk for lineære aktuatorer sammenlignet med tradisjonelle aktuatorer

DN150 AVK Cyl skyvespjeldventil med Linak lineær aktuator

• Mediet: luft
• Nominell effekt (målt): 72 W (3A x 24V)
• Tid for å åpne/lukke: 15 sek
• Energiforbruk - Linak aktuator: 72 B x (15 s / 3600 s / t) = 0,3 Wh
• Energiforbruk - tradisjonell aktuator: 370 B x (41 s / 3600 s / t) = 4,2 Wh

En Linak aktuator bruker 93% mindre energi enn en tradisjonell aktuator for en DN150-ventil

DN250 AVK Cyl skyvespjeldventil med Linak lineær aktuator

• Mediet: væske
• Nominell effekt (målt): 120 W (5A x 24V)
• Tid for å åpne/lukke: 22 sek
• Energiforbruk - Linak aktuator: 120 B x (22 s / 3600 s / t) = 0,73 Wh
• Energiforbruk - tradisjonell aktuator: 750 B x (68 s / 3600 s / t) = 14,2 Wh

En Linak aktuator bruker 95% mindre energi enn en tradisjonell aktuator for en DN250-ventil

Referanser: [1] GE Power & Water, Water and Process Technologies, Kapittel 04 - Aeration, [2] Bedreinnovation.dk, Effektiv urban vandinfrastrukturinfrastruktur og [3] Aarhusby , Prosjekt: Energitiltak i renseanlegg for avløpsvann