Jämförelse med hjälp av nyckeltal

I följande avsnitt relateras energiförbrukningen i biosteget till dess funktion genom användandet av nyckeltal från Tabell 2 där energiförbrukningen sätts i relation till hur mycket avloppsvatten som går genom bioblocket eller hur väl det renas.

Energiförbrukning per kubikmeter behandlad vattenmängd

Energiförbrukningen har satts i proportion till flödet, i Tabell 6 presenteras energiförbrukningen per kubikmetervatten som går genom bioblocket. Tabellen visar att bioblock A har den högsta

energiförbrukningen och bioblock B den lägsta.

Tabell 6: Energiförbrukning i förhållande till flöde (kWh/m3) under 2020.

Energiförbrukning (kWh/m3) Bio A Bio B Bio C

Blåsmaskiner 0,22 0,11 0,14

Pumpar 0,10 0,02 0,07

Omrörning 0,02 0,03 0,05

Skrapor 0,00 0,00 0,00

Totalt 0,33 0,16 0,26

I Figur 10 visualiseras värdena från tabell 6 i form av ett stapeldiagram. Den högsta energiförbrukningen motsvarar av den högsta stapeln i diagrammet.

Figur 10: Energiförbrukning för de olika bioblocken uppdelat i delprocesser i förhållande till flödet (kWh/m3) under 2020.

Energiförbrukning per renat kväve

I Tabell 7 redovisas hur mycket energi varje delkomponent förbrukar per kg renat kväve. Det framgår att både pumparna och blåsmaskinerna i bioblock A har en större förbrukning än B- och C-blockens maskiner.

Tabell 7: Energiförbrukning per kg-N för de olika bioblocken nedbrutet över delkomponenter och summerat per bioblock under 2020.

I Figur 11 syns det i stapeldiagrammet att energiförbrukning per kg-N är högst för bioblock A. Det framgår även att blåsmaskinerna står för en stor andel av energiförbrukningen.

Bio A Bio B Bio C

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 kWh/ m 3

Energiförbrukning (kWh/m3)

Blåsmaskiner Pumpar Omrörning Skrapor

Energiförbrukning (kWh/kg-N) Bio A Bio B Bio C

Blåsmaskiner 6,03 2,53 2,49

Pumpar 2,67 0,51 1,14

Omrörning 0,43 0,71 0,45

Skrapor 0,10 0,03 0,06

Figur 11: Energiförbrukning per kg-N uppdelat på delprocesser för de olika bioblocken under 2020.

4.3 Energieffektiviserande åtgärder

I detta avsnitt presenteras resultat erhållet från litteraturstudien som utfördes på

energieffektiviserande åtgärder. Tre åtgärder identifierades och analyserades enligt metod. De tre åtgärderna som togs fram var: optimering av luftning, optimering av omrörning och nyttjande av biprodukter.

4.3.1 Litteraturstudie för energieffektiviserande åtgärder

Litteraturstudien resulterade i 10 artiklar som uppfyller de avgränsningar som finns i metoden.

4.3.2 Analys av energieffektiviserande åtgärder

De olika texterna från litteraturstudien berör flera åtgärder som går att dela in i olika grupperingar beroende på vilket område de berör. De analyseras därefter enligt den analysmetod som beskrivs tidigare i rapporten.

Optimering av luftning

Från Figur 9, i det övre vänstra hörnet, framgår det att blåsmaskiner och luftningssteget förbrukar mest energi med 63 %. Detta var också det mest förekommande undersökningsområdet i rapporter. Åtgärder gällande luftning var huvudämnet i 70 % av de utvalda rapporterna och i flera studier nämns optimering av luftningssteget som en väl implementerad metod världen över. Optimeringen har utförts på många olika sätt men utifrån de rapporter som ingått i litteraturstudien var det

PI-Bio A Bio B Bio C

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 kW h/ kg -N

Energiförbrukning per kg-N uppdelat på delprocesser (kWh/kg-N)

reglering som undersöktes i majoriteten av dem och påstods enligt Åfeldt vara den absolut vanligaste (Åfeldt 2011).

Fördelen med en PI-regulator är att den kommer anpassa styrsignalen så att utsignalen över tid kommer bli lika med börvärdet. I rapporterna sätts ofta den syrehalt som kommer ge en gynnsam nitrifikation som börvärde. PI-regulatorn minskar den totala energiförbrukningen genom att anpassa blåsmaskiner till ett framtaget syrebörvärde och därmed undviker att det luftas för mycket eller för lite. En annan fördel är att metoden är väletablerad och används både i Sverige och Europa. Problemet med att använda en PI-regulator för syresättningen kan vara att blåsmaskiner saknar kapacitet att anpassa syrehalten till börvärdet och då uppstår ett reglerfel (Carlsson & Hallin 2010). För att ytterligare anpassa PI-regulatorn till ett specifikt reningsverk går det att ”trimma” de

inställningsbara parametrarna K och Ti. Detta gjordes i en studie vid Käppalaverket med

lambdatrimmning, som är en tumregelsmetod vilket kan behöva manuell justering för att fungera (Lundgren 2011).

En annan modell som undersöks i flera rapporter är MPC (Model Predictive Control) som är en mer avancerad metod än PI-regulatorn. Dess funktion är att minimera en kostnadsfunktion med en optimal styrsignal (Sun et al. 2019). I rapporten av Lundgren (2011) diskuterades resultatet av en simuleringsstudie av reningen av MPC och PI i en aktivslamprocess där MPC uppnådde en högre reningsgrad och ansågs vara mest kostnadseffektiv. När kostnad för implementering av en MPC-metod räknades in drogs dock slutsatsen att modellen snarare var ett alternativ för reningsverk med mycket hårdare utsläppskrav (Lundgren 2011).

Från rapporten av Sun et al. 2019 framgår det att avancerade algoritmer håller på att bli den nya standarden för framtidens reningsverk. Av dessa algoritmer är det MPC som är vanligast och har visat på bäst reningsgrad kopplat till energiförbrukning (Sun et al. 2019).

Optimering av omrörning

Ett annat område som berördes i artiklarna är omrörning. Det framgår även från Figur 9, i det övre vänstra hörnet, att 12 % av den totala energiförbrukningen kommer från omrörare. I en studie av Füreder et. al (2018) påstås det att omrörare går att optimera för att minska deras energiförbrukning med upp till 49 %. I studien påvisas det att en effektiv omrörning inte beror på ett medelvärde av omrörningshastigheten utan snarare på maxvärden och frekvensen av dessa toppar. Studien visade på en betydelsefull minskning av energiförbrukning genom impulsiv omrörning där omrörare körs på maxkapacitet i intervaller i jämförelse med en kontinuerlig luftning där luftarna inte stängs av (Füreder et al. 2018).

För att den här typen av teknik fortfarande ska hålla en hög reningsgrad är det viktigt att övervaka slam- och nitratkoncentrationer i utflödet. Samt att den impulsiva omrörningen avbryts under höga kvävekoncentrationer. (Füreder et al. 2018).

Nyttjande av biprodukter

Energieffektiviseringsåtgärder går att genomföra på två vis. Det ena är att minska

kan optimeras för att producera biprodukter. Som i detta fall slam som används i produktion av biogas.

I rapporten berörs flera olika sätt att optimera processen i ett reningsverk och att på så vis ta vara på energi. Rapporten ger två tydliga exempel på när reningsverk med en aktivslamprocess producerar biogas och tar tillvara på den kemiskt bundna energin i vattnet. I ett fall har ett reningsverk i Strass, Österrike, kunnat producera mer energi än vad de förbrukar genom att uppgradera sin

kraftvärmeanläggning. Undantaget är dock vid toppbelastning då el från nätet har använts men totalt sätt över årets produceras mer energi än vad som konsumeras (Nowak et al. 2015).

Rapporten ger även förslag på hur processen kan optimeras för att få en så hög produktion av biogas som möjligt genom en förbättrad anaerob behandling. Författarna menar dock på att rening med endast ett anaerobiskt steg har varit ogynnsamt för att rena bort COD. Detta gäller speciellt i vatten med lågt COD eller en låg temperatur då en icke oväsentlig del metan har varit löst i vattnet för att sedan frigöras till atmosfären i senare processteg. Detta bidrar till att mindre energi tillgodogörs samtidigt som mer metan frigörs till atmosfären och verkar som en stark växthusgas (Nowak et al. 2015).

Azimi och Rocher (2017) beskriver hur biogas kan påverka den totala energibalansen. I rapporten tas ett helhetsgrepp över hur energiförbrukningen ser ut för några reningsverk i Paris-området. Biogas lyfts även fram som ett sätt att ta tillvara på kemisk energi från processen. Detta är något som idag redan görs på Kungsängsverket och rapporten bidrar inte med några större förslag på hur denna process skulle kunna förbättras.