Effektiv luftning – Design, drift, underhåll och upphandling av luftningsutrustning för kommunala avloppsreningsverk

När avloppsvatten renas krävs det elenergi i de olika processer som minskar vattnets föroreningsgrad innan det kan släppas ut till recipient. Vanligen står luftningen i de biologiska reningsstegen för 30−50 procent av avloppsreningsverkens totala elenergianvändning. Många svenska avloppsreningsverk har potential att minska sin energianvändning, och luftningen är en viktig del att fokusera på. Denna rapport beskriver luftningsanläggningar vid avloppsreningsverk ur en rad olika perspektiv, samtliga med energieffektivitet i fokus. Vägledning ges för design av luftningsanläggningar samt för lämpliga metoder för styrning, drift, uppföljning och underhåll. Principerna som beskrivs illustreras med exempel och fallstudier från verkligheten samt modellsimuleringar. Vägledning ges också för upphandling av hela eller delar av luftningsanläggningen. Det övergripande syftet med rapporten är att bidra till att svenska VAhuvudmän, konsulter och leverantörer ska kunna höja kunskapsnivån när det gäller luftningen, effektivisera befintliga anläggningar, erhålla väl designade luftningsanläggningar och upphandla så energieffektiva luftningssystem som möjligt. En viktig aspekt är att uppnå en bredare samsyn i VA-branschen kring luftningsfrågor vilket kan bidra till mer effektiva upphandlingar och bättre samspel mellan beställare, leverantörer, entreprenörer och konsulter.

De luftare för syresättning som är vanligast på kommunala avloppsreningsverk är finblåsiga luftare med flexibla perforerade membran formade som rör, tallrikar eller paneler. Ett luftningssystem består även av luftledningar, reglerventiler, givare, en eller flera blåsmaskiner och styrsystem. Blåsmaskiner bör ha låg energianvändning per enhet luft och vara väl anpassade för variationer i belastning vid det aktuella reningsverket. Med effektiva luftare minskar luftflödesbehovet och tillsammans kan hög luftningseffektivitet (kg O2/kWh) uppnås. Luftningssystemets livscykelkostnad utgörs ofta till 80−90 procent av den elenergi som används under dess livstid. Därför är det viktigt att hela luftningssystemet är energieffektivt. Energianvändningen vid luftning påverkas av många olika faktorer. En av dessa är avloppsvattnets sammansättning, i synnerhet med avseende på ytaktiva ämnen som hindrar syreöverföring från gas till vätska. Den biologiska processens konfiguration påverkar energianvändningen genom att olika syrebehov kan uppstå och genom att de ytaktiva ämnena i vattnet får olika stort inflytande på syresättningen. Energianvändningen påverkas också av vilken utrustning som används, eftersom det exempelvis kan påverka storleken på bubblorna och turbulensen i bassängen. Med membranluftare ska såväl drift som design sträva efter att så låga luftflöden per luftare som möjligt tillämpas eftersom syreöverföringseffektiviteten då blir som högst. Design av ett luftarsystem bör baseras på varaktighet med en bedömning av vilken maximal kapacitet som behövs för att uppnå anläggningens mål och vilken minsta kapacitet som är rimlig. Energieffektivitet kan stå i motsats till storleken på reglerområdet varför storleken för reglerutrymmet noga bör värderas mot de vinster som kan finnas med ett brett reglerutrymme. Generellt bör ett alltför brett reglerområde undvikas. Vid dimensionering av luftarsystem omvandlas belastning i form av syrebehov till standardförhållanden som innebär rent vatten, 20 °C, 1 atm lufttryck och 0 mg/l löst syre. I detta sammanhang bör beställaren fastställa de omvandlingsfaktorer som behövs och i synnerhet alfa-värdet för att anbuden ska bli jämförbara. Leverantörer utformar normalt anbud baserat på syrebehovet vid standardförhållanden.

Dimensionering av blåsmaskiner sker också med hänsyn till reglerområdet och gärna baserat på fördelningen av drifttid vid olika luftflöden. Möjligheten att reglera kapaciteten är central men de allra flesta blåsmaskiner förlorar i effektivitet när de regleras ned i kapacitet. Det är därför mycket viktigt att inte överdimensionera blåsmaskiner i onödan. De bör kunna drivas effektivt vid den belastning som är aktuell i dagsläget med utrymme att utvidga kapaciteten med fler maskiner om behov uppstår i framtiden. Ändamålsenlig och väl fungerande styrning är mycket viktig för energieffektiv luftning. Utformning och instrumentering måste göra det möjligt att reglera mängden luft till anläggningen. I anläggningar som består av flera zoner behöver varje zon kunna regleras separat. Styrning av luftning mot önskad koncentration av löst syre är vanligast. De onlinegivare för ammonium som blir allt vanligare kan användas för att reglera börvärden för syrehalten vid kväverening och därmed spara energi när belastningen av kväve är låg. En ökad grad av styrning baserad på givardata leder samtidigt till att behovet av kvalitetskontroll och underhåll av givare blir större.

Vid drift av en befintlig luftningsanläggning kan energianvändningen reduceras genom att sänka slamåldern ifall det finns utrymme med avseende på reningsresultaten. Lägre koncentrationer av löst syre minskar också energianvändningen liksom en anpassning av profilen i löst syrehalt över anläggningens olika zoner så att lägsta möjliga luftflöden per luftare uppnås. Regelbunden motionering av membran rekommenderas och vid tecken på igensättning kan rengöring ske genom tillsats av syra i luftningssystemet. Uppföljning av luftningssystemets prestanda ger viktig vägledning vid energieffektivisering. De parametrar som är viktigast att följa upp är trycket i systemet i förhållande till flöde och ventilöppningsgrad, luftflödet i förhållande till belastning av syrebehov och effektanvändningen för blåsmaskinerna i förhållande till syrebehov. Upphandling av ett luftningssystem måste få ta tid och då särskilt anbudstiden för att säkerställa att en energieffektiv lösning hinner tas fram. En ordentlig dialog med flera konsulter, leverantörer och entreprenörer under planeringsfasen av ett projekt är ofta värdefull för att få så mycket information som möjligt innan själva upphandlingsfasen. Lämplig entreprenadform väljs utifrån omfattning och typ av projekt, eget ansvars-/risktagande och påverkansmöjlighet samt tillgång till kompentens och resurser. Det finns flera möjligheter att kontrollera prestandan för blåsmaskiner och luftarsystem. Garantivärden för luftarsystem kontrolleras i rent vatten och detta kan göras i en fullskalig anläggning eller i en mindre testtank.

English summary

In this report, aeration at municipal wastewater treatment plants is described with focus on energy efficiency. Design of aeration systems is described as well as methods for control, operation, follow-up and maintenance with real examples and model simulations. Guidance for procurement of aeration systems is also provided.

Scroll to Top