ALTERNATIVNI MODEL ZA DIMENZIONIRANJE ČISTILNIH NAPRAV ALTERNATIVE MODEL FOR THE DESIGN OF WASTE WATER TREATMENT PLANT prof. dr. Mitja Rismal, univ. dipl. inž. grad. Strokovni članek Barjanska 68, Ljubljana UDK 626:628.32 Povzetek l Članek obravnava dimenzioniranje čistilnih naprav po alternativnem, dopolnjenem modelu glede na model po smernici ATV–A–3. Model vključuje presojo stopnje aerobne stabilizacije in možne proizvodnje bioplina iz razgradljivega primarnega in aerobnega, aktivnega dela biološkega blata v odvisnosti od starosti blata. Obravnavani sta aerobna in anaerobna obdelava blata z energetsko bilanco možnega pridobivanja bioplin a in električne energije. Podana je ocena energetske bilance čistilnih naprav v kWh/PE, brez sedimentacije in s primarno sedimentacijo, za različne starosti in specifične obremenitve biološkega blata. Ključne besede: primarno aktivirano blato, stabilizacija blata, energija biološkega plina Summary l The paper considers an alternative model for waste water treatment plant design to the model in the directive ATV – A – 3. The model includes the assessment of possible biogas production from the biodegradable organic part of the primary and aerobic activated sludge, depending on its age. By differentiation of degradable and un­degradable part of the organic aerobic sludge, the possible biogas, electric energy produc­tion is evaluated. An assessment of WWTP energy balance, in terms of kWh/PE for with different sludge age and specific load, with and without primary sedimentation, by different age and specific load of the activated sludge, is given. Key words: primary activated sludge, stabilisation of sludge, biogas energy Obravnavani predlog za dimenzioniranje čistilnih naprav se razlikuje od metode ATV–A–3 ([Imhoff, 1999], [Imhoff, 2007]), da namesto pred­postavljenega razmerja 0,60.XTSS = XnbVSS + XiTSS [Walder,2011] uporabi v odpadni vodi ločeno meritev usedljivih mineralnih in inertnih organskih delcev z BPK5, kot je predstavljeno na sliki 1. Z uporabo koeficienta Xd (1/d) [Eckenfelder,1989] pa za razliko od ATV omogoča tudi presojo stopnje aerobne stabilizacije blata v kgO2/kgVSS.d, presojo količine bioplina in energije iz anaerobne presnove Xv. proizvedenega razgradljivega organskega dela odvečnega biološkega blata. Rezultati obravnavanega modela so primerjani z ATV–A–3 [Im­hoff,2007] in s podatki empiričnih meritev na čistilnih napravah [Ulrich,2001]. Model je zasnovan na podatkih (preglednica 1) o lastnostih surove asimilaciji in disimilaciji organskega onesnaženja v organsko maso odpadne vode [Imhoff, 2007] in na shematsko predstavljeni biokemični heterotrofov (slika 1). 189 Model obravnava le oksidacijo organskega ogljika, ne pa členov za nitrifikacijo, denitrifikacijo in defosfatizacije efluenta: =0,8 0,75.0zc Vv((m.tn.f.-dem.tn.f.) = Bnitrifikacije in N03 1-Vv/VrorBPKs 2,9 Vror, ki jih je mogoče v model vključiti. min. org. skupaj BPK5 (g/m3) Usedljive snovi 100 150 250 100 Neusedljive lebdeče snovi 25 50 75 50 Raztopljene snovi 375 250 625 150 Skupaj 500 450 950 300 Preglednica 1•Sestava odpadnih voda [Imhoff, 1999] V aerobnem reaktorju čistilne naprave. (preglednica 1) brez primarnega usedalnika postane 100 g/m3 usedljivih mineralnih in 25 g/m3 lebdečih inertnih snovi iz odpadne vode del proizvedene mase biološkega blata. Organsko onesnaženje 450 g/m3, izraženo s 300 g BPK5 (porabo kisika v 5 dneh), pa se asimilira kot drugi, biološko aktivni del celotne mase biološkega blata. Koncentracija (slika 1) nerazgradljivega anorganskega in inertnega organskega onesnaženja odpadne vode je označena s Ciin. Organski del CiBPK5, ki se, kot rečeno, z eksogeno respiracijo asimilira v organsko maso heterotrofov s koncentracijo X.=0 (slika 1), v fazi . (dni) pa se z endogeno respiracijo zmanjša na X. kgVSS/m3) heterotrofov s koncen­tracijo biološko razgradljivega dela Xv. in nerazgradljivega Xn.. V nadaljevanju pomeni: CTOT (kgSS/m3) koncentracija skupnega organskega in inert­ nega mineralnega onesnaženja odpadne vode Ciin (kg/m3) koncentracija inertnega organskega in mine­ralnega onesnaženja odpadne vode Ci (kgBPK5/m3) organsko, biološko razgradljivo onesnaženje surove odpadne vode C (kgBPK5/m3) koncentracija BPK5 očiščene odpadne vode Y = 0,6 (kgVSS/kgBPK5) koeficient prirasta organske mase heterotrofov biološkega blata v procesu sinteze X. = 0 (kgVSS/kgBPK5) koncentracija v sintezi proizvedene mase heterotrofov biološkega blata X/d = 0,8 (kgXV.=0/kgX.=0) razgradljivi del v sintezi proizvedene celotne organske mase heterotrofov biološkega blata XV.=0 (kgVSS/m3) koncentracija v sintezi proizvedene razgrad­ljive organske mase biološkega blata XV. (kgVSS/m3) koncentracija biološko razgradljive mase biološkega blata po endogeni respiraciji .c dni Xn.=0 (kgVSS/m3) koncentracija inertne mase heterotrofov v sin­tezi proizvedene organske mase biološkega blata X/ n = 0,2 (kgXn.=0/kgX.=0) nerazgradljivi del X.=0 v sintezi proizvedene organske mase biološkega blata Xd del razgradljivega organskega blata po endo­geni respiraciji Xn. (kgVSS/m3) koncentracija nerazgradljivega dela v organskem X. (kgSS/m3) blatu po endogeni respiraciji koncentracija razgradljivega in nerazgradlji vega biološkega blata po endogeni respiraciji pri starosti blata . dni. Xiin (kgSS/m3) koncentracija mineralnih in biološko nerazgrad ljivih snovi v biološkem blatu XTSS (kg/m3) totalna količina suspendiranih snovi v odpadni vodi Xn. (kgVSS/m3) XiTSS (kg/m3) na vtoku v čistilno napravo inertne organske snovi heterotrofov nad 0,45 µm koncentracija iner tne mineralne snovi nad 0,45 µm . (dni) starost biološkega blata kd = 0,08 (1/d) koeficient razgradnje v endogeni respiraciji, v ekso­ geni respiraciji – sintezi proizvedenega razgrad­ ljivega in nerazgradljivega organskega dela F = 1,072(T-15) biološkega blata temperaturni koeficient korekcije poteka reakcij T (Co) temperatura vode v aerobnem reaktorju O2C (kgO2/d) VTOT (m3) VN (m3) VD (m3) poraba kisika za oksidacijo organskega ogljika prostornina aerobnega reaktorja prostornina aerobnega reaktorja za nitrifi kacijo prostornina reaktorja za denitrifikacijo W. kgSS količina celotne mase biološkega blata v reaktorju Slika 1•Shema količine (obarvane površine) in koncentracij (X) asimiliranega onesnaženja odpadne vode v fazah biokemične sinteze in endogene respiracije biološkega blata v aerobnem reaktorju pri starosti blata . (dni) Pri starosti biološkega blata v aerobnem reaktorju . (dni) se iz odpadne vode v biološkem blatu akumulira vsa količina nerazgradljivih organskih in mineralnih snovi s koncentracijo Xiin,.=0. Koncentracija razgradljivega dela iz organskega onesnaženja asimi­lirane organske mase heterotrofov X.=0 pa se med endogeno respiracijo zmanjša na Xv., koncentracija celotne organske mase heterotrofov pa na X.. Koeficient zmanjšanja Xd [Eckenfeler,1989] je določen po enačbah 1, 2 in 3: X/ *X = X *X (1) n , =0 =0n Xc/ +X./ = 1 ; Xd.+Xn.=1 ; Xn. = 1- Xd. (2) X / / .=0 / X * X = X * X ››› X = X ››› X · X - k · X · X .. .F = X .X n .=0 n . . n n .=0 d d d . C n . X. / Xd X = (kgVSSc/kgVSS) (3) d / 1+ kd * X n *.C *F Masna bilanca heterotrofov – organskega dela biološkega blata – pri obremenitvi aerobnega reaktorja L (kgBPK5/kgVSS.d) je določena po enačbah od 3 do 6 in po enačbi 7: dX. V * = .* Y * L - kd * Xd * X.V * V * F (4) dt / Neto prirast asimilacija in disimilacija heterotrofov dX..V 1 L kd * Xd / * F = = Y *.* - / (6) dt.V.X . V.X 1+ kd * X *.* F . v. n Lsv = L specifična obremenitev organske mase iz enačbe 6 pa: V.X v. 1+ kd *.* F L sv = / (kgBPK5 / kgVSS ) (7) .*Y *.*(1+ kd *X n *.* F) Prirast Yobsv organske mase biološkega blata – heterotrofov – pri starosti biološkega blata . iz zgornje enačbe 7 pa je: 1 .*Y *(1+ kd *X/ n *. *F) Y == (kgSS / kgBPK ) (8) vobs org 5 L sv *. 1+ kd *. *F Pri dnevni obremenitvi aerobnega reaktorja L = .* Q * C (kgBPK / d) (9) TOT i 5 Pri specifični obremenitvi LSV organskega dela biološkega blata s sta rostjo . (dni) in koncentracijo X. (slika 1) znaša celotna masa W. (kgVSS) biološko aktivnega blata heterotrofov v reaktorju: W. = LTOT (kgVSS) s koncentracijo organskega dela blata – heterotrofov: (10) L sv 3 X. = W./V (kgVSS/m) (11) Celotna akumulirana količina inertnega onesnaženja mineralnega WTOT = W.V+ Wiin (kgSS) = Q*Ci /Lsv +.* Q* Cin (kgSS) (14) izvora v reaktorju v . dneh je: Specifična obremenitev biološkega blata LTOT (organskega in mineral-Wiin =.*Q*Cin s koncentracijo: (12) nega dela) z upoštevanjem enačb 7, 10, 12 , 13 in 14 pa: Xiin = Wiin/V (kg/m3) inertnega onesnaženja (13) LTOT 1 L == (kgBPK / kgSS) (15) STOT 5 1 C WTOT + . iin Skupna masa organskih in mineralnih snovi biološkega blata v reaktorju LSV Ci pa je: Skupni prirast organske in anorganske mase biološkega blata YTOT Vrednosti YTOT v preglednicah 3 in 4 alternativnega modela in ATV–A–3­določimo z enačbo: modela za proizvodnjo odvečnega blata pri enaki starosti biološkega blata . dni in enaki obremenitvi biološkega blata v reaktorju LSTOT (kg­ 1 BPK5/kgSS.d) so praktično enaki. YTOT = (kgSS/kgBPK5.d) (16) .* LSTOT YTOT (kgSS/kgBPK5) 0,6.(XTS,ZB/CBSB5) Ciin/Ci (dni) starost biol. blata 4 8 10 15 20 25 0,24 0,75 0,69 0,67 0,62 0,59 0,56 0,36 0,85 0,79 0,77 0,72 0,69 0,66 0,48 0,97 0,91 0,89 0,84 0,81 0,78 0,6 1,09 1,03 1,01 0,96 0,93 0,90 0,72 1,21 1,15 1,13 1,08 1,05 1,02 YTOT (kgSS/kgBPK5) XTS,ZB/CBSB5 (dni) starost biološkega blata 4 8 10 15 20 25 0,24 0,79 0,69 0,65 0,59 0,56 0,53 0,36 0,91 0,81 0,77 0,71 0,68 0,65 0,48 1,03 0,93 0,89 0,83 0,80 0,77 0,6 1,15 1,05 1,01 0,95 0,92 0,89 0,72 1,27 1,17 1,13 1,07 1,04 1,01 Preglednica 3•Prirast biološkega blata YTOT po alternativni metodi Preglednica 4•Prirast biološkega blata YTOT po AT V-A-3 (Imhoff,2007) Po enačbi 17 je za enako obremenitev reaktorja LTOT = 1000 kg BPK5/d z enako izbrano koncentracijo blata XTOT, = 5,0 (kgSS/m3), kot kaže preglednica 5, tudi prostornina aerobnega reaktorja po obeh metodah praktično enaka. Potrebna velikost reaktorja, to je aeracijskega bazena, pa je: LTOT V = (m 3 ) (17) L *X STOT TOT Starost b.b. V(m3) V(m3) V(m3) V(m3) V(m3) .c ATV =1,2XTS/kgBPK5 ATV =1,0XTS/BPK5 ATV =0,8XTS/BPK5 ATV =0,6XTS/BPK5 ATV =0,4XTS/BPK5 dni Ciin/Ci =0,72 Ciin/Ci = 0,6 Ciin/Ci = 0,48 Ciin/Ci = 0,36 Ciin/Ci = 0,24 4 762 690 618 546 474 8 1.404 1.260 1.116 972 828 10 1.695 1.515 1.335 1.155 975 15 2.408 2.138 1.868 1.598 1.328 20 3.120 2.760 2.400 2.040 1.680 25 3.788 3.338 2.888 2.438 1.988 Preglednica 5•Velikost aerobnih reaktorjev V(m3) po AT V za XTS/BPK5 pri obremenitvi aeracijskega reaktorja z 10.000 PE (600 kgBPK5/d) in koncentraciji biološkega blata 5,00 kgSS/m3 s pripadajočimi vrednostmi odpadne vode Ciin/Ci Starost b.b. V(m3) V(m3) V(m3) V(m3) V(m3) .c ATV =1,2XTS/BPK5 ATV =1,0XTS/kgBPK5 ATV =0,8XTS/BPK5 ATV =0,6XTS/BPK5 ATV =0,4XTS/BPK5 dni Ciin/Ci =0,72 Ciin/Ci = 0,6 Ciin/Ci = 0,48 Ciin/Ci = 0,36 Ciin/Ci = 0,24 4 724 652 580 508 436 8 1.378 1.234 1.090 946 802 10 1.688 1.508 1.328 1.148 968 15 2.432 2.162 1.892 1.622 1.352 20 3.144 2.784 2.424 2.064 1.704 25 3.836 3.386 2.936 2.486 2.036 Preglednica 6•Velikost aerobnega reaktorja V(m3), po alternativni metodi, za Ciin/Ci, pri obremenitvi aeracijskega reaktorja z 10.000 PE (600 kgBPK5/d) in koncentraciji biološkega blata 4,00 kgSS/m3 s pripadajočimi vrednostmi odpadne vode po ATV za XTS/BPK5 Skupna poraba kisika za eksogeno in endogeno respiracijo biološkega blata na enoto eliminiranega onesnaženja odpadne vode .L = kgBPK5/d pa znaša: O O2 b * Y * X/ *.* F 2C d = = a + (kgO / kgBPK ) (18) / 25 .* LTOT 1+ kd * X .* F LTOT n V preglednicah 3 do 9 podani rezultati enačb obravnavanega modela 1 do 26 za temperaturo 10 °C v aerobnem reaktorju se praktično ujemajo s podatki za specifično proizvodnjo odvečnega blata (kgSS/kgBPK5) ATV–A–3 preglednici štev. 29 [Imhoff, 2007] pri temperaturi vode 10 ° do 12 °C. Pri tem upoštevamo, da je v alternativnem modelu pod Ciin upoštevana v surovi odpadni vodi skupna koncentracija usedljivih nerazgradljivih organskih in mineralnih snovi proti po ATV določenih (XTS,ZB/CBSB) na membranskem filtru 0,45 mm zadržanih snovi: Ciin/Ci = 0,6. (XTS,ZB/CBSB). Ocena možne pridobitve bioplina po obravnavanem modelu v pre­glednici 8 je znotraj z meritvami ugotovljenih vrednosti v preglednici 9. Enako s podatki [Imhoff,2007 ] na strani 331. Razlike v porabi kisika v preglednicah 8 in 9 niso velike. Nastanejo pa, ker alternativni model upošteva le porabo kisika od razgradljivega dela, ne pa od celotne organske mase heterotrofov v proizvedenem odvečnem blatu aerobnega reaktorja. temperatura . (dni) starost biol. blata T °C 4 8 10 15 20 25 10 0,75 0,85 0,93 0,99 1,13 1,23 12 0,78 0,88 9,97 1,04 1,18 1,27 15 0,83 0,94 1,03 1,11 1,25 1,34 18 0,89 1,01 1,10 1,18 1,32 1,41 20 0,93 1,05 1,15 1,23 1,36 1,45 Preglednica 8•Poraba kgO2/BPK5 po ATV – A – 3 Temperatura . (dni) starost biol. blata T °C 4 8 10 15 20 25 10 0,85 0,99 1,04 1,13 1,13 1,22 12 0,78 0,88 0,97 1,04 1,18 1,24 15 0,83 0,94 1,03 1,11 1,25 1,27 8 0,89 1,01 1,10 1,18 1,32 1,30 20 0,93 1,05 1,15 1,23 1,36 1,32 Preglednica 9•Poraba kg O2/kgBPK5 po alternativni metodi Poraba kisika za endogeno respiracijo na enoto teže razgradljivega dela organskega dela biološkega blata Xv. je (slika 1): O2 = X * b * F(kgO / kgVSSd) (19) v . 2 Stopnja aerobne stabilizacije blata, izražena s porabo kgO2/kgVSS -(X. sliki 1) – organskega dela blata (slika 1), ki naj bo manjša od 0,1kgO2/kgVSS [Imhoff, 2007], je odvisna od starosti in temperature blata . dni) po enačbi: O2/X. = X.V.b.F/X. (kgO2/kgVSS.d) . 0,1(kg O2/kgSS) (20) Poraba kisika v preglednici 7 kaže na vpliv temperature, ki se med letom spreminja, na stabilizacijo aerobnega blata. Endogena respiracija blata kot merilo za doseženo stabilnost je bolj odvisna od temperature kot od specifične obremenitve oziroma starosti blata. Uspešno in ceneno dodatno stabilizacijo in higienizacijo blata za sezon­sko uporabo blata na poljih je mogoče doseči že v enostavnih depojskih bazenih. To je pred leti, poleg drugih primerov, z analizami aerobnega in na depojskem bazenu stabiliziranega blata na čistilni napravi Žalca v Kasazah potrdil tudi prof. dr. Amon. To je za načrtovanje čistilnih naprav, kjer je dovolj kmetijskih površin, primerna rešitev. . kgO2/kgVSS kgO2/kgVSS kgO2/kgVSS dni T = 10 °C T = 15 °C T = 20 °C 1 0,13 0,19 0,27 4 0,13 0,18 0,25 6 0,13 0,18 0,24 8 0,12 0,17 0,23 10 0,12 0,17 0,22 15 0,12 0,15 0,20 20 0,11 0,15 0,19 25 0,11 0,14 0,17 35 0,10 0,12 0,15 40 0,09 0,12 0,14 50 0,09 0,11 0,13 Preglednica 7•Poraba kisika na 1 kg organskega dela aerobnega biološkega blata pri starosti blata . dni 9•BIOPLIN IZ ANAEROBNEGA REAKTORJA IN ELEKTRIČNA ENERGIJA 9•ČISTILNE NAPRAVE BREZ PRIMARNE SEDIMENTACIJE ODPADNE VODE 9•IN Z NJO Oceno proizvodnje bioplina v anaerobnem reaktorju iz odvečnega biološko razgradljivega blata aerobnega reaktorja v preglednici 11 smo opravili za 3 primere: – za čistilno napravo brez primernega usedalnika, – za čistilno naprave z velikim usedalnikom, zaradi katerega odpade od 60 g BPK5/PE na aeracijski reaktor le 35 g BPK5/PE onesnaženja, 25 g BPK5/PE pa odpade na anaerobni reaktor in – aerobni reaktor prevzame 48 g BPK5/PE, 12 g BPK5/PE pa odpade na anaerobni reaktor. 1. Ocena bioplina iz odvečnega razgradljivega organskega dela blata aerobnega reaktorja Na populacijsko enoto 1 PE (60 g BPK5) odpadne vode se asimilira 0,060.Xd kgVSS Lsv PE razgradljive organske mase odvečnega aerobnega blata Xv. (slika 1). Pri poenostavitvi za 1,0 kgVSS = 1,0 kgCH2O z molekularno maso 30 g/mol nastane za 22,4 l/mol pri anaerobni razgradnji iz 1 kgVSS 745 l (CH4 + CO2) in na 1 PE: kgVSSdlina 0,06 kgBPK5 *Xd kgVSS *746,667 l biop l (bioplina)PE kgVSS =(21) PE.d Lsv( kgVSS kgBPK 5)*8(d) 2. Ocena proizvodnje bioplina v anaerobnem reaktorju iz blata pri­marnega usedalnika z obremenitvijo 35 g BPK5/PE (pri velikem primernem usedalniku) in 12 g BPK5/PE (pri manjšem usedalniku). Količino proizvedenega bioplina za obe obremenitvi smo ocenili po naslednjih relacijah: Enota onesnaženja BPK5 (mgO2/l) odpadne vode je le 68,4 % po­rabe kisika BPK (mgO2/l) za razgradnjo celotnega organskega onesnaženja: CH2O + O2 = CO2 + H2O O2 = = BPK(mgO2/l) = 1,46 BPK5 (mgO2/l) CH2O (molov) = O2(molov) BPK = 1,46 BPK5 (22) Po navedenih relacijah med BPK5, BPK in CH2O z molekularno težo 30 g/mol Iz anaerobnega reaktorja je mogoče po poenostavljeni oceni prido­biti na 1 PE naslednje količine bioplina: – pri obremenitvi reaktorja s 35 % kgBPK5 od celotne obremenitve čistilne naprave: (60-25)/60*1,46*22,4 = 19,08 l/PE bioplina (CH4+CO2) (23) – če je reaktor obremenjen z 12 % kgBPK5 celotne obremenitve čistilne naprave: (60-48)/60*1,46*22,4 = 6,54 l/PE bioplina (CH4+CO2) (24) Rezultati proizvedenega bioplina in energije s poenostavitvijo organske­ga onesnaženja z CH2O so podani v preglednici 10. Po izračunu količine bioplina na 1 PE sta prostornini CH4, in CO2 iz odvečnega aerobnega blata v anaerobnih reaktorjih in iz primarnega usedalnika enaki. Organski del blata v anaerobnih reaktorjih so kompleksni polimeri z drugačnim razmerjem med ogljikom C in vodikom H od v računu privzetega razmerja 50 % : 50 %. To raz­merje je 70 % : 30 %. Zato smo v računu upoštevali energetsko moč pridobljenega bioplina le 5,0 kWh/m3, kar ustreza izmerjeni vrednosti bioplina 7,0 kWh/m3 s ca. 70 % metana in ca. 30 % CO2. starost biol. blata 60 g (BPK5/PEd) v aerobni reaktor 25 g(BPK5/PEd) v aerobni reaktor 35 g (BPK5/PEd) v primarni usedalnik 48 g(BPK5/PE v aerobni reaktor 12 g (BPK5/PEd) v primarni usedalnik . (dni kgVSS/ kgBPK5.d bioplin iz l/PE.d kWh/PEd bioplin aerob. blata bioplin prim. blata bioplin skupaj kWh/PE.d bioplin aerob. blata bioplin prim. blata bioplin skupaj kWh/PE.d 1 0,43 19,34 0,039 8,06 19,08 27,13 0,054 15,47 6,54 22,01 0,044 4 0,37 16,66 0,033 6,94 19,08 26,02 0,052 13,33 6,54 19,87 0,040 6 0,34 15,26 0,031 6,36 19,08 25,43 0,051 12,20 6,54 18,75 0,037 8 0,31 14,07 0,028 5,86 19,08 24,94 0,050 11,25 6,54 17,80 0,036 10 0,29 13,05 0,026 5,44 19,08 24,52 0,049 10,44 6,54 16,98 0,034 15 0,25 11,06 0,022 4,61 19,08 23,68 0,047 8,85 6,54 15,39 0,031 20 0,21 9,59 0,019 4,00 19,08 23,07 0,046 7,67 6,54 14,21 0,028 25 0,19 8,47 0,017 3,53 19,08 22,61 0,045 6,77 6,54 13,31 0,027 35 0,15 6,86 0,014 2,86 19,08 21,94 0,044 5,49 6,54 12,03 0,024 40 0,14 6,27 0,013 2,61 19,08 21,69 0,043 5,01 6,54 11,55 0,023 50 0,12 5,34 0,011 2,23 19,08 21,30 0,043 4,27 6,54 10,81 0,022 Preglednica 10•Proizvodnja organskega biološkega blata s proizvodnjo bioplina v (l/PE) in električne energije v kWh/PE Na čistilni napravi 100.000 PE z nitrifikacijo in denitrifikacijo je mogoče pridobiti 2000 m3 bioplina s 170 kW električne moči [Imhoff, 2007]. Po obravnavanem modelu pa (pri starosti aerobnega blata 15 dni) 19,08 l/ PE*100.000PE = 1908 m3 bioplina in z 0,047 kWh/PE*100.000/24 = 169 kW električne moči. Po podatku [Imhoff, 2007], da potrebujejo čistilne naprave z nitrifik­cijo in denitrifikacijo na 2,5 kW/1.000 PE ali 0,06 kWh/PE, je mogoča po obeh preglednicah 10 in 11 presoditi možno stopnjo energetske samooskrbe čistilnih naprav s primerno sedimentacijo in brez nje pri različnih specifičnih obremenitvah aerobnih reaktorjev oziroma pri različnih starostih biološkega blata. V preglednici 10 so rezultati obravnavanega modela o možni pridobitvi bioplina na čistilnih napravah brez primarnih usedalnikov in z njimi za aerobno čiščenje za ilustracijo s starostmi biološkega blata od 1 do 50 dni. Za naprave z nitrifikacijo in denitrifikacijo efluenta, ki se danes gradijo, so aktualne, odvisno od razmerja N/BPK5 v odpadni vodi, predvsem naprave s starostjo biološkega blata med 8 do 25 dni. Ekstremne količine v preglednici 11 po meritvah pridobljenega bioplina na takšnih čistilnih napravah se praktično ujemajo z izračunanimi re­zultati obravnavanega modela. To je razumljivo, ker model obravnava teoretično popolno konverzijo organskega C v metan. Približno za 30 % manjša količina bioplina je izmerjena le pri napravah brez primerne sedimentacije. Vzrok je lahko manjše število opazovanih čistilnih naprav ali – kot je vidno iz preglednice 10 – da delujejo pri večji starosti biološkega blata. Način čiščenja odpadne vode . (dni) starost biol. blata Obremenitev biološkega reaktorja z BPK5/PE,dan (l/PE,dan) biol. plin po alternat. modelu Proizvodnja biol. plina (l/PE,dan) po Ulrich Loll 1 Predčiščenje v velikem primarnem usedalniku (Nitrifikacija poleti z delno denitrifikacijo) 8 35 24,94 16,5–25 20,7 2 Predčiščenje v velikem primarnem usedalniku Nitrifikacija in denitrifikacija 15 35 23,68 14,5–22 18,3 3 Predčiščenje v manjšem primarnem usedalniku Nitrifikacija, denitrifikacija 15 48 15,39 10,5–15,9 13,2 4 Brez primarnega usedalnika 15 60 11,06 6,2–9,4 7,8 5 Aerobna stabilizacija brez primarnega usedalnika 25 60 8,47 3,5–5,3 4,4 Preglednica 11•Primerjava alternativnega modela s potencialom biološkega plina iz blata čistilnih naprav [Loll, 2001 ] Na sliki 1 je podana shema procesov čiščena v alternativnem modelu upoštevanih procesov čiščenja na bioloških čistilnih napravah za od­padne vode. V preglednicah 2 do 10 je primerjava med rezultati obravnavanega in alternativnega modela, ki so glede določitve dimenzij in drugih tehnološko relevantnih parametrov čistilne narave praktično enaki. Predstavljeni alternativni model se razlikuje od modela ATV–A–3 v tem, da ločeno obravnava količino mineralnega in inertnega organ­skega onesnaženja, ki se v procesu čiščenja akumulira v aerobnem blatu čistilne naprave, in da z uvedbo koeficienta Xd [Eckenfelder, 1989] določi koncentracije Xv. biološko razgradljivega dela in celotne koncentracije biološko aktivnega dela blata X. heterotrofov (biološko razgradljivi in inertni del heterotrofov). S tem so podane in opisane možnosti za določeno starost biološkega blata . (dni), za kvantitativne presoje aerobne stabilizacije proizvedenega blata v kg O2/kgVSS in za v anaerobnem reaktorju pridobljeni bioplin in električno energijo na populacijsko enoto ter njen pomen za energetsko bilanco in energetsko samooskrbo čistilnih naprav. Obravnavani alternativni model se razlikuje od modela ATV–A–3 v naslednjem: 1. obravnava tudi razgradljive organske delce nad 0,45 µm v okviru izmerjene obremenitve čistilne naprave z BPK5. Nerazgradljive organ­ske in mineralne delce s koncentracijo Ciin pa kot obremenitev čistilne naprave z inertnimi snovmi. 2. Z uvedbo člena Xd določi v proizvedeni organski masi biološkega blata koncentracijo razgradljivih XV. in Xn. nerazgradljivih snovi. – Določitev XV. omogoča določitev: – porabe kisika aerobnem reaktorju, – stopnje stabilizacije biološkega blata v mgO2/X.(kgSSv/m3) hete­ rotrofov, – organskega dela biološkega blata pri starostih biološkega blata . – v reaktorjih pridobljene količine bioplina in energije iz primarnega blata usedalnikov in iz odvečnega aktivnega blata W.v in koncen­tracije X.v. Po drugih za dimenzioniranje aerobnega reaktorja relevantnih podat­kih pa so rezultati alternativnega modela praktično pokrivajo z modelom ATV–A–3: 1. po potrebni velikosti aerobnega biološkega reaktorja pri enaki obre­menitvi čistilne naprave (preglednica 5), 2. po prirastu biološkega blata (preglednici 6 in 7), 3. po porabi kisika (preglednici 6 in 7), s tem da je poraba po alternativ­ni metodi nekoliko nižja, ker je v endogeni respiraciji blata upoštevan le biološko razgradljivi del heterotrofov organskega dela blata. Eckenfelder, W. W., Industrial Water Pollution Control, McGraw-Hill, New York, 1989. Imhoff, K., Imhof, K. R., Taschenbuch der Stadtentwasserung, 29. Auflage, 1999. Imhoff, K., Imhof, K. R., Taschenbuch der Stadtentwasserung, 30. Auflage, 2007. Loll, U., Biogaspotenziale im Klaerschlamm und anderen biogenen Abfaellen, Wasserwirtschaft, Abwasser-Abfalle, 48 Jahrgang,10, 2001. Rismal, M., Zapiski predavanj, IZH-FGG, Ljubljana, 1979–1998. Walder, C., Lindtner, S., Proesl, A., Klegraf, F., Vasanthakumar, T., Weissenbacher, N., Adaptation of WWTP design parameters to warm climates using mass balancing of a full scale plant, 11th IWA Specialised Conference Design, Operation and Economics of Large Waste Water Treatment Plants, Budapest, 2011.