Oczyszczalnie ścieków zużywają ogromne ilości energii i emitują znaczne ilości gazów cieplarnianych. Nowe narzędzie monitorujące opracowane w ramach programu Horyzont 2020 ma pomóc zakładom działać wydajniej, taniej i bardziej przyjaźnie dla klimatu.
- Oczyszczanie ścieków odpowiada za ok. 3% zużycia energii elektrycznej w krajach rozwiniętych.
- Efektywność energetyczna europejskich oczyszczalni wynosi średnio poniżej 50%.
- Zakłady emitują CO₂, metan oraz podtlenek azotu (N₂O), przy czym N₂O ma 265 razy większy wpływ na klimat niż CO₂.
- Oczyszczalnie odpowiadają za 3,2% globalnych antropogenicznych emisji N₂O.
Oczyszczanie ścieków jest jednym z kluczowych elementów infrastruktury w Unii Europejskiej, ale proces ten wiąże się z dużym zużyciem energii oraz emisjami do atmosfery. Według danych zawartych w tekście źródłowym oczyszczalnie ścieków odpowiadają obecnie za około 3 proc. zużycia energii elektrycznej w krajach rozwiniętych. Jednocześnie przeciętna efektywność energetyczna oczyszczalni ścieków w Europie pozostaje niska i wynosi poniżej 50 proc., co oznacza, że znaczna część energii wykorzystywanej w tych instalacjach nie przekłada się bezpośrednio na skuteczność procesu oczyszczania.
Emisje związane z oczyszczaniem ścieków powstają na wielu etapach działania oczyszczalni. Do atmosfery trafiają gazy powstające w wyniku zużycia energii elektrycznej, stosowania środków chemicznych, utylizacji niepożądanych ścieków oraz zagospodarowania osadów ściekowych. Procesy te powodują emisję różnych gazów cieplarnianych, w tym dwutlenku węgla, metanu oraz podtlenku azotu.
– Oczyszczalnie ścieków stanowią znaczące antropogeniczne źródło emisji gazów cieplarnianych; należą do nich dwutlenek węgla, metan i podtlenek azotu (N20), przy czym dwa ostatnie powodują odpowiednio 25 i 265 razy więcej szkód niż CO2 w okresie 100 lat – powiedział profesor Andreas Andreadakis z Wydziału Zasobów Wodnych Narodowego Uniwersytetu Technicznego w Atenach i koordynator projektu C-FOOT-CTRL.
W tekście wskazano, że jednym z możliwych kierunków ograniczania emisji i zużycia energii jest zmiana sposobu funkcjonowania oczyszczalni ścieków lub ich przeprojektowanie. Takie działania mają umożliwić dokładniejsze identyfikowanie źródeł emisji oraz miejsc, w których dochodzi do największych strat energii.
Projekt C-FOOT-CTRL, finansowany w ramach programu Horyzont 2020, koncentruje się na opracowaniu narzędzia informatycznego wspierającego ten proces. System ma formę internetowej platformy monitorującej działanie oczyszczalni ścieków. Jego zadaniem jest precyzyjne przewidywanie i rejestrowanie emisji gazów oraz wskazywanie etapów procesu, w których występują największe zanieczyszczenia i nieefektywności. Na podstawie zebranych danych system ma także sugerować obszary, w których możliwe jest wprowadzenie zmian prowadzących do ograniczenia śladu węglowego oczyszczalni.
Pomiar śladu węglowego
Zespół C-FOOT-CTRL opracował analizator gazów przeznaczony do monitorowania emisji oraz rejestrowania danych w trybie online. Urządzenie zostało zaprojektowane z myślą o precyzyjnym pomiarze emisji podtlenku azotu (N₂O), który stanowi istotną część globalnych antropogenicznych emisji gazów cieplarnianych. Według danych przytoczonych w materiale źródłowym, N₂O odpowiada za niemal 8 proc. światowych emisji tego typu, a oczyszczalnie ścieków generują 3,2 proc. tej wielkości.
– Szczególny nacisk położono na pomiar N₂O online – powiedział prof. Andreadakis.
System C-FOOT-CTRL umożliwia rejestrowanie i śledzenie emisji bezpośrednio u źródła w czasie rzeczywistym. W przypadku wykrycia problemu narzędzie może inicjować procesy łagodzące, a jednocześnie wskazywać, która konkretna działalność doprowadziła do wzrostu emisji. Rozwiązanie składa się z trzech głównych elementów: baz danych, systemu pomiarów online oraz dynamicznego modelu komputerowego służącego do określania śladu węglowego. Wyniki działania systemu są przekazywane operatorom instalacji za pośrednictwem interfejsu użytkownika.
Oprogramowanie zostało zaprojektowane jako elastyczny i relatywnie niedrogi system oparty na zintegrowanych sieciach czujników. Jego zadaniem jest monitorowanie oraz nadzorowanie działań związanych z ograniczaniem emisji gazów cieplarnianych. System pozwala również na identyfikację słabości strukturalnych w funkcjonowaniu instalacji, co może prowadzić do opracowania nowych projektów technologicznych.
– C-FOOT-CTRL zachęci przedsiębiorstwa wodociągowe do zwiększenia wysiłków i umieszczenia nowych technologii w centrum swoich strategii innowacji, w oparciu o analizę wydajności ich oczyszczalni ścieków – powiedział prof. Andreadakis.
Narzędzie zostało przetestowane w dwóch oczyszczalniach ścieków, zlokalizowanych w Grecji i w Wielkiej Brytanii. Testy pozwoliły na opracowanie zestawu strategii ograniczania emisji gazów cieplarnianych oraz na analizę skutków ich wdrażania w warunkach rzeczywistego funkcjonowania instalacji.
– Za pomocą narzędzia C-FOOT-CTRL opracowano szereg strategii ograniczania emisji gazów cieplarnianych oraz badań nad skutkami ich wdrożenia w oczyszczalniach ścieków – powiedział prof. Andreadakis.
Napływające korzyści
Narzędzie C-FOOT-CTRL zostało opracowane z myślą o ograniczaniu emisji gazów cieplarnianych oraz zmniejszaniu zużycia energii w oczyszczalniach ścieków na terenie Unii Europejskiej. Jego zastosowanie ma dotyczyć przede wszystkim analizy procesów zachodzących w zakładach i identyfikowania obszarów, w których możliwe jest obniżenie zapotrzebowania na energię. Według autorów badań rozwiązanie to może mieć znaczenie zarówno dla funkcjonowania samych instalacji, jak i dla kosztów ponoszonych przez ich użytkowników.
W opracowaniu wskazano, że ograniczenie śladu węglowego oczyszczalni ścieków wiąże się z mniejszym zużyciem energii elektrycznej i cieplnej. Może to prowadzić do obniżenia kosztów operacyjnych zakładów odpowiedzialnych za gospodarkę ściekową. Zmiany te odnoszą się do codziennej pracy instalacji, w tym do procesów technologicznych i sposobu zarządzania energią. Autorzy podkreślają, że potencjalne oszczędności mogą mieć znaczenie również dla mieszkańców korzystających z usług wodno-ściekowych.
– Narzędzie C-FOOT-CTRL i wdrożenie odpowiednich strategii ograniczania emisji gazów cieplarnianych może skutkować niższym zużyciem energii w zakładzie. W rezultacie usługi związane z gospodarką ściekową mogą stać się tańsze, co może znaleźć odzwierciedlenie w rachunkach za wodę płaconych przez klientów – wyjaśnia prof. Andreadakis.
Badania, na podstawie których opracowano narzędzie, zostały zrealizowane przy wsparciu programu Maria Skłodowska-Curie. Program ten umożliwił prowadzenie prac badawczych dotyczących emisji gazów cieplarnianych oraz efektywności energetycznej w sektorze gospodarki ściekowej.
Źródło: Cordis Europe
