Élelmiszeripari zöld innovációs program megvalósítása EEA Grants Norway Grants IPARI CSAPADÉKVÍZ- HASZNOSÍTÓ RENDSZER Dr. Kovács Elza egyetemi docens Debreceni Egyetem MÉK, Víz- és Környezetgazdálkodási Intézet 2016. 04. 21. HU09-0015-A1-2013 1
Élelmiszeripari zöld innovációs program megvalósítása EEA Grants Norway Grants IPARI CSAPADÉKVÍZ- HASZNOSÍTÓ RENDSZER A DE munkacsoportjának tagjai: Dr. Kovács Elza egyetemi docens Dr. Juhász Csaba egyetemi docens Dr. Pregun Csaba egyetemi adjunktus Bozsik Éva PhD hallgató Vállalati konzulens: Gebei Miklós műszaki vezető 2016. 04. 21. HU09-0015-A1-2013 2
IPARI CSAPADÉKVÍZ- HASZNOSÍTÓ RENDSZER C. ALPROJEKT Cél: Élelmiszeripari üzemi csapadékvíz-hasznosító rendszer tervezése K+F+I tevékenység keretében, beruházás megvalósítása, automatizált, vezérelhető rendszer üzembe helyezése Ivóvíz minőségű hűtővíz csapadékvízzel való részleges kiváltása Környezeti előny: csökkentett vízfelhasználás, hőcserélők élettartamának növelése Várt eredmény: Hőcserélők vezetékes vízigénye egy részének csapadékvízzel történő kiváltása automatizált és optimalizált, vezérelhető gyűjtő, tároló, előkezelő és elosztó csapadékvíz-hasznosító rendszerrel 2016.05.18. HU09-0015-A1-2013 3
PROJEKTCÉLOK DE Mennyiségi és minőségi igények és alternatív hasznosítási technológiai pontok felmérése csapadékhasznosításra. Anyag- és energiamérleg számítás és optimalizálás a hőcserélők vízigényének biztosítására csapadékhasznosítás mellett. Ipari csapadékvíz-hasznosító rendszer: Vízminőségi igénykritériumok alapján a csapadékvíz-tisztítási technológia, valamint monitoring hálózat megtervezése Vízminőségi igénykritériumok alapján a csapadékhasznosítással összefüggő rendszerparaméterek optimalizálása a próbaüzem során. Csapadékvízhasznosító rendszer folyamat-monitoringja, célértékeknek megfelelő optimalizálása vízmennyiség, vízminőség szempontjából. Csapadékvíz-hasznosító rendszer folyamat-monitoringja normál üzemben, rendszerellenőrzés a monitoring rendszer, valamint egyedi mintavételi stratégia és mérési módszerek adatai alapján. Teljes hőhasznosító rendszer monitoringja, csapadékhasznosító rendszer finomhangolása. 2016.05.18. HU09-0015-A1-2013 4
KUTATÁSMÓDSZERTAN Az ipari csapadékvíz hasznosító rendszer fejlesztésének és monitorozásának algoritmusa 2016.05.18. HU09-0015-A1-2013 5
ELŐZMÉNYEK Gastor Baromfi Kft. baromfifeldolgozó üzeme EKHE 7. Erőforrások felhasználása c. pontja szerinti felülvizsgálat energia felhasználás csökkentése és hatékonyabbá tételének lehetősége a telephelyen felhasznált összes vízmennyiség csökkentésének lehetősége Módosított engedélyes tervdokumentáció: csapadékvíz gyűjtése homokfogóval megoldott mechanikai tisztítás szervesanyag-feldúsulás és berothadás megelőzésére levegőztetés lehetséges felhasználás: göngyöleg mosása és az evaporatív kondenzátorok hűtése 2016.05.18. HU09-0015-A1-2013 6
ALTERNATÍV HASZNOSÍTÁSI PONTOK Technológiai víz-igény üres rekeszek mosása (előmosó, főmosó, fertőtlenítő), Bátortrade Kft. biogáztermelő üzeméből 75 C hőmérsékletű víz, gázkazánnal ráfűtés hús-előhűtés: ammóniás hűtési rendszer, (evaporatív kondenzátor) megfelelően kezelt, lágyított víz igény Eredeti technológia szerinti vízellátás: vezetékes ivóvíz, vízkeménység állandó 2016.05.18. HU09-0015-A1-2013 7
CSAPADÉKVÍZ-MINŐSÉG Változó BFT Min. BFT Max. GMT Min. BFT: baromfifeldolgozó tetőzete; GMT: göngyölegmosó tetőzete; SZT: szabadtéri mintavétel *201/2001. (X.25.) Kormányrendelet; **MSz 12749 szerinti kiváló állapot A biogáz hőtartalmának technológiai melegvízként való hasznosításával egybekötött csapadékvíz-hasznosításhoz nem kedvező a hozzákevert csapadékvíz (BOI 5 ) Az ammónia rendszer vízigényének lágyvízzel történő részleges kiváltása előnyös (párolgási veszteség miatt sókoncentráció-növekedés, vízkőkiválás okozta hőátadási hatásfokromlás) 2016.05.18. HU09-0015-A1-2013 8 GMT Max. SZT Min. SZT Max. * ** ph 5,6 6,2 5,7 6,3 4,8 5,9 6,5 9,5 6,5-8 Vezetőképesség, us/cm 25 38 19 50 15 41 Redoxipotenciál, mv 34 70 27 67 49 112 Keménység, mg/l 18 18 18 36 18 18 5 35 <2500 <500 BOI5, mg/l 5,0 7,5 4,0 8,5 4,0 16,0 <4 Oldott Szerves Szén, ug/l 1,8 3,8 2,3 5,2 2,2 4,3 Szervetlen szén, ug/l 4,3 5,2 4,5 5,7 4,2 9,7 Lebegőanyag, ug/l 79 97 77 125 80 83 Zavarosság, NTU 2,3 3,3 2,1 6,3 2,9 4,2
(mm) CSAPADÉKVÍZ- MENNYISÉG Évi csapadékmennyiségek átlaga: 50 éves idősor alapján 589,7 mm/év; 100 éves idősor alapján 566 mm/év havi csapadékátlag 50 mm 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 100 éves havi csapadékátlagok, valamint ezek százalékos aránya (%) a csapadékmennyiség 100 éves átlagában (Nyírbátor) 38,7 35,1 31,9 43,3 61,7 75,7 63,5 58,8 42,7 41,9 48,1 48,3 6,6 6,0 5,4 7,3 10,5 12,8 10,8 10,0 7,2 7,1 8,2 8,2 Átlag % Hónap Legkevesebb: január-február-március, ez havonta az éves csapadékmennyiség 5,4-6%-a. 2016.05.18. HU09-0015-A1-2013 9
CSAPADÉKVÍZ- MENNYISÉG Csapadékeloszlás, szélsőséges csapadékesemények Az eltérés jellege Az eltérés sorrendje év Csapadék (mm) Csapadék Az eltérés jellege Az eltérés sorrendje év 1 2001 115 (mm) 2 1897 86 1 1974 233 kiugró magas 3 1962 86 2 1965 204 4 1988 76 kiugró magas 3 1953 190 5 1987 69 4 1973 168 1 1903 0 5 1954 164 2 1974 1 1 1950 9 kiugró alacsony 3 1973 3 2 1931 11 4 1953 3 kiugró alacsony 3 1968 13 5 1950 3 4 2000 20 2016.05.18. 5 1994 HU09-0015-A1-2013 24 10
MENNYISÉGI VÍZIGÉNY Tetőfelületek nagysága 7402 m 2, lefolyási tényező: 0,9; azaz 3767 m 3 /év csapadékmennyiség gyűjthető göngyölegmosás technológiai melegvíz-igénye: 64m 3 /nap, éves szinten 16%-a lehet biztosítható az összegyűjthető csapadékmennyiséggel, és a folyamatos vízáramhoz való hozzákeverés aránya a rendelkezésre álló csapadékmennyiségtől függ evaporatív kondenzátorok vízigénye: 2400 l/h térfogatáram, éves hűtővíz-igény 9500 m 3, párolgási veszteség 20%, vízvisszaforgatás nincs 40%-a váltható ki csapadékvízzel 2016.05.18. HU09-0015-A1-2013 11
IPARI HŰTŐRENDSZEREK KÖRNYEZETI TELJESÍTMÉNYE Hűtővíz-fogyasztás: recirkulációs hűtőrendszerekben nő a koncentrációs tényező, lerakódások megelőzése (több vegyi adalékanyag hűtővíz előkezelésével, vagy a párologtató medencék és a különböző ipari egységek vízellátó rendszerének összekapcsolásával) átfolyó rendszerűek, vízfelhasználásuk jelentős pl. evaporatív kondenzátorok A csapadékvíz gyűjtő és kezelő rendszerhez kapcsolva a hűtőrendszeren átvezetett vezetékes ivóvíz-igény csökken Energiaigény: energiafelhasználás függ a vízmennyiségtől és a vízkivétel helyétől. csapadékvíz-hasznosítás esetében a csapadékvíz-gyűjtő és elosztó hálózat működtetéséhez szükséges szivattyúk és légbefúvók energiaigénye révén nő Környezeti hőterhelés: megfelelő felület és tartózkodási idő és/vagy előhűtés 2016.05.18. HU09-0015-A1-2013 12
IPARI HŰTŐRENDSZEREK KÖRNYEZETI TELJESÍTMÉNYE A vízminőségből eredő problémák: a hűtőberendezés korróziója, amely szivárgáshoz vezethet vízkőképződés, amely a hőátadás hatásfokát csökkenti Adalékanyag kibocsátás csökkentése: a környezetet kevésbé károsító vegyi kezelés a vegyi anyagok leghatékonyabb módon való alkalmazása a vízkezelés szükségességének csökkentése Hígító hatása a csapadékesemények függvényében változó mértékben ugyan, de az összes oldott sótartalom csökkenését eredményezi a hűtőberendezés hőátadási hatásfokának fenntartása mellett a lágyításhoz felhasznált vegyi anyagok kisebb volumenű felhasználása, a savazással történő karbantartás gyakorisága csökken 2016.05.18. HU09-0015-A1-2013 13
A CSAPADÉKVÍZ- HASZNOSÍTÁS ENERGIAMÉRLEGE Többlet energiafelhasználás: csapadékvíz-gyűjtő és elosztó rendszer működtetése átemelő medencébe torkoló csatornák mértékadó vízhozama Q = 49 l/s mértékadó hozam 10 perces csapadékra: 29,4 m 3 víz szabad tározókapacitás V = 7,8 m 3 21,6 m 3 vizet kell átemelni 36 l/s vízszállító képességű szivattyúteljesítmény szükséges szervesanyag-feldúsulás megelőzése: diffúzor 40 m 3 /h légkompresszor-kapacitás (p = 10 bar) szükséges 2016.05.18. HU09-0015-A1-2013 14
MÉRETEZÉS csapadékgyûjtõ Plan: 01 2015.05.26. 0.137 0.098 0.001 0.076 0.051 0.001 Legend WS PF 1 WS PF 2 WS PF 4 Ground Bank Sta 0.170 0.023 vízszállító képesség és a vízsebesség 0.032 zárt csatornák vízszállításának meghatározása hidraulikai modellezés keresztszelvény méretezése nyomóvezeték méretezése gépegységek méretezése típusjavaslatok (teljesítmény, telepítés, karbantartás): FLYGT CP3127 típusú búvárszivattyú 0.152 JÄGER típusú diffúzor Aerzen GM típusú légkompresszor 0.02 0.001 0.089 2016.05.18. HU09-0015-A1-2013 15
MŰSZAKI TERV A csapadékvíz standard minőségi jellemzői közül az összes sótartalom, a BOI és a ph értékek térnek el a korábbi technológiai vízhez képest. A csapadékvizet jellemző savas kémhatást csak a széndioxid okozta, ami az I. sz. medencébe telepített diffúzorral kezelhető. A levegőztetés a csapadékvíz BOI-tartalmát is csökkenti, ami esetenként elérheti a közepesen terhelt szintet. Technológiai szempontból a tervezett szivattyúk a 10 perces csapadékra vonatkozó mértékadó vízhozam 100%-át át tudják emelni. A szükséges kompresszorok és levegőztetők a kereskedelmi forgalomban rendelkezésre álltak. A csapadékvíz-gyűjtő hálózatban modell-szimulációk alapján a rendszerben kockázatos hidraulikai tartományok nem alakulnak ki. 2016.05.18. HU09-0015-A1-2013 16
RENDSZER-MONITORING EREDMÉNYEK Az ipari csapadékvíz hasznosító rendszer fejlesztésében megvalósult az új ejtőcsövek, gyűjtőcsövek és a nyomóvezetékek, az átemelő akna és a homokfogó akna rendszerbe építése és beüzemelése, a III. sz. fedett csapadékvízgyűjtő medence felépítése, az I. sz. csapadékvízgyűjtő medencébe, amely biológiai tisztítóműként is szerepel, beépítésre kerültek a levegőztető és díffúzor egységek. Az egységes technológiai rendszer próbaüzeme sikeres volt. A rendszerteszelés, optimalizálás és finomhangolás a csapadékesemények regisztrálása, a rendszer viselkedésének monitorozása és a vett minták alapján történt. 2016.05.18. HU09-0015-A1-2013 17
RENDSZER-MONITORING Az ipari csapadékvíz hasznosító rendszer monitoring pontjai 1. 3. 2. 2016.05.18. HU09-0015-A1-2013 18
RENDSZER-MONITORING EREDMÉNYEK Az ipari csapadékvíz hasznosító rendszer monitoring eredményei Mért BOI 5 értékek Dátum ÁT BM KM 2016.03.07 ma ma ma 2016.03.11 ma ma ma 2016.03.16 8 mg/l ma ma Jelmagyarázat: BOI 5 : 5 napos biológiai oxigénigény ÁT: átemelő tartály BM: biológiai medence (levegőztetés) KM: az evaporatív kondenzátor medencéje ma: méréshatár alatt Közepes vízminőség (MSz. 12749) TETŐ +CSATORNÁK ÁTEMELŐ LEVEGŐZTETŐ M. KONDENZÁTOR M. Az átemelőben egy alkalommal előfordult 8 mg/l BOI érték a levegőztető medence után a méréshatár alá csökkent. 2016.05.18. HU09-0015-A1-2013 19
RENDSZER-MONITORING EREDMÉNYEK Az ipari csapadékvíz hasznosító rendszer monitoring eredményei Összegzés: Az eddigi adatok alapján valószínűsíthető, hogy a tetőről összegyűjtött csapadékvíz nem tartalmaz jelentős mennyiségű biológiai összetevőt. A levegőztető medence megbízhatóan kezeli a szerves szennyezőket A kezelt csapadékvíz minőségében a levegőztető medence és a kondenzátor medence közötti szakaszon nem észlelhető biológiai minőségváltozás A potenciális szennyező források közül a legvalószínűbbek: Állati ürülék (madarak) Légszennyezés (légmozgásokkal és csapadékkal történő szállítás) Por felgyülemlése a tetőn Egyéb szerves anyagok (pl. rovarok, pollen, spórák stb.) 2016.05.18. HU09-0015-A1-2013 20
PROJEKTEREDMÉNYEK DE Megjelölt mennyiségi és minőségi igények és alternatív hasznosítási technológiai pontok, javaslattétel az optimális hasznosítási megoldásra az anyag- és energiamérleg számítási eredmények alapján. A beruházást támogató csapadékvíz-gyűjtő, -elosztó és -tisztítási technológia, valamint monitoring hálózati terv javaslat. Az értékelésekhez és javaslattételhez felhasznált, valamint rendszermonitoring során gyűjtött, mért, számított adatok rendszerezett adatbázisa, rendszermonitoring eredmények alapján optimalizált csapadékvíz-kezelő rendszer. Normálüzemben finomhangolt, működő hő- és csapadékhasznosító rendszer. 2016.05.18. HU09-0015-A1-2013 21
A DE munkacsoportjának tagjai: Dr. Kovács Elza egyetemi docens Dr. Juhász Csaba egyetemi docens Dr. Pregun Csaba egyetemi adjunktus Bozsik Éva PhD hallgató Vállalati konzulens: Gebei Miklós műszaki vezető e-mail: palyazat@gastor.hu 2016.05.18. HU09-0015-A1-2013 22