Jäteveden lämmöntalteenoton tarkastelu Kiteen jätevedenpuhdistamolla

Abstract

Jätevesi sisältää nesteeseen sitoutunutta lämpöenergiaa, joka poistuu pääosin käsitellyn jäteveden mukana. Suomessa vesihuoltolaitoksilla lämmöntalteenottojärjestelmien tunnettavuus on huono ja kustannustehokkaita teknisiä ratkaisuja ei ole juuri kartoitettu. Suomessa jäteveden lämmöntalteenottojärjestelmiä on rakennettu noin kymmenelle jätevedenpuhdistamolle, joissa lämpö hyödynnetään kiinteistön lämmityksessä sekä puhdistamon lämpimän käyttöveden tuotannossa. Hukkalämmön hyödyntämistä jätevedenpuhdistamoilla ja niille soveltuvia lämmöntalteenottojärjestelmiä tulisi selvittää enemmän. Opinnäytetyössä tarkasteltiin Kiteen keskustaajaman jätevedenpuhdistamon nykyisen lämmöntalteenottolaitoksen toimintaa ja etsittiin optimaalisinta lämmöntalteenottovaihtoehtoa kohteeseen sekä määritettiin laitoksen teoreettinen jäteveden lämpömassavirta. Teoreettisen lämpötehon tarkastelussa käytettiin aineistona laitoksen käyttötarkkailun jäteveden virtaama- ja lämpötilatietoja. Nykyisen jäteveden lämmöntalteenoton lämpökapasiteettia arvioitiin mitoitus- ja suunnitteluarvojen avulla. Jätevesikäyttöön soveltuvia lämpöpumppuja selvitettiin internet- lähteistä ja kysyttiin lisätietoja laitevalmistajilta. Lisäksi tehtiin karkealla tasolla jätevedenpuhdistamon energiantarveselvitys lämpöenergiantarpeen osoittamiseksi. Lämmöntarpeen ja teknisten olosuhteiden perusteella etsitettiin vaihtoehtoja optimaaliseksi lämmöntalteenottojärjestelmäksi, joksi osoittautui puhdistamolta lähtevää jätevettä höyrystävä lämpöpumppu. Nykyinen lämpöpumppu on jo käyttöikänsä päässä sekä heikentynyt tehontuotoltaan, joten sitä ei kannata saneerata, vaan korvata se uudella paremman lämpökertoimen omaavalla lämpöpumpulla. Puhdistamon teoreettinen kokonaislämpökapasiteetti on noin 700 kW, josta todennäköinen hyödynnettävä teho olisi alle 600 kW. Käytössä olleilla energiantarvetiedoilla lämpöpumpun tehontarve olisi 100- 200 kW. Lämpimän käyttöveden lämpötilavaatimuksen vuoksi lämpöpumpulla pitäisi olla käyttöveden priimaus tulistuslämmöllä. Mitoitusarvoja verrattiin markkinoilla oleviin lämpöpumppuihin. Jäteveden hukkalämmön hyödyntäminen rakennuksen energiantuotannossa ilmaisenergiana olisi kannattavaa. Ennen lämmöntalteenottojärjestelmän teknistä suunnittelua rakennukseen olisi tehtävä tarkempi energiantarve selvitys. Energiansäästöinvestointiin on mahdollista saada avusta, joka lämpöpumppujärjestelmille on ollut 10 - 15 % kokonaiskustannuksista.

The heat pump application for large industrial heat pumps is rare. The main sewer strands in all larger towns in Finland supply sufficient waste water as source of energy, which can be also used by the retrofit of sewer heat exchangers as heat source for large size heat pumps. The main focus of my study was analyse the function of the heat pump system in Kitee waste water treatment plant.. The monitoring data of WWTP was used as the main material for the result analysing. The data was saved in Excel- table for calculating. The total heat mass flow without losses was analysed with the temperature and flow of out-coming waste water. Technology needs was discussed in the context of existing technologies, which can be further optimized, as well as developing technologies that may provide new opportunities for heat recovery. Heat pumps suitable for waste water used were searched from internet and more information was asked from the device manufacturers. The collected information was for example type of compressor, COPvalue, flow to pump, temperature into pump and allowed temperature out of pump, thermal capacity, heat of evaporation temperature, condensation temperature and the costs of pump system. The options of the heat pump were founded on theoretical conclusions. The planned options were compared to dimensions of the ware heat pumps. In consideration the straight steaming heat pump was proved to be the optimized system in heat recovery of the waste water. The heat required of the heat pump was 100-200 kW. In theory total heat capacity of waste water is about 700 kW and capacity of being in use was on average 600 kW. As the result of high temperature demand for the hot water, there has to be used superheating power to extra heating. The existing heat pump has become to the end of its useful life. It had to be replaced with the heat pump with new energy efficiency. The heat energy in WWTP is demanded for heating, warm water, air heating and cooling if is possible). The usage of waste water heat pump was especially economical, with more than 5,000 population equivalents. Before starting technical detail planning of the new heat pump system, a report of the energy efficiency should be done. Waste water heat is free energy and it utilization is cost-effective and it also environmental friendly (less CO2 emissions). For energy saving investment, it is possible to get a financial support of 15 % of the total expenses. In this case, isn’t cost-effective to feed heat into district heating which could makes the utilization much more economical.