Пречистителна станица за отпадни води која користи зелена енергија

Заштитата на животната средина преку имплементација на пречистителни станици за отпадни води (ПСОВ) претставува сложен процес во кој се потребни значителни финансиски средства за нивна изградба, како и за нивно управување и одржување особено во делот на потрошувачка на електричната енергија. Покрај високата потрошувачка на електрична енергија, посебен проблем претставува управувањето со издвоениот отпад – милта при процесот за пречистување на отпадната вода. Тоа ги прави овие системи значителни финансиски потрошувачи, каде што бенефитот од нивната изградба претставува само заштитата на животната околина. Поради тоа, нивната имплементација во земјите во развој како што е нашата држава, доаѓа доста подоцна во споредба со поразвиените земји.

Поинтензивна изградба на ПСОВ во нашата држава се забележува последните неколку години благодарение на финансиската поддршка на европските претпристапни фондови (ИПА), како и на Швајцарскиот државен секретаријат за економски работи SECO. На слика 1 прикажана е динамиката на реализирани и планирани ПСОВ во нашата држава. Од сликата се забележува дека до денес се реализирани околу 27 отсто од потребниот капацитет, а планираниот до 2025 година би требало да достигне нешто над 70 отсто. Од тоа може да се заклучи дека во наредните неколку години планирано е да имаме зголемен интензитет на нивна имплементација.

Динамика на изградба на ПСОВ во Република Северна Македонија

Концепт на ПСОВ со минимални оперативни трошоци

Имајќи го предвид претходното се поставува прашањето, дали е можно и на кој начин да се намалат оперативните трошоци на ваквите системи кои често се именувани како „интензивни финансиски потрошувачи“, посебно преку намалување на трошоците за електрична енергија, како и редуцирање на трошокот за управување со издвоениот отпад – милта од процесот на прочистување.

Се разбира дека тоа е возможно, и токму претходните две барања се основа при современото проектирање, изградба и управување на пречистителните станици за отпадни води. Главни критериуми за постигнување на претходно зацртаната цел за наредниот планиран развој во нашата држава треба да бидат следните:

1. Примена на ефективен систем за третман на отпадна вода согласно на меѓународни стандарди
2. Можност за лесно проширување на ПСОВ
3. Постигнување на ниска потрошувачка на енергија – употреба на зелена енергија
4. Постигнување на стандарден висок квалитет
5. Примена на докажани, сигурни технологии (лесни за одржување)
6. Примена на технологија за компостирање

Примената на концептот „зелена енергија“ кај планираните наредни ПСОВ во нашата држава, треба да подразбира:

1. Ниска потрошувачка на енергија со оптимизирани проектни процеси
2. Ниска потрошувачка на енергија со користење на ефективна опрема
3. Резерви во опрема за работа главно во текот на денот и сончева енергија

10. Употреба на фотоволтаици

11. Дополнителна употреба на биогас

12. Можност за компостирање на издвоениот отпад

ПСОВ „Кочани“ – позитивен пример во тој правец

За прв пат во нашата земја се изгради ПСОВ во Кочани каде при нејзиното проектирање основните услови беа да се направи станица која ќе има минимална потрошувачка на енергија притоа ќе се користат сите расположливи обновливи извори на енергија – во случајов тоа беше сончевата енергија и енергијата од биогас кој се добива од вишокот на мил, исто така како важен услов при проектирањето на станицата беше да се направи можност остатокот од отпадната материја да може да се користи како земјоделско ѓубриво. Со вака зададените услови практично се проектира и изгради најсовремена пречистителна станица во поширокиот регион, која претставува најдобар концепт за циркуларна економија.

Пречистителната станица за отпадни води во Кочани е една од најголемите инвестиции во Кочани во последните 50 години, и воедно најголемата донација на Одделот за економска соработка и развој на Швајцарскиот државен секретаријат за економски работи SECO во Северна Македонија вредна 21 милион швајцарски франци, исто така 1,8 милиони швајцарски франци беа обезбедени од Министерството за животна средина и просторно планирање, 300.000 франци од буџетот на Општина Кочани, а потоа се обезбедија и дополнителни 180.000 франци од буџетот на Северна Македонија предвиден за пречистителната станица за изработка на физибилити студија со која се потврдува можноста за техничка изводливост за приклучувањето на Виница во ПСОВ Кочани. Главен изведувач на работите при реализација на проектот беше Германската фирма WTE Wassertechnic GmbH од Есен, како подизведувач на градежните работи беше ЖИКОЛ од Струмица, а проектната документација беше направена од Урбани води инженеринг од Скопје и Градежен факултет од Скопје. Надзорот на реализација на проектот беше од EBP од Швајцарија.

ПСОВ во Кочани е изградена во близина на Оризарска Река, (сл. 2) околу шест километри југозападно од градот Кочани и 500 метри југозападно од најблиското населено место Мојанци. Со вака предвидената концепција за регионално прочистување на отпадните води вкупниот еквивалентен број на жители кои ќе ги опслужува ПСОВ Кочани изнесува 65.000 ЕЖ, односно вкупната количина на отпадна вода за која хидраулички е димензиониран механичкиот третман од ПСОВ Кочани изнесува 710 m³/h, додека биолошкиот процес е димензиониран на 1.000 m³/h во нормална функција додека со бајпас вкупната количина на отпадна вода достигнува 1.400 m³/h. Проектираните концентрации на загадувачки материи во инфлуентот изнесуваат: ХПК (COD) 7.800 kg/d, БПК (BOD) 3.900 kg/d, СМ (SS) 4.550 kg/d, вкупен азот (TKN) 715 kg/d, вкупен фосфор (TP) 130 kg/d.

Со проектирањето и изградбата на ПСОВ Кочани се гарантира дека ќе се обезбеди минимална редукција на ХПК (COD) од 75 %, БПК₅ (BOD₅) од 70 до 90 %, СМ (SS) од 90 %, вкупно азот (N_tot) од 70 до 80 %.

Локација на ПСОВ „Кочани“

Задоволувањето на претходните критериуми за квалитет на прочистената вода е обезбедено со примена на SBR-технологија. Основните процеси на линијата на водата и на одвоениот отпад  се прикажани на технолошката шема на слика 3. Ситуациониот распоред на објектите на понудената ПСОВ за Кочани е прикажана на сл. 4, каде е предвидено проширување на станицата во нареден период со изградба на втора фаза. На линијата на водата, применети се: претходни, примарни и секундарни процеси на прочистување. За управување со ПСОВ на влезот предвидена е и изградена е административна зграда, во која е сместен современ SCADA систем (сл. 6). Во групата на претходни – механички процеси (сл. 7), применети се: груба решетка за отстранување на првичното крупно загадување, влезна пумпна станица, фина решетка, и аериран таложник за песок. Како примарен процес, применет е хоризонтален примарен таложник. Милта која се отстранува во примарниот процес се носи во делот за третман на милта. Во делот на биолошкото пречистување се врши отстранување на колоидната и растворената форма на јаглерод како и редукција на азотни елементи преку нитрификација и денитрификација.

Со цел да се постигне највисока можна оперативна флексибилност, предвиден е систем со секвентен биолошки реактор (SBR) за третман на биолошки активната мил (сл. 8). SBR- технологијата претставува модификација на конвенционалниот процес на активна мил. Во процесите на SBR сите чекори на биолошкиот третман и сепарацијата на цврстите/течните материи се извршува во еден реактор во тек на дефинираниот циклус на процесот.

Во процесот на SBR, отпадната вода се пречистува со помош на бактериски флокули во милта, која се нарекува и „активна мил“. Доколку SBR се спореди со конвенционалниот систем за активна мил, импонира со некои предности како што се компактна структура во основа, прилагодување на системот на варијациите на квалитетот на отпадната вода, ниски годишни експлоатациони трошоци поради флексибилноста на системот, заштеда на биолошки простор и способност да продуцира конзистентно висок квалитетот на ефлуентот меѓу другото. SBR ја овозможува бараната флексибилност во Кочани, со земање предвид на перспективната надградба до 65.000 ЕЖ и отстранувањето на азот, со што ја прави како најсоодветна технологијата за ПСОВ во Кочани. Во процесот е предвидено во SBR-реакторите да се врши отстранување на јаглерод и азот. Стабилизацијата на милта се спроведува со анаеробна дигестија која следува во продолжение. Фазата на третман во SB-реакторите се извршува во вид на батерија со пет (5) независни реактори, поставени во еден ред, каде за ПСОВ Кочани е усвоен Глобален цикличен план (ГЦП) за период од четири часа со цел да се постигне економично работење на циклусот на процесот. Притоа значајно е да се спомене дека SBR-технологијата се применува како целосно автоматизиран оперативен процес. Процесот овозможува оптимизирање на секвенционирањето на сите активности помеѓу реакторите земајќи ги предвид варијациите на проточните количини во постројката.

Поглед на објектите на ПСОВ „Кочани“

Како и кај другите технологии за пречистување на отпадна вода така и во оваа неминовна е појавата на вишок на мил кој е третиран на тој начин што сета мил што се произведува во постројката се обработува за да се добие стабилизиран и кондициониран продукт за земјоделска намена, така предвиден е анаеробен процес за стабилизација (сл. 9) со комбиниран третман на примарната мил и вишокот мил, како и на маснотиите и маслата. Наведениот технолошки процес гарантира производство на биогас кој претставува реагенс за производство на топлинска и електрична енергија со што се намалуваат трошоците за управување со ПСОВ Кочани, исто така во процесот на дигестија се редуцира и волуменот на мил. Истовремено, бројот на патогени бактерии во милта се намалува. По завршување на процесот, милта е стабилизирана така што не се очекува емисија на непријатен мирис од истата. Покрај тоа, милта подложена на дигестија се карактеризира со подобрена водонепропусност, подвижност и акумулациони својства. Понатака е предвидено користење на биогасот кој се отстранува во горната зона на дигестерот. Потоа биогасот се складира под притисок во двоен мембрански резервоар за гас со волумен од 800 m³ кој овозможува време на складирање од 14 часа, додека биогасот кој не може да се конвертира во електрична и топлинска енергија се гори во инсталиран уред за гас. Тука треба да се нагласи дека, волуменот на резервоарот за биогас е така определен за да го акумулира гасот произведен преку ден, кога имаме производство на електрична енергија од фотоволтаиците, и за негова употреба преку ноќ, кога немаме производство на ЕЕ од фотоволтаиците.

По процесот на анаеробна стабилизација милта се носи во резервоар за стабилизирана мил со волумен од 300 m³. По згуснувањето милта се носи на обезводнување бидејќи за нејзино крајно одлагање, мора да се обезводени заради нејзино понатамошно манипулирање и значителната редукција на волуменот. Во текот на овој процес истата се хомогенизира со инсталиран уред за мешање. Поради високите перформанси на предвидената опрема при обезводнувањето се постигнува висока содржина на сува материја, што резултира во значителна редукција на волуменот и во подобар енергетски баланс на целиот систем. Вака обезводнетата мил наместо да се депонира на депонија истата се носи на процес на компостирање (сл. 10) кој е предвиден во рамки на ПСОВ Кочани и е сместена во близина на техничката зграда за третман и е во директна врска со станицата за обезводнување. Процесот на компостирање е проектиран во две фази. Во првиот дел од процесот компостирањето се одвива во затворена вентилациона сала додека во втората фаза компостирањето е надворешно, при што двете фази се сместени во покриени хали со цел да се заштити процесот од врнежи. Условите за пречистената отпадна вода и повторната употреба на мил се исполнети, со користење на мезофилна дигестија за анаеробна стабилизација на милта и аеробна стабилизација со компостирање. Со цел да се спречи и избегне репродукција на јајца од инсекти во целата зона за складирање на милта ќе се користи универзална биолошка култура со растителни екстракти. Периодот за складирање на финално компостираната мил е 5 месеци.

Исто така со цел да се заштити животната средина во околина на ПСОВ Кочани при појава на непријатен мирис, предвидена е градба на постројки за пречистување на нечист воздух, каде во текот на третманот штетните воздушни загадувачи се конвертираат во безопасни материи.

Иако вака изградениот концепт претставува економски оптимално техничко решение каде дел од потребите на електрична и топлинска енергија ќе се обезбедат од построението за биогас, исто така од милта ќе се добива органско ѓубриво кое ќе се користи во земјоделието кое претставува значајна стопанска гранка во овој регион. Ако се знае дека значаен е потенцијалот за користење на сончевата енергија во овој регион каде има сончева радијација со просечна годишна густина на енергија на сончевото зрачење од 1530kWh/m², и фактот дека се располага со доволно простор на локацијата на ПСОВ Кочани изградена е фотонапонска електрична централа (сл. 11 и сл. 12).

Фотонапонската електроцентрала функционира врз основа на директна промена (конверзија) на светлосната енергија од сонцето во еднонасочна електрична струја, која ја вршат фотонапонските панели. Оваа еднонасочна струја, со инвертори синхронизирани со мрежниот напон, се трансформира во наизменична струја со 230 V / 50 Hz. Преку посебно излезно броило, произведената струја ќе може да се користи за потребите на ПСОВ Кочани или да се предава на дистрибутивниот систем на ЕВН Македонија. Вкупната инсталирана моќност на централата од фотонапонските панели изнесува 452.62 kW.

Со ваквиот применет концепт, ПСОВ „Кочани“ може да се прогласи како енергетски најефикасна станица во поширокиот регион.

Автори: проф. д-р Петко ПЕЛИВАНОВСКИ, дипл. град. инж.

доц. д-р Гоце ТАСЕСКИ, дипл. град. инж.

Универзитет „Св. Кирил и Методија“, Градежен факултет – Скопје