Strategie oczyszczania ścieków redukują emisje gazów cieplarnianych
Finansowany z unijnych funduszy projekt GREENCOST oparty był na wykorzystaniu modelów matematycznych w celu wypracowania przewodnika zarządzania oczyszczalniami ścieków. Punktem wyjścia było studium przypadku innowacyjnego procesu, znanego jako „Zintegrowany system beztlenowego reaktora metanogenicznego oraz bioreaktora membranowego w celu zaspokojenia chemicznego zapotrzebowania na tlen oraz eliminacji azotu ze ścieków”. Przeprowadzono ocenę cyklu życia procesu prototypowego oraz zidentyfikowano negatywne efekty w kontekście globalnego ocieplenia i eutrofizacji jako główne oddziaływania na środowisko oczyszczalni ścieków. Następnie, opracowano strategie obsługi oczyszczalni ścieków stosownie do celów administratora np. maksymalizacji eliminacji środków odżywczych, minimalizacji śladu węglowego lub minimalizacji śladu węglowego, wymaganego do usunięcia środków odżywczych. Wykorzystano symulacje komputerowe, by określić, które strategie operacyjne doprowadzą do optymalnej skuteczności w zależności od przyjętych celów. Te zmiany operacyjne obejmowały zmienne operacyjne, takie jak czas przebywania, objętość komory anoksycznej zakładu, czas zatrzymywania osadów stałych, poziom rozpuszczonego tlenu oraz prędkość recyrkulacji. Model umożliwił również naukowcom rozpoznanie grup drobnoustrojów, które sobie świetnie radzą przy odrębnych strategiach operacyjnych, dostarczając administratorom ważnego wglądu odnośnie procesu. Wyniki świadczyły o tym, że modelowanie matematyczne jest użytecznym narzędziem w ograniczaniu oddziaływania oczyszczalni ścieków na środowisko. Okazało się szczególnie wartościowe w ograniczaniu efektu cieplarnianego w kontekście globalnego ocieplenia nowych kompleksowych oczyszczalni ścieków, nie zakłócając głównej funkcji zakładu, polegającej na otrzymywaniu czystej wody ze ścieków. Dane uzyskane z analizy matematycznej wykorzystano również w celu zaprojektowania w pełni operacyjnego systemu regulacyjnego, który ostatecznie ma zostać zamontowany w prototypach zakładów. Ważną zaletą regulatora jest zdolność sterowania śladem węglowym zakładu oraz jakości ścieków. W ramach projektu GREENCOST wypracowano również narzędzia, służące do analizy danych w celach oceny i porównania zużycia energii w rzeczywistych oczyszczalniach ścieków. Podstawowe metody porównawcze pogrupowano w trzy klasy - wskaźniki proporcjonalne, techniki statystyczne oraz techniki programistyczne - dla każdej określono zalety i wady. Odkrycia, poczynione w toku projektu, odegrały zasadniczą rolę w opracowaniu metodologii pomiaru i redukcji nakładów energetycznych w rzeczywistych oczyszczalniach ścieków.
Słowa kluczowe
Oczyszczanie ścieków, gaz cieplarniany, globalne ocieplenie, GREENCOST, eutrofizacja