Prof. Dr. Mustafa Öztürk (Köşe Yazısı)- Dünyadaki elektrik enerjisinin %2’sinden fazlası, su temini ve atık su arıtımı için kullanıldığı tahmin edilmektedir.
Atıksu arıtma tesisleri (ATT) yüksek miktarda enerji tüketen işletmeler olduğu gibi, büyük bir enerji potansiyelini de barındırmaktadırlar.
Günümüzde artan enerji maliyetleri ve üretilen elektrik enerjisindeki yüksek fosil yakıtlar nedeniyle atıksu arıtma tesislerinde elektrik tüketiminin hem parasal hem çevresel maliyeti çok yüksektir.
Atıksu arıtma tesislerinde spesifik enerji tüketimi 0,28 kWh/m3 ila 0.61 kWh/m3, 27.4-47.9 kWh/kişi*yıl ve 0,55-1,10 kWh/kg arıtılmış KOI, arasında değişir. Atıksu arıtma tesislerinde ideal toplam enerji tüketimi 16,6 kWh/(kişi*yıl’dır.
Çin’de 1856 AAT’de yapılan bir çalışmada 1 m3 atıksu arıtımı için 0,29 kWh elektrik enerjisi tüketildiği tespit edilirken bu değerin Japonya’da 0,26 kWh/m3 ve ABD’de ise 0,20 kWh/m3 olduğu ifade edilmektedir.
Almanya’da tüketilen 600 TWh/yıl toplam enerjinin atıksu arıtma tesislerinde enerji tüketimi 4,4 TWh/yıldır. Toplam enerji tüketimindeki arıtma tesislerinde tüketilen oran %0,7’dir. Bu değer yıllık 3 milyon ton CO2’e eşdeğerdir.
İngiltere’de atıksu arıtma endüstrisinde tahminen 7703 GWh/yıl enerji tüketildiği, enerji yoğun sektör olduğu, yılda 5 milyon ton sera CO2 salımladığı ve bu miktarın ülkedeki toplam sera gazı (GHG) salımının yaklaşık %1’ine tekabül ettiği tespit edilmiştir.
AAT’lerinin büyüklüğü arttıkça elektrik tüketimi azalır. Yani, 3600 m3/gün kapasiteli bir AAT işlemesinde 0,5 kWh/m3 elektrik enerjisi tüketilirken 323.000 m3/gün kapasiteli AAT işlemetsinde yalnızca 0,22 kWh/m3 elektrik enerjisi tüketilir.
Japonya’da 985 atıksu arıtma tesisinde yapılan bir çalışmada, giriş atıksu debisi 600 ila 283,000 m3/gün arasında değişen ve yakma ünitesi olmayan klasik atıksu arıtma tesisinde spesifik enerji tüketimi 0,30 ila 1,89 kWh/m3 arasında değişmektedir. Yapılan çalışma, atıksu debisi artıkça spesifik enerji tüketiminin azaldığını göstermektedir.
AAT’lerinde toplam enerjinin yaklaşık %50-60’ı havalandırma ünitesinde tüketilmektedir.
AAT’lerinde enerji tüketimleri arıtılan atıksu debilerine ve eşdeğer nüfuslara göre değişmektedir. AAT’lerinin özgül enerji tüketimleri giriş atıksu debisinin ve eşdeğer nüfusun artmasıyla azalmaktadır.
AAT’leri enerji nötral çalışmasına altlık oluşturmak ve sera gazı emisyonunu azaltmak için toplamda ve her bir ünitede tüketilen enerji miktarlarının tespit edilmesi gereklidir. Her bir ünitede ve toplamda enerji tüketimi verileri tespit edilirse işletme bazında enerji tüketiminin azaltılması ile ilgili yol haritası ortaya konabilir.
AAT’leri enerji arıtma tesislerinin fiili toplam enerji kullanım verileri aylık ve yıllık olarak temin edilebilir. Ancak, arıtma tesislerinde ünite bazında fiili enerji tüketim değerleri çoğu tesislerde mevcut değildir. Bu nedenle, tesiste bulunan her bir ünite ayrı ayrı incelenmeli, ünitelerin sayıları, kurulu güçleri ve günlük çalışma süreleri dikkate alınarak enerji tüketim miktarları hesaplanmalıdır.
Evsel atıksu arıtma tesislerinin genel olarak üniteleri;
- Terfi merkezleri,
- Ön arıtma üniteleri,
- Biyolojik arıtma ünitesi,
- Çamur yoğunlaştırma, susuzlaştırma ve kurutma,
- Diğer üniteler,
olarak sınıflandırılır.
Her bir ünitede güç cihazlarının enerji tüketimi Fluke’un üç fazlı güç ve enerji kaydedicileriyle elektrik enerjisi tüketimi ve maliyetleri kontrol edilebilir. Nerede ve ne zaman güç tüketildiği tespit edilebilir ve enerjinizi verimli kullanmak için gereken önlemleri alabilir. Fluke’un kaydedicileri, enerji kullanımını devamlı olarak kaydederek tasarruf imkanlarını hızla ve kolayca tanımlamasında yardımcı olur ve hızlı bir yatırım getirisi sağlar. Fluke’un üç fazlı güç ve enerji kaydedicileri, enerji tasarrufları için delil niteliğinde kapsamlı bir veri ve rapor yelpazesi sunar.
Her bir ünitede elektrik enerjisi tüketimi;
Denklemi ile hesaplanır. Burada Ep; spesifik enerji tüketimi, kWh/m3, Q; toplam atıksu debisi, m3/gün, P, elektrikli motorun kilovat cinsinden nominal gücü (kW) ve T, çalışma saati (saat/gün)’dir.
Atıksu arıtma tesislerinde elektrik enerjisi tüketen güç cihazlarının (terfi merkezindeki pompalar, pompalar, blowerlar, yüzeysel havalandırıcılar, motorlar, elekler, kum karıştırıcı, kum tutucu blowerlar, geri dönüş sıvı pompaları, geri yıkama motoru, köprüler, dekantör -susuzlaştırma-, anoksit karıştırıcı gibi) envanterleri çıkartılır. Her bir atıksu arıtma tesisi sahasında arıtma ünitelerinde ekipman tipleri, ünite sayıları, nominal güçleri (ölçülerek belirlenebilir), çalışma süreleri, çalışma esnasında atıksu debisi ve spesifik enerji tüketimi ünite ünite belirlenir (Tablo 1).
Tablo 1. Elektrik Tüketiminin Ekipmana Göre Dağılımı ve Sahada Kurulu Bulunan Küme Elektrik Veri Kaydedicilerinden Toplanan Veriler İle Karşılaştırılması
Tablo 1’de verilen her bir ünitede fiili olarak çalışan ekipmanların sayılarına, nominal güçlerine ve çalışma sürelerine göre veriler tespit edilir.
Fluke’un (Fluke 1735 and Fluke 435 II) üç fazlı güç ve enerji kaydedicileri ile AAT’deki her bir ünitenin ekipmanının enerji tüketimi (kW) birimi cinsinden 4 hafta boyunca her 15 dakika süreyle ölçülür ve debi metre ile atıksu debileri (m3/saat) tespit edilir. Bu veriler ışığında her bir ekipman tipinin spesifik enerji tüketimi (kWh/m3) hesaplanır.
Diğer yandan, gece gündüz, hafta içi ve hafta sonu ve yağışlı-kuru havalarda her bir ünite ekipmanında enerji tüketim ve atıksu debisi ölçümleri yapılır.
Diğer yandan ısıtma, soğutma ve aydınlatmada tüketilen enerji miktarları tespit edilmeli ve toplam enerjiden çıkartılarak işletmede kullanılan enerji miktarı belirlenmelidir. Isıtma, soğutma ve aydınlatma (elektrik şebekesi) için gerekli enerji kullanımı tesis enerji tüketiminin %6’sı olarak alınmaktadır.
Hesaplama sonucu elde edilen spesifik enerji tüketim verileri, ideal şartlarda enerji tüketimi ile karşılaştırılması yapılır. Elde edilen verilere göre her işletmenin her bir ünitesinde enerji tüketimini azaltmak için çözüm yolları geliştirilir. İdeal şartlarda her birimde tüketilen enerji miktarı, (kWh/(kişi*yıl)) cinsinden Tablo 2’de verilmiştir.
Tablo 2. İdeal Bir Evsel Atıksu Arıtma Tesisi Ünitelerinde Tüketilen Elektrik Enerjisi Miktarı
Tablo 2 incelendiği zaman en büyük enerji tüketiminin havalandırma ünitesinde olduğu görülmektedir.
Burada en önemli husus arıtma tesisinde normal şartlarda arıtılan suyun deşarj standartlarını sağlamasıdır. Atıksu arıtma tesislerinde arıtılmış su deşarj standartlarını sağlanmak şartı ile her bir ünitede enerji tüketimleri ve bedellerine göre tesiste yapılması gereken yol haritası ortaya konarak hem enerji bağımlılığı ve işletme maliyeti minimize edilebilir hem de sera gazı CO2 salımı düşürülebilir. Böylece artan enerji maliyetleri AAT’nin her bir ünitesinde kontrol altına alınabilir.
AAT’de kWh cinsinden enerji tüketimi karşılığı sera gazı CO2 salımı;
denklemi kullanılarak hesaplanır.
Atıksuların deşarj standartlarını sağlayacak şekilde arıtılmasında spesifik enerji tüketimi optimizasyonu ve verimli kullanımı için her bir ünitede spesifik enerji tüketiminin (kWh/m3) tespit edilmesi ve verilerin değerlendirilmesi verimli yönetim için oldukça önemlidir.
Prof. Dr. Mustafa Öztürk
Teknik Danışman
Diğer Köşe Yazıları İçin enerjiportali.com/yazarlar/ Bağlantısını Ziyaret Edebilirsiniz.
