Konieczność minimalizacji skutków zmian klimatycznych wpływa i nadal niewątpliwie będzie istotnie wpływać na kształtowanie krajowej polityki środowiskowej i energetycznej. Konieczność ograniczenia emisji CO₂ będzie dotyczyć wszystkich gałęzi gospodarki, w tym również infrastruktury miejskiej,
a co z tym związane także gospodarki wodno-ściekowej. Cel ten można realizować na dwa sposoby: zwiększając udział w polskim miksie energetycznym nieemisyjnych źródeł energii (OZE, energia atomowa), lub poprzez zwiększanie efektywności energetycznej. Większość prac badawczych i wdrożeniowych koncentruje się na oczyszczalniach dużych (powyżej 100 tys. RLM), natomiast niewiele jest prac koncentrujących się na tym problemie w odniesieniu do oczyszczalni małych i średnich. Specyfikę stanowi tu fakt, że obiekty te mają ograniczone możliwości produkcji energii elektrycznej i cieplnej, zatem preferowanym modelem działania dla obiektów tej kategorii powinna być racjonalizacja, w mniejszym natomiast stopniu optymalizacja zużycia energii elektrycznej. Znaczna część dotychczasowych badań skupiała się na potencjale generacyjnym energii elektrycznej i cieplnej przez oczyszczalnie, przy czym badania te skupiały się na obiektach dużych. Dlatego w pracy doktorskiej zdecydowano się na przeprowadzenie badań określających możliwość racjonalizacji i potencjał do dalszej optymalizacji zużycia energii przez małe i średnie oczyszczalnie ścieków. Do badań wytypowano obiekt spełniający współczesne standardy, oddany do użytku w 2014r. reprezentatywny dla dużej liczby gminnych oczyszczalni powstałych w ramach dostosowywania polskiego sektora wodno-kanalizacyjnego do standardów Unii Europejskiej.
Badania prowadzono dwutorowo: na oczyszczalni traktowanej jako całość, a także osobno skupiono się na części biologicznej obiektu – ciągu technologicznym nr 2 (CT2) składającym się z dwóch reaktorów typu SBR wraz z urządzeniami towarzyszącymi. W trakcie badań sprawdzono wpływ poszczególnych czynników (dobowy przepływ przez oczyszczalnię, wielkość porcji ścieków trafiających do reaktora; usunięty ładunek zanieczyszczeń z grupy ChZT, BZT5, azotu ogólnego w kg/porcję_ścieków lub kg/d; temperatury ścieków i otoczenia; trybu pracy reaktorów) na zużycie energii i efektywność energetyczną oczyszczalni oraz procesów usuwania zanieczyszczeń. Do badań zasadniczych wytypowano dwa okresy – letni i zimowy w trakcie, których podjęto prace badawcze aby określić wpływ lokalnych warunków klimatycznych na zużycie energii i efektywność energetyczną przez oczyszczalnie, a także CT2. Przed rozpoczęciem pomiarów uzgodniono z operatorem obiektu unifikację trybu pracy obu reaktorów wchodzących w skład CT2, tak aby można było traktować CT2 jako jedno urządzenie. Operator obiektu nie wywiązał się z poczynionych uzgodnień co wymusiło wprowadzenie zmian w planie badawczym, ale też umożliwiło dokonanie kilku odkryć. Przeprowadzone badania potwierdziły istnienie proporcjonalnej zależności pomiędzy wielkością porcji, ładunkiem usuniętych zanieczyszczeń, wydajnością procesów oczyszczania ścieków, a zużyciem energii przez reaktory typu SBR oraz efektywnością energetyczną procesów oczyszczania ścieków.
Przeprowadzone badania potwierdziły istnienie istotnego potencjału racjonalizacji zużycia energii elektrycznej przez małe i średnie oczyszczalnie z możliwością dalszej optymalizacji. Odkryto istotną dysproporcję pomiędzy ilością energii zużywanej na potrzeby oczyszczania ścieków, a całkowitym zużyciem energii przez oczyszczalnie. W trakcie badań nie stwierdzono mierzalnego wpływu warunków klimatycznych na pracę obiektu.
The need to stop climate change affects and will undoubtedly have a significant impact on shaping national environmental and energy policies. The need to reduce CO₂ emissions will apply to all branches of the economy, including urban infrastructure, and thus also water and wastewater management. This goal can be achieved in two ways: by increasing the share of non-carbon energy sources in the Polish energy mix (RES, nuclear energy), or by increasing energy efficiency. Most research and implementation work focuses on large treatment plants (over 100,000 RLM), while there are few works focusing on this problem in relation to small and medium-sized facilities The specificity here is the fact that these facilities have limited energy production capabilities, so the preferred model of operation for facilities in this category should be rationalization, and to a lesser extent optimization of electricity consumption. Much of the research to date has focused mainly on the generation potential of electricity and heat by the wastewater treatment plants. These studies however were focused on large facilities. Therefore, in the doctoral dissertation it was decided to conduct research determining the possibility of rationalization and the potential for further optimization of energy consumption by small and medium wastewater treatment plants. A modern facility was commissioned for use in 2014. The facility is representative of a large number of municipal wastewater treatment plants created as part of adapting the Polish water and sewage sector to the European Union standards.
The research was carried out in two ways, for the treatment plant treated as a whole, and also separately focused on the biological part of the facility - technological line No. 2 (CT2) consisting of two SBR reactors with associated devices. During the tests, the influence of individual factors (WWTP’s daily flow, SBR’s daily flow; the amount of removed pollutants: BOD5, COD, total nitrogen in kg/portion or in kg/d; sewage and ambient temperature; reactor operation mode) on the energy consumption and the energy efficiency of the WWTP and the treatment processes were checked. Two periods were selected for the main research - summer and winter, during which research was undertaken to determine the impact of local climate conditions on energy consumption and energy efficiency by treatment plants, as well as CT2. Before starting the measurements, the unification of the operating mode of both reactors included in CT2 was agreed with the facility operator, so that CT2 could be treated as one device. The facility operator did not comply with the arrangements made, which forced changes in the research plan, but also made several discoveries possible. The tests confirmed the existence of a proportional relationship between the size of the portion, the amount of removed pollutants, the efficiency of wastewater treatment processes, and the energy consumption of SBR reactors and the energy efficiency of wastewater treatment processes.
The study confirmed the existence of significant potential for rationalization of electricity consumption by small and medium-sized wastewater treatment plants with the possibility of further optimization. A significant discrepancy was found between the amount of energy used for wastewater treatment and the total energy consumption of wastewater treatment plants. During the tests, no measurable impact of climatic conditions on the object's operation was found.
