Chytré čištění městských odpadních vod

Čtvrtá průmyslová revoluce, jak se IoT také přezdívá, se pozvolna projevuje i v tak konzervativním odvětví, jako je vodní hospodářství. Ačkoli nelze očekávat tak masivní nástup IoT jako například v automobilovém průmyslu, první aplikace již po dekádu ovlivňují provozy čistíren a úpraven vod, kde optimalizace a intenzifikace takových procesů (i aplikací IoT) je stěžejním odvětvím nynější projekční praxe.

city:one 28.2.2017 17:31 Petr Dolejš, projektant a doktorand na Ústavu technologie vody a prostředí VŠCHT, Marek Holba, Asio, spol. s r.o. Odpadní voda Energetika Internet věcí

Termín internet věcí poprvé vyslovil v roce 1999 Kevin Ashton z MIT. V roce 2008 již počet zařízení připojených k internetu překročil počet světové populace a do roku 2020 se předpovídá na 26 miliard chytrých zařízení. No a v České republice se do roku 2020 v tomto segmentu trhu odhaduje obrat okolo 1 miliardy dolarů. Toto jsou (a budou) hnací síly pro vstup do čistírenství:  cena vody bude jen stoupat; mezi lety 2011–2015 vzrostla cena vody celosvětově o 41 %,  změna paradigmat v souvislosti s nakládáním s odpadními vodami (viz předchozí článek v čísle SC 1/16),  nástup dostupných technologií šetřících čas, lidskou pracovní sílu a zvyšujících efektivitu procesů,  user-friendly řešení přinášející (ne)vyčíslitelné úspory. Zejména třetí bod je fyzicky uchopitelný a představuje přímou aplikaci reálných zařízení do provozů čistíren odpadních vod (ČOV). Nástupem nízkonákladových senzorů a regulátorů lze velmi přesně měřit například průtok odpadní vody, teploty a tlaky v uzavřených reaktorech; další samostatnou kapitolou by mohl být online monitoring chemických látek v odpadních vodách – vše samozřejmě v reálném čase. Poslední bod je zásadní pro správný a efektivní provoz jakékoli technologie (ČOV nevyjímaje), což umožňuje reagovat okamžitě na odezvu systému a čistit lépe, šetřit více, předpovídat přesněji apod. Online měření a výpočet tlaků na membránové ČOV je nutností. Jedině data pořízená v reálném čase a s dostatečnou hustotou zápisu představují nástroj k řízení provozu membrán, naopak bodový vzorek tlaku je nicneříkající hodnotou. Další výhodou je, že některé senzory nespotřebovávají elektrickou energii, ale vystačí si s baterií (v zásadě energie chemická) a radiovými vlnami. Bezdrátový přenos dat, využívání cloudů (a kompatibilita s chytrými telefony) a analýza velkého objemu dat, vše bez nutnosti fyzické práce, již nyní vytvářejí rozdíl mezi provozem řiditelným a tragicky zanedbaným – neřiditelným. Kde není dostatek kvalitních provozních dat, nelze navrhovat fungující nápravná opatření a posuzovat, zda ČOV limituje hydraulika, chemismus vody nebo pouze provozní nekázeň. Modely pro predikci a řízení provozu ČOV (ASM 1, 2, 2d, 3) jsou od svého vzniku v devadesátých letech pod hlavičkou International Water Association (IWA) vhodným nástrojem pro popis čistírenského procesu, ale pouze jejich co nejpřesnější validace dle reálně naměřených dat poskytuje využitelné výstupy pro provozní praxi.  IoT umožní mnohem sofistikovanější a lépe řiditelnou analýzu rizik nejen na čističku odpadních vod.

Příklady využití IoT ve světě

Jedním z největších globálních průkopníků v aplikaci IoT ve vodním hospodářství je obchodní řetězec Walmart, kde od roku 2008 nainstalovali měřicí zařízení pro „chytré zavlažování“ na více než 1000 lokalitách (www.corporatereport.com). Ten totiž u svých obchodních domů obhospodařuje přilehlé parkoviště s parky, které je potřeba zavlažovat. Online propojením meteostanic se zavlažovacím systémem deklarují ušetření 1/3 nákladů spojených s vodním hospodářstvím řetězce. Kompletním osazením online senzorů se může pochlubit například ČOV ve městě South Beloit (IL, USA), kde ve spolupráci s firmou IBM vytvořili na stávající ČOV se stávajícími měřicími prvky bezdrátovou síť ukládající data na cloudové úložiště, kde je inteligentní systém vyhodnotí a zpětně je schopný regulovat například intenzitu aerace nádrží nebo čerpací techniku (viz schéma). Přiblížíme-li se aktuálnímu stavu čistírenství ve středoevropském regionu, sympatickou realizaci IoT v praxi provedli na ČOV Penzing-Weil u Mnichova. Tamní provozovatelé využili solárního sušení přebytečného kalu (konečný produkt čistírenského procesu), kde prostým igelitovým zastřešením kalového pole (nic složitějšího než skleníkový efekt), avšak s inteligentním obracením kalu a zejména řízeným odvětráváním na základě real-time měření vlhkosti vzduchu v několika zónách „skleníku“ poklesl objem vody v kalu z původních 80 % na 25 %, čímž si výrazně snížili náklady na likvidaci kalu.

Příklady využití IoT v ČR

Již nyní jsou na našich čistírnách a úpravnách vod využívány senzory všech možných veličin (měření průtoků, teploty, tlaku, hodnoty pH, čidla mezní koncentrace plynů apod.), avšak jejich zaznamenávání, vyhodnocování a zejména využívání v reálném čase je teprve v počátcích. Často jsou data ukládána pro měsíční, týdenní, nejlépe dokonce denní audity… Na některých větších městských ČOV se používá automatizace dílčích procesů v reálném čase, tzv. PLC (Programmable Logic Controller). V zásadě se jedná prakticky pouze o kontrolu aeračního systému principem ON/OFF, čímž je regulován chod dmychadel vzduchu, tedy dodávka kyslíku potřebná pro biochemický proces čištění a zejména odstraňování nutrientů (hlavně dusíku). Měřenou veličinou je zde zpravidla buď množství rozpuštěného kyslíku, nebo zastoupení forem dusíku, jejichž hodnoty jsou získávány pomocí sondy ponořené v čištěné směsi OV. Některé progresivní české firmy už dnes dokáží dodat systém měření a regulace, který je schopný interpretovat data inteligentně (v reálném čase zaznamenat, vizualizovat a poslat uživateli – provozu ČOV). Jedná se hlavně o ty čistírenské technologie, kde si to povaha procesu přirozeně žádá a jistá míra automatizace a schopnost rychlé reakce je esenciální pro zajištění kvality čištění OV a kontrolu provozních nákladů – například membránové procesy a řešení extrémních požadavků na kvalitu vyčištěné vody anebo úprava pitné vody moderními procesy.

Časopis city:one

Objednejte si doručování našeho časopisu přímo do Vašich rukou

Objednat

Máte chytrý
projekt?

Realizovali jste nebo se podíleli na projektu pro chytrá města? Podělte se s ostatními.

Vložit projekt

Jste odborník na chytrá města?

Umíte pomoct s budováním chytrých měst? Dejte o sobě vědět!

Vytvořit profil

Máte řešení
pro chytrá města?

Ukažte své produkty a služby pro chytrá města.

Vložit řešení