Oczyszczalnie ścieków jako kompletny system

Niezawodność procesów zagęszczania osadu

Procesy obróbki stosowane w zakładzie oczyszczania ścieków zależą od jego wielkości. Mniejsze zakłady, obsługujące tereny zamieszkałe przez maksymalnie 30 000 mieszkańców, wykorzystują często technologię aerobiczną, w której stabilizacja osadu wymaga stymulowania działania mikroorganizmów poprzez dostarczanie im tlenu. W większych zakładach (obsługujących >30 000 mieszkańców) stosuje się natomiast zazwyczaj beztlenową (anaerobiczną) stabilizację osadu. W tym procesie aktywowany osad, powstający podczas oczyszczania biologicznego, jest pobierany ze zbiornika dalszego oczyszczania i odprowadzany z powrotem do zbiornika natleniającego. Jednak część tego strumienia musi zostać doprowadzona jako osad nadmierny wraz z osadem pierwotnym z etapu oczyszczania wstępnego do wieży fermentacyjnej w celu przeprowadzenia anaerobicznej stabilizacji osadu.

Duża objętość osadu nadmiernego stanowi poważne wyzwanie. Osad pobierany ze zbiornika dalszego oczyszczania przy bardzo wysokim rozcieńczeniu, wynoszącym około 5–10 g/litr, musi zostać zagęszczony do około 50–85 g/litr w celu uzyskania optymalnego stężenia dla wieży fermentacyjnej. Objętość osadu zmniejsza się przy tym o około 80–90%. Można to osiągnąć na wiele różnych sposobów, takich jak zagęszczanie statyczne lub filtrowanie, ale każdy z nich ma swoje wady. Znakomitą, mającą wiele zalet metodą, jest zagęszczanie za pomocą dekanterów.

Chociaż obsługa wieży fermentacyjnej jest technicznie trudna, ma kluczowe znaczenie dla całego procesu i wynikających z niego kosztów eksploatacji oczyszczalni ścieków. Przyczyną jest fakt, że optymalny proces fermentacji zwiększa uzysk gazu, a tym samym zmniejsza koszty energii. Jednocześnie dobrze przefermentowany osad można bardzo dobrze odwodnić, co zmniejsza również koszty utylizacji. Zoptymalizowane obciążenie wieży fermentacyjnej ma bardzo pozytywny wpływ na kontrolę całego procesu. Obciążenie musi być możliwie równomierne i stałe. Jednym ze sposobów na osiągnięcie tego celu jest dekanter OSE marki Flottweg z regulacją zagęszczania osadu ściekowego.

Czynniki wpływające na proces zagęszczania

Patrząc na cały proces, należy wziąć pod uwagę kilka ważnych punktów i czynników:

• Warunki przepływu strumieni do oczyszczalni ścieków wpływają na stężenie i objętość osadu nadmiernego. Kluczową rolę w tym procesie mogą odgrywać intensywne opady deszczu.
• Osad powinien być pobierany ze zbiornika dalszego oczyszczania w zoptymalizowany sposób, tzn. wkrótce po wytworzeniu osadu.
• Wieża fermentacyjna najlepiej radzi sobie z fazą stałą o niezmiennym przepływie i stężeniu.
• Utrzymanie obciążenia zwrotnego na możliwie niskim poziomie wymaga jak najwyższej sprawności oddzielania w procesie zagęszczania, co najmniej na poziomie 95%; jeszcze lepsza jest wartość 98% lub wyższa.
• Flokulanty polimerowe mogą zakłócać proces fermentacji, dlatego ich ilość powinna być jak najmniejsza. 
• Im więcej polimeru w osadzie, tym wyższa jest jego lepkość i tym gorsze efekty mieszania w wieży fermentacyjnej. W rezultacie spada uzysk gazu.

 

Wyzwanie:

System zagęszczania działa głównie autonomicznie, przy minimalnej ingerencji personelu obsługującego. Należy jednak zagwarantować stabilność i niezawodność procesu.  Jednocześnie zarówno koszty inwestycji, jak i koszty eksploatacji muszą być utrzymywane w rozsądnych granicach. System zagęszczania można łatwo dostosować do zmian w całym procesie lub szczególnych sytuacji roboczych.

Zagęszczanie osadu nadmiernego za pomocą dekantera zmienia strukturę (lepkość) osadu. Zagęszczany osad (TS) ma kremową strukturę, która umożliwia łatwe pompowanie nawet przy wyższych stężeniach. Te właściwości osadu mają również pozytywny wpływ na działanie wieży fermentacyjnej dzięki niskiemu pienieniu i łatwiejszemu uchodzeniu pęcherzyków gazu. Natomiast zagęszczony osad wytwarzany przez zagęszczacz taśmowy ma bardzo łuszczącą się strukturę. Ten osad jest znacznie bardziej podatny na pienienie w wieży fermentacyjnej.

 

Podczas zagęszczania w dekanterze cząstki fazy stałej są oddzielane od cieczy przez sztuczne pole grawitacyjne powstające w dekanterze, kilkakrotnie silniejsze niż ziemskie pole grawitacyjne. Flokulanty polimerowe (PF) są dodawane w bardzo niewielkich ilościach tylko w celu wygładzenia fazy ciekłej.

 

Uwzględniając te czynniki, dekanter OSE marki Flottweg został zaprojektowany z myślą o wyzwaniach związanych z tym etapem procesu i był stale ulepszany przez lata. Ponadto kompleksowa technologia sterowania i regulacji umożliwia samodzielną pracę urządzenia nawet bez nadzoru personelu obsługującego. Kompleksowe zabezpieczenie dekantera przed zużyciem przez ścieranie gwarantuje żywotność wynoszącą ponad 100 000 godzin pracy, a urządzenie jest przystosowane do pracy 24 godziny na dobę, 7 dni w tygodniu. Zużycie energii wynosi ok. 0,10–0,3 kWh/m3, w zależności od właściwości osadu. Geometria bębna i ślimaka zapewnia wyjątkowe wyniki oddzielania.

Dekanter OSE jest systemem zamkniętym, który zapobiega uwolnieniu do środowiska aerozoli zanieczyszczonych biologicznie. Cicha konstrukcja i niska prędkość wirnika zapewniają niewielką emisję hałasu.

Dodawanie i kontrola polimeru

Wymagana ilość PF zależy od obciążenia fazą stałą; innymi słowy, ilość PF musi być regulowana odpowiednio do obciążenia, aby zapewnić optymalne dozowanie. W tym celu na dopływie osadu rzadkiego montowana jest sonda do pomiaru stężenia fazy stałej. Obciążenie jest obliczane na podstawie przepływu hydraulicznego i stężenia, a dozowanie PF jest odpowiednio regulowane. Typowa dawka PF wynosi około 0,5–2 kg PF/t TS. Dokładna wartość jest ustawiana przez operatora na panelu operatora, a następnie regulowana automatycznie przez układ sterowania.

Pełna flokulacja nie jest konieczna w przypadku dekantera, ponieważ PF służy wyłącznie do wygładzania odcieku w celu poprawy stopnia oddzielania, a nie do samego oddzielania. Z reguły wystarczające, a nawet zalecane jest użycie taniego produktu w proszku. Ważna informacja: oprócz konwencjonalnych polimerów syntetycznych można również stosować biodegradowalne polimery na bazie chityny lub skrobi. Jeśli zaś właściwości osadu są dobre, w niektórych przypadkach można całkowicie pominąć użycie PF z dekanterem OSE.

Kontrola zagęszczonego osadu

Zmienne warunki podawania wpływają również na odprowadzanie zagęszczonego osadu. Jednak ważny jest niezmienny dopływ fazy stałej do wieży fermentacyjnej, a także niezmienny przepływ hydrauliczny. Aby zapewnić te dwa parametry, dekanter OSE jest wyposażony w dodatkowy układ sterowania do regulacji zagęszczonego osadu. System ten mierzy sondą stężenie zagęszczonego osadu. Za pomocą algorytmu w programie PLC jednostka napędu Simp Drive^® utrzymuje stężenie zagęszczonego osadu na stałym poziomie. Operator musi tylko wybrać żądaną wartość na panelu operatora, np. 6% TS, a reszta jest wykonywana przez sterownik.

Nieustanna kontrola sprawności procesu oddzielania

Im wyższa sprawność oddzielania i czystość odcieku, tym mniejsze obciążenie zwrotne oczyszczalni ścieków. Dekanter OSE może osiągnąć stałą sprawność oddzielania >95%, a często nawet >98%. Czujnik monitoruje jakość odcieku, dzięki czemu operatorzy mogą przez cały czas śledzić sprawność procesu oddzielania. Umożliwia to natychmiastową reakcję na odchylenia, na przykład poprzez dostosowanie ilości polimerów.

Zapotrzebowanie na miejsce i eksploatacja dekantera OSE

Ten system zagęszczania jest bardzo kompaktowy. Właściwe natężenie przepływu w przestrzeni zamkniętej jest często znacznie wyższe niż w przypadku innych systemów, zwłaszcza większych. Umożliwia to montaż w istniejących budynkach, co pozwala zaoszczędzić na kosztach budowy. Również systemy kontenerowe można łatwo wdrożyć.

 

Oprócz ilości rzadkiego osadu, zagęszczonego osadu i odcieku, system monitoruje ważne parametry maszyny takie jak prędkość, wibracje, temperatura składowania, zużycie energii i ciśnienie w przewodach rurowych. Dzięki temu operator może przez cały czas śledzić wszystkie istotne parametry. System zagęszczania można obsługiwać i monitorować z panelu operatora lub ze stanowiska sterowania procesem. Poza okazjonalnymi kontrolami nie ma potrzeby interwencji na miejscu.

Łatwa konserwacja i dostosowanie do indywidualnych potrzeb

Dekanter OSE marki Flottweg został zaprojektowany z myślą o łatwej konserwacji. Wszystkie ważne podzespoły i komponenty są łatwo dostępne. Dzięki kompleksowemu, wysokiej jakości zabezpieczeniu przed zużyciem przez ścieranie w połączeniu z odpornymi na korozję stalami stopowymi (V4A i Duplex) koszty konserwacji są ograniczone do minimum. Łożyska są solidne i trwałe. Wszystkie części ulegające zużyciu można wymieniać na miejscu, dzięki czemu nie należy spodziewać się długich przestojów w okresie eksploatacji dekantera.

Nie są również potrzebne żadne specjalne narzędzia.

Ponadto technicy serwisu firmy Flottweg mogą uzyskać dostęp do systemu sterowania – po zatwierdzeniu przez personel obsługujący – i w ten sposób zdalnie udzielić pomocy w zakresie obsługi lub konserwacji.

 

Oprócz łatwej konserwacji system doskonale radzi sobie ze zmieniającymi się wymaganiami i dostosowuje się do nich. Jeśli np. w oczyszczalni ścieków pojawią się bakterie nitkowate (takie jak Microthrix) i pogorszą indeks osadu, nawet taki osad może zostać dobrze przetworzony, pomimo indeksu objętości osadu (SVI) do 300 ml/g. Można najwyżej spodziewać się zwiększonego zapotrzebowania na polimery lub nieco mniejszej przepustowości. System nadaje się również do zagęszczania osadu pierwotnego lub osadu mieszanego, wymagając jedynie optymalizacji ustawień maszyny. Jeśli w przyszłości zainstalowane zostaną dodatkowe procesy, np. hydroliza termiczna, dekantery OSE można łatwo dostosować.

 

Niezmienne obciążenie wieży fermentacyjnej obniża koszty ogrzewania i usprawnia proces fermentacji, zwiększając w ten sposób uzysk gazu i poprawiając bilans energetyczny oczyszczalni ścieków. Całodobowa praca zmniejsza koszty inwestycji, jednocześnie usprawniając zarządzanie procesem dalszego oczyszczania.

Przykład dekantera w użyciu

Doświadczenia klientów pokazują, że zastosowanie dekantera do zagęszczania poprawiło zarówno stopień fermentacji, jak i wyniki osuszania. Ponadto w pełni automatyczna integracja dekantera zagęszczającego z systemem zarządzania procesem znacznie poprawiła warunki biologiczne: rezultatem jest niższe zużycie tlenu, mniejsze obciążenie zwrotne dzięki czystemu odciekowi i wskaźnik zagęszczenia osadu na konsekwentnie niskim poziomie (90–110). Zastosowanie dekantera poprawia również wartości przedostawania się NH₄-N do środowiska. Wreszcie, pozytywnie wpływa to na osuszanie, zmniejszając zużycie energii przez dekanter osuszający o około -14%, z 2,47 do 2,12 kWh/m³.

Ten przykład i powiązane z nim parametry pokazują, w jaki sposób dekanter OSE może pozytywnie wpłynąć na proces zagęszczania osadu.

Autor: Klaus Peisl, kierownik ds. ścieków i zastosowań wodnych, oraz Alexandra Schlierf, inżynier sprzedaży ds. ścieków i zastosowań wodnych.