Badania skuteczności działania filtrów piaskowych o przepływie pionowym z dodatkiem węgla aktywowanego w przydomowych oczyszczalniach ścieków

Transkrypt

1 Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołł łłątaja w Krakowie, Wydział Inżynierii Środowiska i Geodezji Katedra Inżynierii Sanitarnej i Gospodarki Wodnej K r z y s z t o f C h m i e l o w s k i Badania skuteczności działania filtrów piaskowych o przepływie pionowym z dodatkiem węgla aktywowanego w przydomowych oczyszczalniach ścieków Kraków, luty 2013

2 PLAN PREZENTACJI 1. Informacje ogólne o projekcie 2. Cel i zakres pracy 3. Opis obiektów w badań 4. Metodyka badań 5. Wyniki badań i ich analiza 6. Podsumowanie i wnioski

3 Informacje ogólne o projekcie Miejsce, termin badań i źródło finansowania Miejscem realizacji projektu było pomieszczenie modelarni na Wydziale Inżynierii Środowiska i Geodezji Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie. Termin realizacji badań był od maja do listopada 2012 roku. Jako źródło finasowania wykorzystano środki przyznane w ramach konkursu z dotacji celowej na prowadzenie badań naukowych lub prac rozwojowych oraz zadań z nimi związanych, służących rozwojowi młodych naukowców oraz uczestników studiów doktoranckich finansowanych w wydziałowym trybie konkursowym w 2012.

4 Cel i zakres badań Celem projektu było określenie skuteczności działania filtrów piaskowych o przepływie pionowym z dodatkiem węgla aktywowanego w przydomowych oczyszczalniach ścieków. Cel został zrealizowany poprzez określenie stężenia wybranych wskaźników zanieczyszczenia ścieków dopływających i odpływających z poszczególnych kolumn modelu badawczego. Analizie fizykochemicznej poddano dwa wskaźniki z grupy podstawowej: BZT 5 oraz zawiesinę ogólną. Dane poddane analizie statystycznej były wstępnie wyselekcjonowane zostały odrzucone dane z okresu wpracowania się złoża filtracyjnego. Model był obciążony hydraulicznie w zakresie od 28,3 do 42,4 dm 3. m -2.

5 Opis obiektu badań W celu określenia skuteczności działania filtrów piaskowych z dodatkiem węgla aktywnego zbudowany został model kolumnowy imitujący filtr piaskowy o przepływie pionowym. Model składał się z pięciu jednakowych kolumn wykonanych z PCV o średnicy 150 mm i wysokości 700 mm. Do każdej z kolumn dopływała taka sama ilość ścieków wstępnie oczyszczonych identycznych pod względem temperatury i zanieczyszczeń fizykochemicznych. Pierwszy stopień oczyszczania ścieków stanowił osadnik gnilny wykonany ze zbiorników IBC (fot. 1). Osadnik był zlokalizowany w tym samym pomieszczeniu co model kolumnowy. Osadnik był zasilany ściekami z pionu kanalizacyjnego.

6 Opis obiektu badań W kolumnie A był węgiel aktywny miąższości 30 cm a pod nim piasek kwarcowy miąższości również 30 cm. W kolumnie B był w pierwszej kolejności piasek a pod nim węgiel w takich samych proporcjach jak w kolumnie A. W kolumnie C były naprzemiennie warstwy piasku i węgla aktywnego o miąższości po 5 cm co razem stanowiło 60 cm warstwę filtracyjną. W kolumnie D była 60 cm warstwa piasku, a w kolumnie E węgiel aktywny o miąższości 60 cm (rycina 1).

7 Komora A Komora B Fot. 1. Osadnik gnilny wykonany ze zbiorników IBC

8 Opis obiektu badań Węgiel aktywny kolumna z tworzywa sztucznego piasek kwarcowy d10=0,28mm ruszt podtrzymujacy złoże A B C D E Ryc. 1. Schemat modelu kolumnowego - widok z boku (wymiary w mm)

9 Opis obiektu badań Fot. 2. Model kolumnowy (widoczne trzy kolumny)

10 Opis obiektu badań Fot. 3. Pompy dozujące ścieki do kolumn modelu badawczego

11 Opis obiektu badań Fot. 4. Centrala sterująca pompami perystaltycznymi

12 Opis obiektu badań Komora A Komora B Fot. Osadnik gnilny wykonany ze zbiorników IBC

13 Wyniki badań i ich analiza Tabela 1. Zestawienie podstawowych statystyk opisowych wartości BZT 5 ścieków w wstępnie oczyszczonych i oczyszczonych w poszczególnych kolumnach modelu Statystyka Podstawowe statystyki opisowe wartości BZT 5 w ściekach [mgo 2. dm -3 ] Wstępnie oczyszczone oczyszczonych w kolumnie A B C D E średnia 187,50 3,38 6,00 65,88 8,25 9,19 mediana 210,00 3,50 5,00 50,00 6,50 5,50 minimalna 60,00 1,00 2,00 30,00 4,00 0,50 maksymalna 340,00 6,00 11,00 145,00 19,00 25,00 odch. standardowe 87,71 1,65 2,83 35,62 4,68 8,19 liczba próbek wsp. zmienności 0,47 0,49 0,47 0,54 0,57 0,89 wartość dopuszczalna

14 Wyniki badań i ich analiza Tabela 2. Zestawienie podstawowych statystyk opisowych stęż ężenia zawiesiny ogólnej w ściekach wstępnie oczyszczonych i oczyszczonych w poszczególnych kolumnach modelu Statystyka Podstawowe statystyki opisowe stężenia zawiesiny ogólnej w ściekach [mg. dm -3 ] Wstępnie oczyszczone oczyszczonych w kolumnie A B C D E średnia 222,00 30,94 30,78 26,33 20,63 28,70 mediana 193,00 31,40 32,20 27,90 19,60 29,60 minimalna 135,00 23,60 22,00 19,60 15,60 18,80 maksymalna 435,00 38,40 38,40 32,00 26,80 40,40 odch. standardowe 97,85 4,25 5,48 4,23 3,84 7,29 liczba próbek wsp. zmienności 0,44 0,14 0,18 0,16 0,19 0,25 wartość dopuszczalna

15 Wyniki badań i ich analiza Ryc. 2. Średnie wartości BZT 5 w ściekach wstępnie oczyszczonych i oczyszczonych z poszczególnych kolumn modelu badawczego

16 Wyniki badań i ich analiza Na podstawie danych przedstawionych na rycinie 2 daje się zauważyć wyraźny spadek wartości BZT 5 w ściekach oczyszczonych z poszczególnych kolumn. Najniższą wartość BZT 5 uzyskano w odpływie z kolumny A gdzie wyniosła 3,38 mgo 2. dm -3. Dla kolumny B średnia wartość BZT 5 ukształtowała się na poziomie 6,00 mgo 2. dm -3. Najwyższą średnią wartość uzyskano w odpływie z kolumny C (65,88 mgo 2. dm -3 ). Tak więc naprzemienny układ warstw okazał się niekorzystny podczas oczyszzczania ścieków. Nie stwierdzono istotnej różnicy wartości BZT 5 w ściekach oczyszczonych na odpływie z kolumny wypełnionej piaskiem i kolumny wypełnionej węglem aktywnym.

17 Wyniki badań i ich analiza Ryc. 3. Średnie stęż ężenia zawiesiny ogólnej w ściekach wstępnie oczyszczonych i oczyszczonych z poszczególnych kolumn modelu badawczego

18 Wyniki badań i ich analiza Na podstawie danych przedstawionych na rycinie 3 daje się zauważyć wyraźny spadek stężenia zawiesiny ogólnej w ściekach oczyszczonych z poszczególnych kolumn. Najniższe stężenie zawiesiny ogólnej uzyskano w odpływie z kolumny D (wypełnienie piaskowe) gdzie wyniosła 20,63 mg. dm -3. Przyczyna tej sytuacji mogła być mniejsza średnica uziarnienia piasku w stosunku do węgla aktywnego. Dla kolumny B średnie stężenie zawiesiny ogólnej było najwyższe i wyniosło 30,94 mg. dm -3.

19 Wyniki badań i ich analiza Ryc. 4. Średnie wartości zmniejszenia BZT 5 modelu badawczego w poszczególnych kolumnach

20 Wyniki badań i ich analiza Na podstawie danych zawartych na rycinie 4 stwierdzono najmniejszą skuteczność zmniejszenia BZT 5 w kolumnie C (wypełnienie naprzemienne piasku i węgla aktywnego). Najwyższą skuteczność odnotowano dla kolumny A. W pozostałych kolumnach skuteczność była w przedziale od 95,1 do 96,8%.

21 Wyniki badań i ich analiza Ryc. 5. Średnie wartości zmniejszenia zawiesiny ogólnej w poszczególnych kolumnach modelu badawczego

22 Wyniki badań i ich analiza Na podstawie danych zawartych na rycinie 5 stwierdzono najmniejszą skuteczność zmniejszenia zawiesiny ogólnej w kolumnie A i B. Najwyższą skuteczność odnotowano dla kolumny D (90,7%). Powyższe dane wskazują, że zawiesina ogólna najlepiej jest zatrzymywana w złożu piaskowym. Przyczyną tej sytuacji może być mniejsza średnica ziaren piasku w stosunku do granulacji węgla aktywnego.

23 Podsumowanie i wnioski Badania przeprowadzono od maja do października 2012 roku. Badano jakość ścieków oczyszczonych po przesączeniu się przez kolumny filtracyjne o różnym wypełnieniu (z dodatkiem węgla aktywnego). Pobrane próbki poddano analizie fizykochemicznej gdzie badano następujące wskaźniki zanieczyszczenia ścieków: BZT 5, zawiesina ogólna. Na podstawie przeprowadzonej analizy wyników można wysnuć następujące wnioski:

24 Podsumowanie i wnioski najniższą wartość BZT 5 uzyskano w odpływie z kolumny A gdzie wyniosła 3,38 mgo 2. dm -3. Dla kolumny B średnia wartość BZT 5 ukształtowała się na poziomie 6,00 mgo 2. dm -3. Najwyższą średnią wartość uzyskano w odpływie z kolumny C (65,88 mgo 2. dm -3 ). Nie stwierdzono istotnej różnicy wartości BZT 5 w ściekach oczyszczonych na odpływie z kolumny wypełnionej piaskiem i kolumny wypełnionej węglem aktywnym, stwierdzono najmniejszą skuteczność zmniejszenia BZT 5 w kolumnie C (wypełnienie naprzemienne piasku i węgla aktywnego). Najwyższą skuteczność odnotowano dla kolumny A. W pozostałych kolumnach skuteczność była w przedziale od 95,1 do 96,8%,

25 Podsumowanie i wnioski stwierdzono najmniejszą skuteczność zmniejszenia zawiesiny ogólnej w kolumnie A i B. Najwyższą skuteczność odnotowano dla kolumny D (90,7%), najniższe stężenie zawiesiny ogólnej uzyskano w odpływie z kolumny D (wypełnienie piaskowe) gdzie wyniosła 20,63 mg. dm -3. Dla kolumny B średnie stężenie zawiesiny ogólnej było najwyższe i wyniosło 30,94 mg. dm -3. pod względem wskaźnika BZT 5 najlepszym rozwiązaniem okazuje się stosowanie filtrów dwuwarstwowych w układzie węgiel aktywowany (30 cm) a pod nim piasek miąższości 30 cm. Jest to również korzystne pod względem ekonomicznym ze względu na wysoką cenę węgla aktywowanego.

26 DZIĘKUJE ZA UWAGĘ