Nowe moliwoci obnienia kosztów gospodarki osadowej w oczyszczalni cieków.

Transkrypt

1 Nowe moliwoci obnienia kosztów gospodarki osadowej w oczyszczalni cieków. Andrzej Mróz dr in. INWATEC Sp. z o.o., Warszawa, ul. Pastewna 25 Streszczenie Gospodarka osadowa w oczyszczalni cieków stanowi znaczn cz kosztów inwestycyjnych i eksploatacyjnych. Około 60 do 80% ChZT i BZT5 zawiera si w czstkach wikszych od 1 mikrometra. Procesy biologicznego oczyszczania cieków zachodz najszybciej gdy mikroorganizmy otrzymuj poywienie w najłatwiej przyswajalnej formie w postaci roztworów. Biodegradacja osadów ciekowych wymaga tym dłuszego czasu i wie si z tym wikszymi kosztami im wiksze s rozmiary czstek stałych. Usunicie osadu wstpnego znaczco zmniejsza obcienie oczyszczalni. Najprostszym sposobem zredukowania kosztów oczyszczania cieków jest mechaniczne usunicie zawiesin. Redukcja osadu wstpnego skutkuje mniejszym obcieniem stopnia biologicznego oczyszczania, niszym zapotrzebowaniem na tlen i mniejsz iloci osadu nadmiernego do oddzielenia i odwadniania. Zaprezentowano filtr Salsnes do usuwania i odwadniania osadów wstpnych w miejsce konwencjonalnego osadnika, mikro- nano- flotacj MNB DAF NIKUNI do usuwania osadu nadmiernego i filtr piercieniowy VOLUTE do odwadniania osadów trudno filtrujcych si. Nowe technologie filtracji i separacji porównano z metodami konwencjonalnymi. Wprowadzenie tych rozwiza pozwala na szybkie obnienie kosztów eksploatacyjnych i zwikszenie przepustowoci istniejcych instalacji. Separacja zawiesin na poziomie mikronowym pozwala na zastosowanie najbardziej nowoczesnych technologii biologicznego oczyszczania cieków opartych na strukturach porowatych. Wprowadzenie cieki doprowadzane do kadej oczyszczalni zawieraj zanieczyszczenia w postaci czstek fazy stałej o bardzo rónych rozmiarach. Im wiksza rednica czstki tym dłuszy czas jej biodegradacji. Teoretycznie w takich zawiesinach jest wgiel organiczny niezbdny do prawidłowego rozwoju osadu czynnego, ale długi czas potrzebny na rozkład tych zanieczyszcze do formy roztworów łatwo przyswajalnych przez bakterie powoduje, e lepiej usun zawiesiny przed reaktorem biologicznym. Redukcja zawiesin przed procesem biologicznym zmniejsza koszty oczyszczania jednostki objtoci cieków i redukuje ilo osadu nadmiernego do separacji i odwadniania po procesie biologicznym. Stosowane dotychczas powszechnie osadniki wstpne o duych objtociach mona zastpi tanimi w eksploatacji mechanicznymi separatorami zawiesin tzw. filtrami Salsnes, które usuwaj ze cieków czstki wiksze od 50 mikrometrów. Redukcja zawiesiny ogólnej dochodzca rednio do ok. 60% skutkuje mniejszym zapotrzebowaniem na tlen i mniejsz objtoci osadu nadmiernego do odwadniania. Z kolei mniejsza ilo osadu nadmiernego daje znaczne oszczdnoci energii zarówno przy jego separacji ze cieku jak i przy odwadnianiu osadu. 1. Separacja osadu wstpnego filtr Salsnes Nowoczesne skandynawskie rozwizania w zakresie oczyszczania cieków charakteryzuj si deniem do zredukowania kubatur oczyszczalni, czsto w celu jej całkowitego odizolowania od otoczenia. Zamiast duych otwartych osadników wstpnych coraz czciej s stosowane filtry Salsnes. Filtr Salsnes to unikalny filtr norweski w którym wykorzystuje si do separacji zawiesin osad wstpny, gromadzcy si na powierzchni nachylonej ruchomej siatki filtracyjnej. Filtr Salsnes jest

2 urzdzeniem bezcinieniowym. ciek dopływa do komory filtru, na powierzchni ruchomej skonej siatki nastpuje oddzielenie osadu, który wdruje razem z siatk do góry podczas gdy filtrat przepływa przez siatk i odpływa grawitacyjnie z komory filtru. Przegrod filtracyjn stanowi osad wstpny na powierzchni siatki (Rys. 1.) co pozwala na całkowite usuwanie zawiesin o rozmiarach czstek wikszych od 50 mikrometrów za pomoc siatki o oczkach 350 mikrometrów. Rys. 1. Skuteczno separacji zawiesin wzdłu tamy filtru Salsnes. Separacja 60% czstek wikszych od 40 mikrometrów przy maksymalnej wydajnoci filtru. Gdy osad zostanie wyniesiony przez siatk nad powierzchni cieku nastpuje jego zagszczanie poprzez obciekanie. Poniewa osad wstpny nie jest poddawany adnym działaniom czynników mechanicznych to zostaje zachowana jego struktura porowata i nie jest on wgniatany w tam filtracyjn, jak to ma miejsce w przypadku filtrów tamowych. Dodatkow zalet zachowania porowatoci osadu jest usuwanie tłuszczów i emulsji podobnie jak podczas filtracji objtociowej. Na kocu filtru osad jest usuwany z powierzchni tamy za pomoc spronego powietrza z poprzecznej dyszy, przylegajcej do powierzchni siatki po stronie przeciwnej do osadu. Osad usunity z siatki ma koncentracj na poziomie 5-7% wg. i moe by poddawany dalszemu odwadnianiu za pomoc prasy rubowej lub np. homogenizowany i pompowany do WKF do dalszej przeróbki. W Norwegii porównano 8 oczyszczalni cieków z filtrami Salsnes. Wikszo filtrów uzyskiwała redukcje zawiesiny ogólnej na poziomie przekraczajcym 50%. Do redukcji zawiesin za pomoc filtrów Salsnes nie s potrzebne adne rodki chemiczne takie jak koagulanty czy flokulanty. Koszt oczyszczania cieków za pomoc filtru Salsnes stanowi praktycznie jedynie koszt energii elektrycznej do napdu urzdzenia. W Norwegii cieki zawieraj mniej zawiesin ni w Polsce i zuycie energii to jedynie 25Wh/m 3 cieku za w Polsce gdzie jest duo wicej cieków dowoonych i mniejsze zuycie wody na jednego mieszkaca jest to ok Wh/m 3. Biorc pod uwag, e w kosztach eksploatacyjnych jest równie odwadnianie osadu wstpnego do konsystencji łatwej do transportu, jest to bardzo atrakcyjne ekonomiczne rozwizanie technologiczne. Proste porównanie kosztów inwestycyjnych i eksploatacyjnych na przykładzie komunalnej oczyszczalni cieków o przepustowoci 2760m 3 /d przedstawiono w Tab. 1.

3 TYP OCZYSZCZALNI Koszty inwestycyjne /1000NOK/ Koszty eksploatacyjne /1000NOK/rok/ Powierzchnia /m 2 / Konwencjonalna oczyszczalnia osadem czynnym z 6955 (100%) 204 (100%) 552 Oczyszczalnia z 2 szt. FS osad czynny Oczyszczalnia z SF osad czynny 5236 (75%) (70%) Tablica 1. Porównanie kosztów oczyszczalni konwencjonalnej z oczyszczalni po zastosowaniu filtru Salsnes [1] Zastosowanie filtru SF 4000 pozwala na obnienie o ok. 30% kosztów inwestycyjnych oczyszczalni i dodatkowe zmniejszenie kosztów eksploatacyjnych o ponad 13% 2. Separacja osadu nadmiernego flotacja DAF Powszechnie stosowane osadniki wtórne do separacji biologicznego osadu nadmiernego charakteryzuj si duymi rozmiarami, a ich skuteczno jest zwizana z szybkoci sedymentacji osadu. Kade zakłócenie sedymentacji, wynikajce chociaby z pojawienia si w osadzie bakterii nitkowatych, powoduje wypływanie osadu na powierzchnie i moe praktycznie uniemoliwi oddzielenie osadu od fazy ciekłej. Do usuwania osadu nadmiernego coraz powszechniej stosowane s rónego rodzaju flotatory [2] o bardzo złoonej konstrukcji. Flotacja jako metoda separacji zawiesin, polegajca na wynoszeniu czstek stałych przez pcherzyki powietrza, umoliwia równie skuteczn separacj zawiesin pływajcych. W zalenoci od zastosowanego rozwizania technicznego flotatory pozwalaj na uzyskanie przepustowoci od 2 do nawet 16 m 3 /m 2 godz., co daje bardzo znaczne oszczdnoci powierzchni oczyszczalni. O sprawnoci i przepustowoci flotatora decyduje system dyspersji powietrza. Konwencjonalne systemy DAF (Dissolved Air Flotation) charakteryzuj si pcherzykami powietrza o rozmiarach od 300 do 1000 mikrometrów. Najbardziej nowoczesne flotatory typu IAF (Injected Air Flotation) sa wyposaone w generatory pcherzyków o rozmiarach na poziomie ok. 100 mikrometrów. W ostatnich latach coraz powszechniej s stosowane flotatory wyposaone w systemy dyspersji powietrza oparte na separacji zawiesin za pomoc pcherzyków o rozmiarach rzdu kilku mikrometrów. Dua ilo mniejszych pcherzyków zmienia mechanizm separacji na tyle, e s separowane nie tylko mniejsze zanieczyszczenia stale i koloidalne, ale dodatkowo potrzeba mniej dodatków chemicznych (flokulantów, koagulantów) do kondycjonowania cieku przed oczyszczaniem [3]. Najbardziej efektywne systemy dyspersji powietrza generuj pcherzyki o wielkoci 5-8 mikrometrów i pozwalaj na zaoszczdzenie ok. 50% energii przy tej samej przepustowoci flotatora jak flotatory konwencjonalne. Aktualnie najbardziej skuteczne

4 flotatory s wyposaane w japoskie agregaty dyspersyjne DAF-NIKUNI, gdzie pompa wirowa o specjalnej konstrukcji zasysa powietrze z otoczenia i generuje mieszanin wodno-powietrzn pcherzyków mniejszych od 8 mikrometrów. Przy tak małych rozmiarach pcherzyków gazu generowanych przez agregat proces rozpadu pcherzyków na mniejsze przewaa nad łczeniem si pcherzyków w wiksze i w praktyce mamy do czynienia z tzw mikro- nano-flotacj MNB. Najwikszy aktualnie producent flotatorów DAF z takim systemem dyspersji, firma amerykaska World Water Works stwierdziła, e zastosowanie systemu DAF MNB pozwala na oszczdnoci chemikaliów na poziomie 30-40% i oszczdnoci energii od 50-60% w stosunku do konwencjonalnych systemów flotacji. Uzyskiwane koncentracje osadów poflotacyjnych z flotatorów DAF-NIKUNI s zazwyczaj wysze o ok. 2% od uzyskiwanych np. z flotatorów KROFTA. Wysza zawarto fazy stałej w osadzie poflotacyjnym (4-6%) daje znaczne oszczdnoci kosztów dalszego zagszczania osadu. 3. Odwadnianie osadu nadmiernego piercieniowa VOLUTE Wzeł odwadniania osadów po biologicznym oczyszczaniu cieków to jeden z najbardziej kosztownych elementów kadej oczyszczalni cieków. Dotychczas powszechnie stosowane s wirówki, dekantery, prasy tamowe i prasy komorowe. W kadym z ww. rozwiza technicznych do zagszczania i odwadniania osadów wykorzystuje si sił odrodkow lub due siły zwizane z wysokim cinieniem lub zgniataniem osadu pomidzy ruchomymi tamami filtracyjnymi. Kilka lat temu pojawiła si nowa metoda odwadniania trudno filtrujcych si osadów biologicznych, pozwalajca na praktycznie bezcinieniowe odwadnianie osadów do poziomu koncentracji fazy stałej zblionego, a nawet wyszego ni w dotychczas stosowanych urzdzeniach. Tym nowatorskim rozwizaniem jest prasa piercieniowa VOLUTE [4,5]. W prasie Volute wykorzystano do odwadniania osadu unikalne rozwizanie, polegajce na powolnym przemieszczaniu flokuł osadu w komorze filtracyjnej złoonej z ruchomych i nieruchomych piercieni. Powolny (kilka obrotów na minut) ruch piercieni, powodowany obracaniem si centralnie umieszczonej ruby, przesuwa due aglomeraty osady bez niszczenia ich struktury i powoduje łatwe odprowadzanie cieczy z przestrzeni pomidzy tymi aglomeratami. Odwadniany osad jest jednoczenie transportowany rub do wylotu prasy. Na kocu komory prasy znajduje si ruchoma pokrywa umoliwiajca łatw regulacj stopnia odwodnienia osadu. Na Rys. 2. przedstawiono schemat konstrukcji prasy Volute. Rys.2. Prasa rubowa VOLUTE

5 W porównaniu z wirówk prasa piercieniowa Volute potrzebuje ok. 11 razy mniej energii do odwodnienia tej samej iloci osadu do tej samej wilgotnoci. Jednoczenie wolnoobrotowa prasa Volute pracuje bardzo cicho, co jest dodatkow zalet w porównaniu z wirówkami. W porównaniu z pras tamow Volute potrzebuje ok. 200 razy mniej wody na okresowe spłukanie zewntrznej powierzchni piercieniowej komory filtracyjnej. Biorc pod uwag prost konstrukcj, niskie zuycie energii i wody oraz cich prac, prasa VOLUTE jest w eksploatacji znacznie tasza od innych powszechnie stosowanych urzdze do odwadniania i zagszczania osadów. Podsumowanie Najnowsze rozwizania techniczne w zakresie separacji, odwadniania i zagszczania zarówno wstpnych jak i kocowych osadów ciekowych, pozwalaj na znaczce oszczdnoci kosztów eksploatacyjnych, inwestycyjnych i równie na zmniejszenie powierzchni oczyszczalni cieków. Dotychczasowe zastosowania tych rozwiza dały moliwo wyeliminowania z oczyszczalni osadników wstpnych i osadników wtórnych osadu nadmiernego, a wic równie wielkoci zbiorników ciekowych. Coraz powszechniejsze jest denie do odizolowania oczyszczalni cieków od otoczenia i przedstawione nowe urzdzenia pozwalaj na oszczdnoci inwestycyjne, które mona przeznaczy np. na przykrycie zbiorników oczyszczalni i wyeliminowanie emisji odorów i aerozoli bakteryjnych do atmosfery. Literatura 1. Rusten.B. (2002). Feasibility study of biological wastewater treatment plants with Salsnes Filter fine mesh sieve primary treatment compared to plants without primary treatment. Aquateam report no , November 2. J.Rubio, M.L. Souza, R.W.Smith (2002). Overview of flotation as a wastewater treatment technique. Minerals Engineering 15 (2002) M.Lundh, L. Jonsson, (2005). Residence Time Distribution Characterization of the Flow Structure in Dissolved Air Flotation. Journal of Environmental Engineering ASCE. January (2005) Sasaki M. (1993). Solid Liquid Separating Apparatus. European Patent Specification EP B1. 5. Sasaki M., Onodera S., Kawauchi S. Soil Water Activated Sludge Treating System and Method Therefor. European Patent Application EP A1