GOSPODARKA OSADAMI Zajęcia II usuwanie wody z osadów (zagęszczanie)

Transkrypt

1 GOSPODARKA OSADAMI Zajęcia II usuwanie wody z osadów (zagęszczanie) dr inż. Stanisław Miodoński

2 Usuwanie wody z osadów Formy wody w osadzie Zmiany zawartości wody w osadzie

3 Wprowadzenie Osady składają się z cząstek stałych i wody. Woda w osadzie występuje w 3 postaciach: wody wolnej -> ZAGĘSZCZANIE wody kapilarnej -> ODWADNIANIE wody związanej -> PROCESY TERMICZNE Zagęszczanie Dlaczego stanowi zagęszczamy przygotowanie osady osadów ściekowe? ściekowych do procesu stabilizacji! Dzięki zagęszczeniu kolejne urządzenia nie mają monstrualnych rozmiarów.

4 monstrualne rozmiary? Parametr Jelcz-Laskowice Brzeg Opolski Rozmiar oczyszczalni 25 tys RLM 65 tys RLM Masa osadów kgsm/d kgsm/d Zagęszczanie Nie Tak Komora stabilizacji m 3 (1xOKF) 3000 m 3 (2xWKF) Warunki stabilizacji Psychrofilowe (10-20 o C) Mezofilowe (35 o C) Uwagi Ponad 2,5 razy większy obiekt. Komora stabilizacji stanowi niecałe 60% W objętości komór uwzględniona przestrzeń na magazynowanie osadu Wyższa efektywność procesu

5 Wprowadzenie - usuwanie wody z osadów Zależność między uwodnieniem osadów i ich objętością

6 Procesy przeróbki a ilość osadu 273 m 3 /d Surowy 1% sm 68 m 3 /d Zagęszczony 4% sm 14 m 3 /d Odwodniony 20% sm 3,6 m 3 /d Wysuszony 75% sm

7 Zagęszczanie osadów Sposoby i techniki zagęszczania osadów Zagęszczanie grawitacyjne Zagęszczanie mechaniczne Zagęszczanie flotacyjne Podsumowanie

8 Sposoby zagęszczania osadów Zagęszczanie Grawitacyjne Mechaniczne Flotacyjne Działanie okresowe Zagęszczanie wirówkowe Zagęszczanie filtracyjne Flotacja biologiczna Działanie ciągłe Taśmowe Flotacja chemiczna Bębnowe Flotacja powietrzna Śrubowe Osad wstępny Osad chemiczny Osad nadmierny Osad zmieszany Osad przemysłowy Inne

9 Zagęszczacze grawitacyjne Zagęszczanie grawitacyjne zachodzi w wyniku sedymentacji cząstek osadu, które mają gęstość większą od gęstości cieczy, na poziomie 1,1 1,3 g/cm 3. Ze względu na sposób pracy wyróżnia się: zagęszczacze o działaniu okresowym zagęszczacze o pracy ciągłej (przepływowe)

10 Zagęszczacz grawitacyjny o działaniu okresowym W zagęszczaczach o działaniu okresowym wyróżnia się kolejne fazy Napełnianie zagęszczacza osadem surowym Zagęszczanie osadu (z mieszaniem lub bez mieszania) Odprowadzanie cieczy nadosadowej Odprowadzanie osadu zagęszczonego

11 Zagęszczacz grawitacyjny o działaniu okresowym

12 Zagęszczacze grawitacyjne przepływowe

13 Parametry technologiczne obciążenie powierzchni zagęszczacza masą zawiesin, kg s.m./m 2 d, dla osadu wstępnego q zg = kg s.m./m 2 d obciążenie powierzchni objętością doprowadzonego osadu, m 3 /m 2 d, dla osadu wstępnego q FV = m 3 /m 2 d czas zagęszczania t = 6 12 h dla zag. okresowego t = 2 4 h dla zag. ciągłego

14 Zagęszczacze grawitacyjne c.d.

15 Zagęszczacze mechaniczne Istotą mechanicznego zagęszczania jest wprowadzenie do zagęszczania dodatkowej siły wspomagającej rozdział faz. Może to być: siła odśrodkowa ( sztuczna grawitacja ) ciśnienie (nadciśnienie, podciśnienie)

16 Zagęszczacz wirówkowy Wytwarzana w wirówkach siła odśrodkowa pokonuje siły wiązania wody w osadzie. Z tego powodu na wirówkach można często łatwo osiągnąć założony stopień zagęszczania bez dodatku flokulantu. Jeśli wymagany jest wysoki stopień zagęszczenia, dodatek niewielkich ilości polielektrolitu jest niezbędny.

17 Zagęszczacz wirówkowy schemat

18 Zagęszczacz wirówkowy

19 Zagęszczacz wirówkowy Stosowanie zagęszczacza wirówkowego uzasadnione jest dla oczyszczalni o przepływach większych niż 0,2 m 3 /s, gdzie wykorzystanie powierzchni jest ograniczone oraz jest dostęp do wykwalifikowanych pracowników. Wirówki stosuje się też tam, gdzie osad słabo się zagęszcza innymi konwencjonalnymi metodami.

20 Zagęszczacz wirówkowy Podstawowe parametry, jakimi może sterować operator: prędkość obrotowa wydajność hydrauliczna głębokość cieczy w cylindrze wirówki prędkość przenośnika śrubowego ew. ilość dodawanych polimerów

21 Zagęszczacz filtracyjny taśmowy Zagęszczacze taśmowe pracują w sposób ciągły. Kondycjonowany osad nanoszony jest równomiernie na poruszającą się taśmę filtracyjną. Siła ciężkości powoduje oddzielenie wody od osadu i równocześnie jego zagęszczenie. Rozmieszczone na całej powierzchni strefy zagęszczającej szykany powodują znaczne wydłużenie czasu przebywania osadu na stole zagęszczającym.

22 Osad zagęszczony Szykany Zagęszczacz filtracyjny taśmowy c.d. Płukanie taśmy Taśma zagęszczacza Ciecz osadowa Wlot osadu

23 Zagęszczacz filtracyjny taśmowy c.d. Zagęszczacze taśmowe stosowane są na większości komunalnych oczyszczalni ścieków. W małych i średnich oczyszczalniach ścieków zagęszczacze projektowane są tak, aby cały cykl pracy zagęszczarki został wykonany w ciągu jednej zmiany. W dużych oczyszczalniach ścieków zagęszczacze działają w sposób ciągły.

24 Zagęszczacz filtracyjny taśmowy

27 Zagęszczacz bębnowy Zagęszczacze bębnowe (sitowe) są to cylindryczne bębny obciągnięte tkaniną filtracyjną, ustawiane poziomo lub pod niewielkim regulowanym kątem.

28 Zagęszczacz bębnowy Korzyści wynikające ze stosowania RoS 2 (wg Huber.com.pl): wykonanie ze stali nierdzewnej, odpornej na korozję i ścieranie; niskie koszty dozoru i eksploatacji; praca w pełni automatyczna; optymalna cena w stosunku do efektywności; możliwość wykonania w wersji przewoźnej; poprawa pracy dalszego ciągu osadowego oczyszczalni.

29 Zagęszczacz bębnowy

30 Zagęszczacz bębnowo-ślimakowy

31 Zagęszczacz bębnowo-ślimakowy

32 Parametry technologiczne zagęszczaczy mechanicznych stopień rozdziału faz: Optymalnie powyżej 98% Zadowalająco ok. 95% - należy zidentyfikować przyczynę gorszego rozdziału Katastrofalnie poniżej 90% - wada maszyny lub błędna eksploatacja ilość płuczącej wody (do 10 m 3 /m szer. h)

33 Parametry technologiczne dawka polielektrolitu 2-10 g/kg s.m. osadu prędkość taśmy lub prędkość obrotowa dostosowana do wymaganej wydajności zawsze ustalana przez serwis urządzenia podczas rozruchu

34 Parametry technologiczne - projektowanie Urządzenia zagęszczające dobieramy niezależnie na dwa parametry: Obciążenie hydrauliczne [m 3 /h] Obciążenie masowe [kgsm/h] Obciążenie hydrauliczne Obciążenie masowe

35 Zagęszczacze flotacyjne Schemat zjawiska flotacji (wg Anielak, 2000) 1 frakcja wyflotowana 2 zawiesina hydrofobowa 3 pęcherzyki gazu

36 Podział metod zagęszczania flotacyjnego biologiczna, polegająca na wykorzystaniu flotacji cząstek gazów wydzielających się z osadów ściekowych w trakcie ich zagęszczania chemiczna, polegająca na wytworzeniu się gazów wskutek wprowadzenia do ośrodka odpowiednich chemikaliów powietrzna, polegająca na wprowadzeniu do osadu powietrza

37 Flotacja powietrzna

38 Wady i zalety stosowanych zagęszczaczy Zagęszczacz Zalety Wady Grawitacyjny Flotacyjny Wirówka Taśmowy i bębnowy - idealny dla osadu wstępnego - niski koszt - prosta obsługa - zajmuje mało miejsca - nadaje się do osadów lekkich - zajmuje mało miejsca - brak zapachów i kontaktu z osadem - działa bez polimeru - zajmują mało miejsca - niższe koszty od wirówki - wysoki współczynnik R i zawartość s.m. odpływu - zapachy - duże zużycie energii - droższy niż grawitacyjny - skomplikowana obsługa - wysokie koszty inwest. i eksp. - w zasadzie do pracy ciągłej - niezbędna wykwalifikowana obsługa - zależy od dawki polimeru - możliwość zapachów - możliwość kontaktu z osadem i odciekiem

39 Subiektywna ocena pracy zagęszczaczy Zagęszczacz Zalety Wady Grawitacyjny Flotacyjny Wirówka Taśmowy i bębnowy - idealny dla osadu wstępnego - niski koszt - prosta obsługa - zajmuje mało miejsca - nadaje się do osadów lekkich - zajmuje mało miejsca - brak zapachów i kontaktu z osadem - działa bez polimeru - zapachy Dobry do osadów wstępnych - bezdyskusyjnie - zajmują mało miejsca - niższe koszty od wirówki - wysoki współczynnik R i zawartość s.m. odpływu - duże zużycie energii - droższy niż grawitacyjny - skomplikowana obsługa - wysokie koszty inwest. i eksp. Potrzebna wykwalifikowana obsługa - w zasadzie do pracy ciągłej - niezbędna wykwalifikowana obsługa Taśmowy najpowszechniejsze rozwiązanie optymalny pod względem trudności eksploatacji i uzyskiwanych efektów - zależy od dawki polimeru - możliwość zapachów Bębnowy marne efekty zagęszczania bardzo ograniczona możliwość ingerencji w efekty zagęszczania - możliwość kontaktu z osadem i odciekiem

40 Co powstaje podczas zagęszczania i odwadniania osadu? Ciecz nadosadowa, ale o tym kiedy indziej

41 Kondycjonowanie osadu Wstęp Metody kondycjonowania Dobór dawki polielektrolitu Instalacje do dozowania polielektrolitu

42 Kondycjonowanie osadu Kondycjonowanie ma na celu zmianę struktury i właściwości osadów zwiększających efektywność ich odwadniania. Dobry środek kondycjonujący pozwala na: Neutralizację ładunku elektrycznego ziaren osadu, co pozwala na ich łączenie się w większe cząstki łatwiej oddające wodę, Łączenie cząstek, czyli aglomerację określaną mianem flokulacji, Niszczenie żelowej struktury kłaczka, co ułatwia oddawanie wody, Uzyskanie odporności kłaczka na ścinanie i ściskanie Poprawę współczynnika rozdziału R, czyli jakości odcieku z przeróbki osadu, Zwiększenie suchej masy placka bez zwiększenia całkowitej masy osadu.

43 Podatność na odwadnianie Łatwo odwadnialne osady surowy osad wstępny przefermentowany osad wstępny surowy osad mieszany (wstępny + nadmierna błona biologiczna) surowy osad mieszany (wstępny + nadmierny biologiczny) przefermentowany osad mieszany (wstępny + nadmierny osad czynny) surowy nadmierny osad czynny osad ustabilizowany tlenowo Trudno odwalnialne osady

44 Kondycjonowanie osadu Kondycjonowanie Metody chemiczne Metody fizyczne Substancje nieorganiczne Substancje organiczne Mechaniczne Termiczne Inne Wapno Anionowe Dodatek węgla Wymrażanie Przemywanie Sole żelaza Kationowe Dodatek popiołu Podgrzewa nie Pole ultradźwię kowe Sole glinu Kationowoanionowe Inne substancje obojętne chemicznie Pole elektromagnetyczne

45 Działanie polimerów Polimery stosowane w kondycjonowaniu osadów są to rozpuszczalne w wodzie wysoko cząsteczkowe związki, których bardzo dobra efektywność koagulacyjna lub flokulacyjna wynika z: ich struktury (głównie liniowej), dużego ciężaru cząsteczkowego (do kilkunastu milionów daltonów), obecności grup funkcyjnych (np. OH, COOH, -NH2, SO3H), aktywności adsorpcyjnej.

46 Działanie polimerów - budowa Polielektrolity Anionowe Poliakrylan sodu Kationowe Winylopirydyna Kationowo-anionowe Poliakrylonitryl Poliakryloamid

47 Działanie polimerów Efekt działania polimerów zależy od: rodzaju osadu (wstępny, wtórny, mieszany) zawartości substancji mineralnych (surowy, przefermentowany, ustabilizowany tlenowo) ph temperatury dawki reagentu w stosunku do s.m. osadu Polielektrolity mogą mieć postać: proszku /granulatu zawiesiny emulsji roztworu wodnego

48 Dawkowanie polimerów Typ osadu Dawka polimeru [kg/tsm] Zagęszczarki/Prasy Wirówki Osad wstępny ,5 Osad zmieszany Osad nadmierny Osad przefermentowany Take-home message: Zbyt mała dawka polimeru nie da efektu Zbyt duża również pogorszy efekt odwadniania Więcej nie znaczy lepiej

49 Czas filtracji [min] Dawkowanie polimerów

50 Instalacja przepływowa do przygotowania i dawkowania polielektrolitu 1.Zbiornik sproszkowanego polielektrolitu 2.Doprowadzenie wody 3.Rozdrabniacz i dozownik polielektrolitu 4.Mieszacz wstępny 5.Mieszadło (komora rozpuszczania) 6.Mieszadło (komora dyspersyjna) 7.Wyłącznik bezpieczeństwa 8.Czujnik poziomu roztworu 9.Zbiornik 10.Przelew i spust dolny 11.Króciec do podłączenia pompy dozującej 12.Tablica kontrolna

51 Instalacja sekwencyjna do przygotowania i dawkowania polielektrolitu Stacja składa się z trzech zbiorników: zbiornik na proszek zbiornik przygotowywania i dojrzewania polielektrolitu zbiornik dawkowania polielektrolitu Istotne wady: znaczne rozmiary instalacji duża wysokość (2,5-3,0 m) trudny dostęp do zbiornika z suchym polielektrolitem

52 Wady i zalety stacji przygotowywania polielektrolitu Typ Zalety Wady Instalacja przepływowa - niewielkie rozmiary instalacji - łatwy dostęp do wszystkich elementów instalacji - potrzeba ciągłej kontroli procesu przygotowywania i dojrzewania polielektrolitu - potrzeba wyłączenia stacji na czas konserwacji Instalacja sekwencyjna - brak potrzeby ciągłej kontroli procesu przygotowywania polielektrolitu - możliwość szybkiego zwiększenia dawki polielektrolitu - krótkotrwale - duże rozmiary instalacji - zwykle duża wysokość instalacji - droższy niż grawitacyjny - skomplikowana obsługa

53 Parametry technologiczne - projektowanie Nie wszystko musi mieć perfekcyjnie ustalone wytyczne może jednak potrafimy dobrać stację roztwarzania polielektrolitu?

54 Instalacja przepływowa do przygotowania i dawkowania polielektrolitu

55 Instalacja przepływowa do przygotowania i dawkowania polielektrolitu

56 Instalacja sekwencyjna do przygotowania i dawkowania polielektrolitu

57 Instalacja sekwencyjna do przygotowania i dawkowania polielektrolitu

58 Porównanie rozmiarów instalacji sekwencyjnej i przepływowej

59 Proszek czy emulsja?

60 O czym dzisiaj nie powiem zagęszczanie w osadniku W przypadku dobrze sedymentującego osadu wstępnego możliwe jest zagęszczanie bezpośrednio w osadniku wstępnym. Polega na utrzymywaniu w leju osadników podwyższonej warstwy osadu, w wyniku tego osad lepiej się zagęszcza. Wadami tego rozwiązania są: ryzyko pogorszenia parametrów pracy osadnika. ryzyko pojawienia się w osadniku wstępnym procesu zagniwania osadu (fermentacja) To nie musi być wada Więcej informacji, Google: aktywny osadnik wstępny / VFA generation in primary clarifier

61 Zagadnienia z wykładu 1. Dlaczego zagęszczamy osady ściekowe? 2. Jaki rodzaj wody usuwamy w procesie zagęszczania? 3. Dla jakich osadów stosujemy zagęszczanie grawitacyjne? 4. Dlaczego mieszamy osady w zagęszczaczu grawitacyjnym? 5. Dla jakich osadów stosujemy zagęszczanie mechaniczne? 6. Dlaczego nie zagęszczamy osadów powyżej 10% s.m.? 7. Dlaczego kondycjonujemy osady?