W zakładach oczyszczania ścieków efektywne zarządzanie osadami jest kluczowym elementem zarówno z punktu widzenia ekonomii, jak i ochrony środowiska. Jednym z podstawowych celów jest zmniejszenie ilości osadów powstałych w trakcie procesu oczyszczania ścieków. Zmniejszenie objętości osadu osiągane jest poprzez oddzielenie części roztworu osadu w trakcie różnych procesów. Zagęszczanie ma na celu zwiększenie stężenia suchej masy w osadzie poprzez usunięcie części wody wolnej, co zmniejsza objętość osadu do dalszego transportu lub dalszego przetworzenia. Zagęszczanie i odwadnianie osadów to dwa komplementarne etapy w gospodarce osadowej. Zagęszczaniu nadmiernego osadu często nie poświęca się odpowiedniej uwagi, a jest to ważny etap procesu, który z jednej strony wpływa na odprowadzanie osadu z dalszego oczyszczania, a z drugiej strony na załadunek wieży fermentacyjnej.
Znaczenie Zagęszczania Osadów
Głównym zadaniem urządzeń służących do zagęszczania osadów jest redukcja objętości osadu pierwotnego i osadu nadmiernego przed procesem stabilizacji. Odprowadzanie osadu z dalszego oczyszczania powinno odbywać się zgodnie z wymaganiami technicznymi dalszego oczyszczania, tj. w zależności od nagromadzenia lub w celu unikania wycieków podczas intensywnych opadów deszczu. Załadunek wieży fermentacyjnej musi być możliwie ciągły, zarówno pod względem hydraulicznym, jak i pod względem przepływu substancji stałych. Te cele są często ze sobą sprzeczne, a zadaniem zagęszczania osadu ściekowego jest ich zharmonizowanie.
Metody Zagęszczania Osadów Ściekowych
W praktyce stosuje się szereg technologii zagęszczania osadów. Oferowane są różne metody zagęszczania osadów, takie jak zagęszczarki tarczowe, ślimakowe i taśmowe. Poza zagęszczaczami bębnowymi wyróżnia się też inne typy, np. taśmowe, dekantacyjne czy flotacyjne.
Zagęszczacze Grawitacyjne
Zagęszczanie grawitacyjne to podstawowa metoda, w której osad spływa grawitacyjnie do pompowni operacyjnej, skąd jest tłoczony do stacji zagęszczania.
Zagęszczacze Bębnowe
Zagęszczacz bębnowy to w zasadzie zagęszczacz taśmowy, który został zwinięty. Wolno obracający się filtr bębnowy oddziela osad pozostający w bębnie od wody, która następnie jest przepuszczana przez tkaninę filtracyjną. Przykładem jest zagęszczacz osadów SCRUDRAIN® firmy Teknofanghi z Mediolanu, który jest zagęszczaczem bębnowym. Spółka „Prosna” od ponad 10 lat stosuje zagęszczacze bębnowe i spiralne wymienniki ciepła firmy Alfa Laval w oczyszczalni ścieków w Kaliszu. Urządzenia pracowały bez problemów przez wiele lat. Jednak w 2013 r. zagęszczacze bębnowe nie były w stanie sprostać rosnącej ilości osadu na poziomie 30 000 m³/dzień/zakład.
Zagęszczacze Taśmowe
Zagęszczacz taśmowy działa na zasadzie oddzielania cieczy od cząstek stałych poprzez grawitacyjne zagęszczanie przez porowatą taśmę filtracyjną. Charakteryzuje się stałym obciążeniem w całym obszarze filtracji, co maksymalizuje efektywność filtracji. Grawitacyjny zagęszczacz taśmowy Alfa Laval AS-H przeznaczony jest do zagęszczania osadów wstępnych oraz nadmiernych z biologicznych i komunalnych oczyszczalni ścieków. Jego zasada działania opiera się na rozdzielaniu fazy ciekłej od stałej poprzez grawitacyjny przesącz odcieku przez tkaninę filtracyjną krążącą wokół dwóch rolek. Zbiornik retencyjny osadu (komora flokulacji) napełniany jest od dołu, a wymieszany osad, przelewając się przez tamę, zapewnia równomierne rozłożenie osadu na taśmie.
W przypadku Oczyszczalni w Kaliszu, klient podkreślił dwa istotne kryteria wyboru nowych urządzeń do zagęszczania: możliwość spełnienia ograniczonych wymagań dotyczących przestrzeni oraz wysoką wydajność. Zagęszczacz taśmowy jest krótszy i szerszy niż zagęszczacz bębnowy, zajmując mniej miejsca. Dodatkowo, miejsce w zakładzie w Kaliszu można było zaoszczędzić dzięki zastosowaniu zaworu mieszającego, który wyeliminował potrzebę instalowania osobnej komory flokulacji i mieszalnika. Dzięki możliwości spełnienia powyższych kryteriów, Spółka Wodno-Ściekowa „Prosna” wybrała zagęszczacz taśmowy AS-H. Nowy zagęszczacz taśmowy firmy Alfa Laval AS-H działa sprawnie, ku pełnej satysfakcji Spółki „Prosna”. Dyrektor Zarządzający Spółki Wodno-Ściekowej „Prosna” Jerzy Czuba i Kierownik Operacyjny Sławomir Mickiewicz stwierdzili: „Dostawa i uruchomienie nowego zagęszczacza pasowego AS-H zostały ukończone na czas.”
Zagęszczacze Śrubowe
Jesienią 2021 r. firma ESMIL Prodeko-Ełk Sp. z o.o. przeprowadziła demonstrację maszyny do mechanicznego zagęszczania osadu ściekowego - zagęszczacza śrubowego serii MDQ-T. Zagęszczacze śrubowe serii MDQ-T opierają się na technologii i konstrukcji zbliżonej do odwadniaczy śrubowych MDQ, jednak główną różnicą zagęszczacza jest umieszczenie śruby w pozycji pochylonej z powodu istotnej roli siły grawitacji w procesie zagęszczania. Dodatkowym atutem urządzenia jest fakt, iż może ono także pracować jako odwadniacz po dostosowaniu niektórych parametrów procesu. Maszyny te wyróżnia m.in. energooszczędność i kompaktowa budowa, minimalizacja obsługi, bardzo niskie zużycie wody oraz szeroki zakres wydajności. Urządzenia serii MDQ pracują bezproblemowo wiele lat i nie posiadają części szybko zużywających się, dzięki czemu nie wymagają kosztownych napraw czy skomplikowanych serwisów.
Studium przypadku: Oczyszczalnia ścieków w Biskupcu
We wrześniu 2021 roku firma ESMIL Prodeko-Ełk uruchomiła demonstracyjny model MDQ-351T na Oczyszczalni ścieków komunalnych w Biskupcu. Zagęszczacz ten posiada jedną śrubę o średnicy 350 mm. Zagęszczaniu poddawano dwa rodzaje osadu: osad nadmierny bez żadnej obróbki wstępnej, poddany jedynie zagęszczeniu grawitacyjnemu w urządzeniu stacjonarnym typu zagęszczacz z mieszadłem prętowym, oraz osad zagniły magazynowany w nieużywanym basenie biologicznym, który niezamierzenie pełnił funkcję otwartej komory fermentacyjnej (OKF).
Uzyskane wyniki były bardzo zadowalające:
- Osad nadmierny o koncentracji 1,3% s.m. został zagęszczony do 3,6% s.m. przy zużyciu flokulanta wynoszącym 4,5 kg/t s.m.
- Osad o koncentracji 1,9% s.m. został zagęszczony do 5,6% s.m. przy zużyciu flokulanta wynoszącym 7 kg/t s.m.
W obu przypadkach odciek był klarowny, od 100 do 300 mg/l zawiesiny. Wydajność hydrauliczna zagęszczacza wynosiła od 19 do 22 m³/h, a odprowadzanie osadu zagęszczonego około 3 m³/h. Kierownictwo PWiK w Biskupcu było bardzo usatysfakcjonowane osiągniętymi rezultatami, a także wysoką wydajnością urządzenia. Na oczyszczalni w Biskupcu już od kilku lat pracuje także prasa śrubowo-talerzowa MDQ-353 C, która znakomicie spełnia swoje zadanie odwadniając trudny osad przy jednocześnie bardzo niskim zużyciu mediów.
Kierowniczka Oczyszczalni, Pani Monika Wołoszyn, podsumowała doświadczenia: „Nadmierny osad ściekowy na naszej oczyszczalni jest osadem trudnym do odwadniania i zagęszczania ze względu na duże rozdrobnienie podczas procesu napowietrzania, w związku z czym aby uzyskać suchą masę osadu powyżej 2% musielibyśmy wydłużyć czas zagęszczania grawitacyjnego, co z kolei jest niemożliwe ze względu na duże przyrosty osadu nadmiernego. Zastosowanie zagęszczacza śrubowego umożliwiło szybkie zagęszczenie osadu nadmiernego, zmniejszenie jego objętości (nawet 5,6% s.m.), uzyskanie czystego filtratu oraz co jest bardzo istotne, bardzo niskie zużycie flokulanta. W efekcie końcowym sumaryczne zużycie flokulanta przez obie maszyny (zagęszczacz śrubowy + prasa śrubowa) było tylko o około 20% większe niż przy odwadnianiu wyłącznie prasą śrubową poprzedzoną klasycznym zagęszczaczem grawitacyjnym. Dodatkową korzyścią była również możliwość łączenia osadu świeżego z osadem zagniłym, z równie dobrym efektem zagęszczania (około 16m³/godz. i 3,2% s.m.). Zagęszczacz śrubowy może z powodzeniem wspomagać oczyszczalnie z ograniczonymi możliwościami zagęszczania grawitacyjnego, jak również odwadnianie osadu np. zagniłego.”
Zagęszczacze śrubowe serii MDQ-T to świetne rozwiązanie dla oczyszczalni, którym zależy na kompaktowym, oszczędnym i wydajnym zagęszczaniu osadu.
Jak działa odwadnianie za pomocą prasy ślimakowej
Zagęszczacze Dekantacyjne (Wirówki)
Zagęszczanie osadu nadmiernego za pomocą wirówek dekantacyjnych, zwłaszcza z wykorzystaniem dekantera OZO Flottweg (skrót OZO oznacza optymalne zagęszczanie osadu), to metoda fizyczna opierająca się na polu wirówki. Głównym elementem jest dekanter OZO, maszyna zoptymalizowana do tego zadania. Rozdzielenie odbywa się w poziomym cylindryczno-stożkowym bębnie wirówki zawierającym ślimak wygarniający. Mieszanina odprowadzana jest do bębna centralną rurą znajdującą się wewnątrz ślimaka wygarniającego, który posiada otwory wyrzutowe i przez nie wskutek siły odśrodkowej mieszanina wyrzucana jest na wewnętrzną powierzchnię bębna. Tutaj następuje proces rozdziału mieszaniny, tworzą się dwa pierścienie - ciała stałego bezpośrednio na ściance bębna oraz cieczy ponad ciałem stałym.
Decydującym czynnikiem w rozwiązywaniu konfliktu celów pomiędzy odprowadzaniem osadu a załadunkiem wieży fermentacyjnej jest możliwość regulacji. Czujnik mierzy stężenie w zagęszczonym osadzie i za pomocą tego sygnału maszyna jest sterowana w taki sposób, aby stężenie zawsze było na poziomie zdefiniowanym przez operatora (np. 6%). Dzięki temu ilość hydrauliczna pozostaje stała, a wieża fermentacyjna jest ładowana stale i nieprzerwanie. Regulacja ta kompensuje zmienne proporcje dopływu do zagęszczania, wynikające np. z silnych opadów deszczu. Kolejny czujnik mierzy stężenie na dopływie i za jego pomocą reguluje dodawanie polimeru.
Zagęszczarka Flottweg gwarantuje bezpieczeństwo pracy dzięki wysoce niezawodnej maszynie oraz efektywnym regulacjom. Służy jako niezawodny bufor między poprzedzającymi i następnymi etapami procesu, zwłaszcza w okresach nieobsadzonych w oczyszczalni ścieków. Działa w dużym stopniu autonomicznie i nie wymaga ingerencji personelu obsługującego. Możliwa jest bezproblemowa praca ciągła przez 24 godziny na dobę, 7 dni w tygodniu - nie ma potrzeby wyłączania urządzenia na czas płukania. Dekanter Flottweg do zagęszczania przekonuje bardzo małym zapotrzebowaniem na miejsce przy jednoczesnym wysokim natężeniu przepływu, co często umożliwia integrację i instalację w istniejących budynkach. System może również działać ze zmienionymi proporcjami osadu.
Stopień oddzielania jest ważnym wskaźnikiem w zagęszczaniu osadu. Za pomocą dekantera OZO można trwale osiągnąć stopień oddzielenia mechanicznego >95%, często nawet >98%. Zagęszczarki Flottweg mają zamkniętą konstrukcję, aby uniknąć emisji zapachów, a aerozole skażone biologicznie nie są uwalniane do środowiska. Obróbka osadu za pomocą wirówek dekantacyjnych marki Flottweg zapewnia optymalne sterowanie procesami w oczyszczalni ścieków, a stałe załadunki wieży fermentacyjnej prowadzą do zoptymalizowanego procesu gnicia, co efektem jest zwiększona szybkość rozkładu i lepsza wydajność gazu.
Rola Flokulantów w Procesie Zagęszczania
Flokulant to środek chemiczny, którego główną rolą jest poprawa separacji ciała stałego od wody. Polimery polielektrolitowe są kluczowe dla poprawy tej separacji. Działają przez neutralizację ładunków powierzchniowych i mostkowanie cząstek, tworząc większe, łatwiejsze do sedymentacji floki. Dawkowanie polielektrolitu to proces przygotowania osadu, którego celem jest przekształcenie bezpostaciowej struktury osadu w osad o strukturze porowatej, łatwej do odwodnienia. Dla substancji zawierających dużo substancji organicznych, bardziej skuteczne są polielektrolity kationowe.
FLOPAM EM 840 HIB - przykład flokulanta
FLOPAM EM 840 HIB to emulsjonowany flokulant polimerowy o charakterze kationowym, opracowany specjalnie do zastosowań w zagęszczaniu i odwadnianiu osadów ściekowych. Emulsja ułatwia przygotowanie roztworów roboczych i ogranicza ryzyko pylenia oraz problemów elektrostatycznych podczas dozowania. Podczas zagęszczania osadu ściekowego z użyciem wirówek dekantacyjnych wymagane jest jedynie dodanie bardzo niewielkiej ilości polimerów, a w zależności od właściwości szlamu można ewentualnie z nich zrezygnować. Po wstępnym ustawieniu układ sterowania samodzielnie reguluje dokładne dozowanie polimeru - pełna flokulacja nie jest konieczna, choć jako środek pomocniczy stosuje się zazwyczaj bardzo niewielką ilość flokulantu do polerowania koncentratu (fazy ciekłej).
Optymalizacja Dawkowania i Przygotowania
Prawidłowe przygotowanie roztworu i optymalizacja dawki są fundamentem skutecznego użycia flokulantów. Zazwyczaj emulsję rozcieńcza się wodą (najczęściej w zakresie 0,1-1,0%) w zależności od potrzeb instalacji. Przed wprowadzeniem polimeru do pełnej skali, rekomendowane jest przeprowadzenie testów laboratoryjnych: jar test (test sedymentacyjny z mieszaniem) oraz bench testy na odwadniaczach laboratoryjnych. Jar test pozwala określić optymalną dawkę floku, czas mieszania i ocenić szybkość osiadania oraz klarowność przejrzystej fazy.
Wydajność flokulanta zależy od szeregu parametrów: pH osadu, przewodności, zawartości suchej masy (TSS), temperatury i czasów mieszania. FLOPAM EM 840 HIB wykazuje dobrą tolerancję na zmienne warunki, ale jego skuteczność zwiększa się przy odpowiednim zarządzaniu parametrami wejściowymi. Dla polimerów kationowych optymalne pH zwykle mieści się w zakresie lekko kwaśnym do neutralnego. Przed zastosowaniem warto sprawdzić kompatybilność z koagulantami nieorganicznymi. Dawkowanie zależy od typu osadu i celu procesu. W praktyce biogennych osadów aktywnych dawki mogą oscylować w przedziale od 0,1 do kilku kg aktywnego polimeru na tonę suchej masy.
Korzyści z Efektywnego Zagęszczania
Poprawa efektywności zagęszczania i odwadniania ma bezpośrednie przełożenie na koszty operacyjne: mniejsze ilości transportowanego i składowanego osadu, mniejsze zapotrzebowanie na energię w urządzeniach odwadniających oraz lepsza jakość wody odprowadzonej po procesie. Wdrożenie optymalnej strategii zagęszczania i odwadniania przy użyciu odpowiedniego flokulanta to inwestycja, która daje wymierne korzyści finansowe, operacyjne i środowiskowe. Staranna kalibracja parametrów, regularne testy i dbałość o warunki mechaniczne procesu pozwalają maksymalizować efektywność urządzeń i minimalizować koszty. Stosując produkty takie jak FLOPAM EM 840 HIB, zakłady oczyszczania ścieków mogą osiągnąć stabilną, powtarzalną jakość odwadniania, co przekłada się na szybsze czasy pracy urządzeń i mniejsze ilości odpadów do dalszej utylizacji.
Kierowniczka Oczyszczalni w Biskupcu podkreśla, że zagęszczacz śrubowy może z powodzeniem wspomagać oczyszczalnie z ograniczonymi możliwościami zagęszczania grawitacyjnego, jak również odwadnianie osadu, np. zagniłego. Coraz więcej oczyszczalni ścieków odkrywa zalety zamkniętego, holistycznego podejścia do oczyszczania ścieków, co prowadzi do redukcji kosztów, mniejszego wpływu na środowisko i generowania dochodów.
Bezpieczeństwo i Monitoring
Wybierając flokulanty, warto brać pod uwagę nie tylko bieżące koszty zakupu, ale i wpływ na środowisko oraz bezpieczeństwo pracowników. Flokulanty, jak inne chemikalia przemysłowe, powinny być przechowywane w oryginalnych pojemnikach, z dala od źródeł ekstremalnej temperatury i światła. Zaleca się stosowanie podstawowych środków ochrony osobistej podczas przygotowywania roztworów - rękawic, okularów ochronnych i odpowiedniej wentylacji pomieszczeń. Regularny monitoring parametrów procesu - zawartości suchej masy w osadzie, przewodności odpływu, czasu klarowania, stężenia polimeru - pozwala ocenić skuteczność zastosowanych środków i wdrażać korekty. W niektórych zakładach, np. przemysłowych oczyszczalniach z osadami o wysokiej zawartości tłuszczu czy substancji organicznych, konieczne jest dostosowanie strategii flokulacji.
tags: #zageszczarka #osadu #nadmiernego