Osadnik wtórny – redukcja fosforu i mętności

Osadnik wtórny dzięki zastosowaniu zmiennej kolumny napływu Hydrograv uzyskuje wyższą wydajność, przy jednoczesnej redukcji fosforu i mętności, jak przy zastosowaniu filtra piaskowego.

W osadnikach wtórnych następuje klarowanie ścieków i zagęszczanie osadu poprzez oddzielenie osadu czynnego od oczyszczonych ścieków. W odróżnieniu od osadników wstępnych, zawiesina w osadnikach wtórnych jest trudno sedymentowalna (ciężar właściwy osadu zbliżony jest do ciężaru wody). Jednocześnie z uwagi na to, że osadniki wtórne są z reguły końcowym elementem każdej oczyszczalni ścieków, wymaga się od nich wysokiej skuteczności klarowania ścieków zapewniającej redukcję zawiesiny nawet do 99%.

Właściwe zaprojektowanie osadników wtórnych wbrew pozorom nie jest łatwe i wymaga od projektanta oprócz wiedzy technicznej i doświadczenia także określenia poprawnych założeń projektowych tj. realnych danych wyjściowych. Osadniki projektuje się z uwzględnieniem takich parametrów jak: obciążenie hydrauliczne, stężenie osadu, właściwości sedymentacyjne osadu, czas przepływu ścieków i osadu recyrkulowanego, wysokość warstwy osadu zawieszonego, temperatura ścieków, obciążenie koryt przelewowych. Dopiero po uwzględnieniu tych wszystkich czynników inżynierowie projektują osadniki wtórne określając ich średnicę, głębokość, wielkość i kształt koryt przelewowych, typ zgarniaczy oraz rodzaj kolumny napływu.

Przy ustalonych stanach oczyszczalni, eksploatacja prawidłowo działających osadników wtórnych z reguły sprowadza się do utrzymania właściwej grubości warstwy zawieszonej osadu w osadniku. Jednakże w praktyce w wielu przypadkach eksploatatorzy mają problemy z osadnikami wtórnymi objawiającymi się głównie „przebiciami” bądź „wyrzucaniem” zawiesiny do odbiornika. W takim przypadku, tak jak w każdej chorobie, istotnym wydaje się być poznanie przyczyny takiego stanu rzeczy i jeśli to możliwe jej eliminacja.

PRZYCZYNY PROBLEMÓW EKSPLOATACYJNYCH

Generalnie główne trudności eksploatacyjne osadników wtórnych objawiają się problemami w utrzymaniu właściwego procesu klarowania ścieków. Z reguły spowodowane to jest zmianą jednego lub kilku parametrów takich jak np. obciążenie hydrauliczne, stężenie osadu lub indeks osadu. Oczywiście dobrze zaprojektowany osadnik posiada tzw. „bufor” akceptujący pewne chwilowe stany nieustalone, jednakże poważne problemy eksploatacyjne osadników zaczynają się wtedy kiedy „chwilowe stany” przechodzą do „stanów typowych” (np. zwiększenie obciążenia osadników) i dodatkowo do tego nakłada się niekorzystna zmiana technologiczna (np. zwiększenie indeksu osadu) lub naturalny spadek temperatury otoczenia (gorsze właściwości sedymentacyjne osadu) lub najczęściej występujące długotrwałe deszcze. Z podobną sytuacją mamy również do czynienia w przypadku występowania roztopów na skutek dopływu do osadników wtórnych dużych ilości zimnej wody. Efektem tego jest wypływająca zawiesina z osadnika wraz z towarzyszącym temu przekroczeniom związków fosforu i ChZT.

Osadnik wtórny - przebicia osadu

Osadnik wtórny - wadliwa praca przebicia osadu

Osadnik wtórny - wadliwa praca osadnika

Efekty wadliwej pracy osadników – „chmury” osadu i wypłukiwanie zagęszczonego osadu.

Wtedy każdy z eksploatatorów próbuje ograniczyć przepływ, zmniejszyć indeks osadu, zmienić ilość recyrkulowanego osadu, a w przypadku braku pozytywnych rezultatów budowany jest następny osadnik wtórny. Działania te ze względu na nieodłączną zmienność parametrów mają jednak zawsze charakter spóźniony i nieoptymalny. Dopiero rozwój dziedziny komputerowego modelowania przepływów i stworzenie wiarygodnego modelu hydraulicznego pracy osadnika wtórnego, pozwoliły na identyfikację głównej przyczyny uciążliwości pracy osadnika którą okazało się – stosowanie stałej kolumny napływu ścieków.

Osadnik wtórny - stała kolumna napływu

Osadniki wtórne - stała kolumna napływu

Osadnik wtórny - stała kolumna napływu

Typowe – stałe kolumny napływu ścieków do osadników.

ISTOTA DZIAŁANIA

Przy wykorzystaniu zaawansowanych modeli hydraulicznych i wykonaniu osadników w skali pilotowej, a później rzeczywistej zauważono, że idealnym sposobem wprowadzania ścieków do osadnika jest napływ ścieków zlokalizowany tuż pod płaszczem (warstwą) zagęszczonych osadów. W takim przypadku osad zagęszczony działa jako swoiste „złoże filtracyjne”, które zatrzymuje drobną zawiesinę z napływających ścieków. Dodatkowo stwierdzono, że idealnym napływem jest napływ otwarty tzn. taki który nie powoduje powstania wielu pojedynczych strumieni, a zapewnia równomierny napływ w każdym punkcie osadnika.

Osadnik wtórny - działanie wadliwe - brak rozdziału

Osadnik działający wadliwie

Napływ ścieków zlokalizowany zbyt nisko – brak rozdziału pomiędzy czystym i klarownym ściekiem, a warstwą osadu (brak płaszcza osadu) → zawiesina w odcieku

Osadnik wtórny - działanie prawidłowe - wyraźny rozdział

Osadnik działający poprawnie

Napływ ścieków zlokalizowany idealnie pod płaszczem osadu, wyraźny rozdział pomiędzy klarownym ściekiem, a warstwą osadu (powstanie płaszcza osadu) → czysty odciek.

Umiejscowienie napływu ścieków powyżej płaszcza osadu powoduje powstawanie tzw. „chmur” osadu na skutek napływu ścieków od góry ku dołowi i wypłukiwania górnej warstwy osadu zagęszczonego. Często w takich przypadkach główny nurt osadu odbija się od ściany osadnika powodując powtórne „uderzenie” w warstwę osadu zagęszczonego. Połowicznym rozwiązaniem tego problemu jest budowa specjalnych deflektorów przymocowanych do dolnej części koryt przelewowych. Umiejscowienie napływu ścieków zlokalizowane znacząco poniżej płaszcza osadu powoduje z kolei wypłukiwanie zagęszczonego osadu z osadnika, w szczególności w sytuacji kiedy przez osadnik przepływa większa ilość ścieków (np. kilkudniowe deszcze).

W takim przypadku większy przepływ powoduje powstanie „efektu dyszy” i wypłukanie dobrze zagęszczonego osadu do odbiornika. W związku z tym mając świadomość, że nie ma oczyszczalni w której parametry technologiczne istotne dla pracy osadnika wtórnego nie ulegają większej lub mniejszej zmianie w czasie, inżynierowie z firmy Hydrograv doszli do wniosku, że stała kolumna napływu nie jest w stanie zapewnić poprawnej pracy osadnika (tj. zapewniającej wprowadzanie ścieków tuż poniżej płaszcza osadu). Rozwiązaniem problemu okazała się opatentowana kolumna regulowana – typu Hydrograv Adapt.

ZASADA DZIAŁANIA

Osadnik wtórny - Hydrograv

Przepływy niskie pora nocna lub okres suszy

Osadnik wtórny - Hydrograv

Przepływy średnie w trakcie dnia

Osadnik wtórny - Hydrograv

Przepływy wysokie kilkudniowe i nawalne deszcze

Po uzyskaniu od inwestora danych wyjściowych dotyczących pracy oczyszczalni z kilkuletniego okresu, tworzona jest specjalna symulacja pracy regulatora oparta na obliczeniowej dynamice płynów (CFD).

Dopiero tak utworzony każdorazowo indywidualny program pozwala na właściwe sterowanie regulatorem. Sterowanie nie odbywa się w funkcji pomiaru płaszcza osadu, ale na podstawie uzyskiwanych w trybie on-line danych procesowych takich jak: aktualny przepływ, stężenie osadu, temperatura, indeks osadu, stopień recyrkulacji. Dzięki temu urządzenie potrafi odczytać przyszły trend i może się dostosować do wymaganych parametrów. Urządzenie oprócz regulacji wysokości napływu dostosowuje także wielkość otworu napływowego utrzymując w całym swoim zakresie rozdział pomiędzy klarownym ściekiem, a warstwą osadu z wyodrębnionym płaszczem.

Osadnik wtórny - Hydrograv - symulacja pracy osadnika

Tak więc o poprawnym sposobie pracy decyduje tworzony każdorazowo specjalny program pracy regulatora, który odwzorowuje parametry pracy istniejącego obiektu (mapa pracy) przy określonych parametrach. Sam regulator jest wyłącznie technicznym elementem wykonawczym mającym za zadanie zapewnić odpowiedni napływ na określonej wysokości. Zatem również i w tym przypadku wracamy do uniwersalnej maksymy: „najważniejsza jest wiedza”…

WYKONANIE MATERIAŁOWE

Wszystkie elementy regulatora wykonane są z materiałów odpornych na działanie ścieków. W przypadku oczyszczalni ścieków z uwagi na zawartość soli żelaza występujących przy chemicznym strącaniu fosforu stosowana jest stal typu 316Ti. W przypadku innych zastosowań możliwe jest wykonanie ze stali nierdzewnej typu 304.

Osadnik wtórny - Hydrograv - typ mieszek

Regulator typu „Mieszek”

Osadnik wtórny - Hydrograv - typ cylinder

Regulator typu „Cylinder”

KORZYŚCI EKSPLOATACYJNE

Zastosowanie regulatora przepływu typu Hydrograv pozwala na:

  • Poprawę pracy osadników wtórnych wraz ze zwiększeniem ich efektywności nawet przy długotrwałym występowaniu niekorzystnych parametrów technologicznych,
  • Dwukrotne zwiększenie wydajności hydraulicznej osadników,
  • Ograniczenie niekontrolowanych zrzutów osadu do odbiornika,
  • Ogólną redukcję fosforu i ChZT na odpływie (poprzez ograniczenie zawiesiny na odpływie),

Osadnik wtórny - redukcja mętności na odpływie

 

Oczyszczalnia ścieków Großostheim – mętność na odpływie w roku 2009 i 2010 (zauważalna znacząca stabilizacja parametrów na odpływie, pomiar mętności odwzorowuje wielkość ChZT na odpływie).

 

 

Osadnik wtórny - redukcja fosforu na odpływie

 

Porównanie stężenia fosforu na wypływie z oczyszczalni ścieków w miejscowości Lineg dla dwóch przypadków: 2010 r. – napływ stały oraz 2011 r. – napływ regulowany.
Zauważalna ogólna redukcja fosforu na poziomie ok. 30%.

 

 

Osadnik wtórny - Hydrograv wykres zmian mętności

 

Praca regulatora Hydrograv – wykres zmian mętności (linia brązowa, prawa skala) w zależności od wielkości obciążenia osadnika wtórnego (linia niebieska, lewa skala). Projektowane obciążenie osadnika (zgodnie z normami  ATV – 358 l/m2h, indeks osadu – 177 ml/g, stężenie osadu 6,0 g/l.)

 

Osadnik wtórny

SPRAWDZONE ROZWIĄZANIE

Skuteczność działania oraz uzyskiwane korzyści przekonują wielu eksploatujących do zastosowania rozwiązania Hydrograv. Szczególnie rynek niemiecki docenił nowe podejście do osadników wtórnych i kompleksowego rozwiązywania problemów, które mogą w nich występować.

Osadnik wtórny - Hydrograv wieden
Köln Weiden  2007r
80’000 RLM

Osadniki wtórne - Hydrograv
Großostheim 2009r
35’000 RLM

Osadniki wtórne - Hydrograv
Köln Porz Wahn 2011r
92’000 RLM

Osadniki wtórne - Hydrograv
Dorsten Saugr. 2011r
60’000 RLM

Osadniki wtórne - Hydrograv rodenkich
Köln Rodenkirch 2010r
88’000 RLM

Osadniki wtórne - Hydrograv altomunster
Altomünster 2012r
15’000 RLM

Osadniki wtórne - Hydrograv bad8
Bad Berleb. Aue 2009r
6’000 RLM

Osadniki wtórne - Hydrograv moers11
Moers Gerdt 2010r
250’000 RLM

Osadniki wtórne - Hydrograv wahn
Köln Wahn 2011r
90’000 RLM

Osadniki wtórne - Hydrograv wiebn6
Weißenfels 2014r
125’000 RLM

Osadniki wtórne - Hydrograv bad9
Bad Berl. Stadt 2013r
18’000 RLM

Osadniki wtórne - Hydrograv keve12
Kevelaer 2013r
35’000 RLM

Przykładowe aplikacje – Hydrograv

FILMY

Hydrograv – zaburzenia w napływie osadów w osadniku wtórnym

Hydrograv – zmienna kolumna napływu – sposób działania

Hydrograv – symulacja komputerowa przepływów hydraulicznych