Sterowanie procesem w nowoczesnych oczyszczalniach ścieków
- Szczegóły
W XXI wieku ochrona wód nabrała nowego znaczenia dla społeczeństwa. Ciągle malejące zapasy wody pitnej i powiększające się zanieczyszczenie środowiska powodują, że problemy ochrony środowiska znajdują zrozumienie u coraz większej rzeszy ludzi. W Polsce, gdzie ochrona wód przez długi czas była traktowana po macoszemu, dopiero w ostatnich kilkunastu latach widać wyraźną tendencję do budowy nowych instalacji oczyszczających wodę.
Firma POSTER od 1992 roku aktywnie uczestniczy w rozbudowie tej infrastruktury, projektując i realizując układy sterowania dla oczyszczalni ścieków na terenie całej Polski. Ścisła współpraca z technologami, dostawcami urządzeń i firmami wykonawczymi zaowocowała oddaniem do użytku ponad 80 w pełni zautomatyzowanych oczyszczalni ścieków o przepustowości od 50 do 5000 m3/dobe.
Nowoczesne systemy sterowania - klucz do efektywności
Przy wdrażaniu innowacyjnych technologii oczyszczania ścieków dążymy do tego, by zapewnić nie tylko sprawne działanie systemu, lecz także jego najwyższą efektywność energetyczną, a dzięki temu - niewielkie koszty eksploatacyjne. W uzyskaniu takiego efektu może pomóc nasz system sterowania oczyszczalnią ścieków. Rozwiązanie to bazuje na najnowszej generacji technologiach, dzięki którym wszystkie elementy pompowni ścieków i oczyszczalni ścieków uzyskują najwyższą sprawność.
Wilo jest specjalistą w swojej dziedzinie, dlatego jest w stanie dostarczyć i zainstalować kompletny układ sterujący dopasowany do potrzeb wszelkiego rodzaju oczyszczalni ścieków. Dzięki systemowi sterowania można programować i kontrolować parametry pracy poszczególnych procesów oraz urządzeń za pośrednictwem jednej centralnej jednostki, która jest montowana w pomieszczeniu technicznym.
Zarządzanie działaniem oczyszczalni staje się łatwiejsze, a koszty eksploatacji ulegają redukcji, dzięki możliwości elastycznego dopasowania wydajności pracy poszczególnych elementów systemu do aktualnego zapotrzebowania. Dajemy również opcję zdalnego zarządzania i monitorowania pracy urządzeń. Ma to szczególne znaczenie w przypadkach, gdy nowo budowany lub modernizowany obiekt jest zlokalizowany w znacznej odległości od centrali przedsiębiorstwa wodociągowego i nie posiada stałej obsługi, brakiem zatrudniania stałej obsługi.
Przeczytaj także: Przydomowe oczyszczalnie ścieków Zawiercie
MACS - innowacyjne podejście do optymalizacji
MACS stanowi innowacyjne połączenie rozwiązań technicznych i programistycznych, których celem jest kompleksowa optymalizacja efektywności technologicznej, energetycznej, i ekonomicznej oczyszczalni ścieków. Oczyszczalnia ścieków musi spełniać normy dotyczące zawartości azotu i fosforu w oczyszczonych ściekach. System MACS optymalizuje ten proces, ułatwiając spełnienie wymogów środowiskowych dotyczących odprowadzania oczyszczonych ścieków. Dzięki zaawansowanym algorytmom, proces ten odbywa się przy minimalnym zużyciu energii.
Proces oczyszczania ścieków na przykładzie aglomeracji Otwockiej
Ścieki z nieskanalizowanej części aglomeracji otwockiej dowożone są wozami asenizacyjnymi do punktu zlewnego wyposażonego w 4 stanowiska zrzutowe i urządzenia podczyszczające ścieki (sitopiaskowniki firmy Huber) i urządzenia zabezpieczające ich pracę: łapacze kamieni i maceratory. Stacja jest urządzeniem w pełni automatycznym, nie wymagającym ciągłego nadzoru. Na każdym ciągu obsługującym 2 stanowiska zamontowane jest sito i piaskownik napowietrzany.
Ścieki z sitopiaskownika trafiają rurociągiem DN 600 do zbiornika uśredniającego ścieków dowożonych. Przed zbiornikiem uśredniającym znajduje się studnia z osadnikiem (w celu ochrony zbiornika uśredniającego przed gromadzeniem się w nim piasku). W celu zabezpieczenia wyposażenia elektrycznego stacji zlewnej przed korozyjnym oddziaływaniem powietrza znajdującego się w pomieszczeniu, podbieraki wykorzystywane do poboru prób ścieków dowożonych zostały umieszczone w wydzielonym, wentylowanym pomieszczeniu poboru prób.
Szafy układu zasilania w energię elektryczną oraz szafy zawierające urządzenia sterownicze zostały zlokalizowane w rozdzielni elektrycznej odizolowanej od pomieszczenia, w którym znajdują się urządzenia podczyszczające ścieki. Podczas zrzutu ścieków mierzone i uśredniane są parametry fizykochemiczne (pH, temperatura, przewodność) oraz zliczana jest objętość dostarczonych ścieków.
Ścieki pozbawione kamieni oraz rozdrobnione przepływają do sitopiaskownika (krata bębnowa i piaskownik). Skratki odprowadzane są poprzez zamkniętą rynnę zrzutową do kontenera. Po usunięciu skratek i piasku w stacji zlewnej ścieki dowożone dopływają grawitacyjnie rurociągiem DN 600 do zbiornika uśredniającego gdzie następuje uśrednienie składu ścieków poprzez ich wymieszanie oraz odgazowanie poprzez ich napowietrzenie (usunięcie siarkowodoru).
Przeczytaj także: Oczyszczalnia oksydacyjna: zasady działania
W zbiorniku o średnicy 17 m i głębokości 7,1 m (pojemność 900 m3) zainstalowane są urządzenia mieszająco-napowietrzające: 5 zestawów strumienicowych firmy FLYGT. Do opróżniania zbiornika zastosowane są pompy zatapialne firmy Wilo, umieszczone na dnie zbiornika. Wymieszane ścieki dopływają do pompowni głównej, gdzie następuje oczyszczanie mechaniczne.
Ścieki przepływają dwoma kanałami przez dwie kraty hakowe o prześwicie 6mm. Kraty zatrzymują stałe zanieczyszczenia o rozmiarach większych niż 6mm, a następnie podają je do zintegrowanej prasy płuczącej skratki. Ścieki surowe po przejściu przez kraty dopływają do tzw. komory mokrej, skąd przepompowywane są usytuowanymi w komorze suchej pompami (3+1) do przewodu tłocznego DN 600.
Ścieki podawane są przewodem tłocznym do komory rozprężnej, a następnie kanałem dopływowym grawitacyjnie transportowane do piaskownika. Pompy współpracują z falownikiem, ich załączanie jest zależne od poziomu ścieków w zbiorniku pompowni głównej. Opadający na dno piasek jest zgarniany do komór osadowych zgarniaczem, następnie doprowadzany grawitacyjnie do budynku płuczki piasku.
Płuczka służy do ostatecznego oddzielenia piasku od cząstek organicznych. Oczyszczony piasek gromadzi się na dnie stożkowej komory, skąd transportowany jest przenośnikiem ślimakowym do kontenera, a następnie wywożony jest przez uprawnione firmy. Po pobycie w piaskowniku ścieki dopływają do komory rozdzielczej, gdzie rozdzielane są do dwóch osadników wstępnych.
Są to osadniki radialne z mechanicznym zgarnianiem osadu i części pływających o średnicy 30m i głębokości całkowitej 3m. W osadnikach następuje oddzielenie zawartych w ściekach zawiesin łatwo opadających. Wykorzystywana jest tu grawitacja, która pozwala substancjom cięższym od wody opaść na dno, a lżejszym od wody na unoszenie się na powierzchni. Są to procesy wynikające z zasad mechaniki, dlatego określa się je jako mechaniczne oczyszczanie ścieków.
Przeczytaj także: Jak ustawić napowietrzanie?
Substancje opadające na dno stanowią około 1/3 całkowitych zanieczyszczeń, pozostałe 2/3 to zawiesiny nieopadające i substancje rozpuszczone. Substancje rozpuszczone usuwane są ze ścieków w dalszych procesach biologicznych. Części stałe pływające jak również osady, które opadły gromadzone w lejach osadników osady wstępne odprowadzane są okresowo pod ciśnieniem hydrostatycznym słupa ścieków do dwóch zagęszczaczy grawitacyjnych wyposażonych w wolnoobrotowe mieszadła.
Kanał dopływowy do piaskownika, piaskownik, kanały dopływowe do osadników wstępnych, osadniki wstępne jak również kanał dopływowy do komór denitryfikacji zostały zhermetyzowane poprzez ich zadaszenie wykonane z laminatu. Zbiornik o pojemności ok. 5 000 m3, przebudowany z dawnych komór denitryfikacji.
Ścieki z odsadników wstępnych są kierowane i doprowadzane grawitacyjnie do bloku biologicznego a ich nadwyżka do zbiornika retencyjnego. Na kanale odprowadzającym ścieki z odsadników wstępnych zamontowana jest zastawka przelewowa, mająca możliwość regulacji wysokości krawędzi przelewowej.
Aby zabezpieczyć reaktor biologiczny przed nadmiernym przepływem ścieków np. w celu zatrzymania pierwszej fali ścieków dopływających do oczyszczalni w czasie gwałtownych opadów, część ścieków kierowana jest właśnie do zbiornika retencyjnego. Do czyszczenia dna komór zbiornika retencyjnego zastosowano system automatycznego spłukiwania zbiorników wykorzystujący energię wód spiętrzonych w wydzielonych komorach zbiornika o wysokości ściany ok. 1 do 1,7 m . Komory spiętrzające wyposażone są w uchylne wrota.
Dodatkowo zbiornik retencyjny podzielony został ściankami na tory spłukiwane o szerokości do 6 m. Po opróżnieniu zbiornika sygnał z czujnika uruchamia otwarcie wrót i następuje gwałtowny zrzut wody do spłukiwanego toru. Podwójny reaktor biologiczny trójfazowy umożliwia biologiczną redukcję związków węgla, azotu i fosforu do stopnia wymaganego aktualnymi przepisami.
Rozdział ścieków na poszczególne ciągi i komory bloku realizowany jest poprzez zastawki regulacyjne. Udział strefy denitryfikacji i nitryfikacji wynosi po 50%. Do komory predenitryfikacji zostaje doprowadzone 20% ścieków dopływających na oczyszczalnię oraz osad recyrkulowany. Mieszanina osadu ze ściekami dopływa do komory defosfatacji do której dopływa także pozostała część ścieków. Następnie zawartość komór defosfatacji przepływa do komór denitryfikacji gdzie doprowadzone są ścieki recyrkulowane.
Aby doprowadzić odpowiednią ilość powietrza do prowadzenia procesu nitryfikacji, wybudowany został budynek stacji dmuchaw wraz z rozdzielnią elektryczną. Maksymalne zapotrzebowanie na powietrze do prowadzenia procesów biologicznego oczyszczania ścieków wynosi około 6 740 m3/h przy zastosowaniu wysokosprawnego systemu napowietrzania płytowego. Stacja dysponuje 4 dmuchawami (w tym 1 rezerwowa) o wydajności ok. Na wylocie z poszczególnych dmuchaw zainstalowano przepustnice oraz pomiar ciśnienia i temperatury.
Dla optymalizacji pracy bloku powstał system optymalizacji pracy bloku biologicznego. Dla optymalizacji pracy oczyszczalni zastosowano program optymalizacji procesu oczyszczania ścieków RTC firmy HACH mający znaczny wpływ na efektywność energetyczną procesów oczyszczania ścieków. Systemem sterowania on-line, prowadzi dynamiczną analizę i optymalizację wybranych procesów oczyszczania ścieków w czasie rzeczywistym.
Aparatura analizuje aktualne ładunki zanieczyszczeń w ściekach napływający do części biologicznej oczyszczalni oraz aktualne warunki pracy (temperatura, stężenie osadu, wiek osadu), określając na tej podstawie wartości optymalne parametrów prowadzenia procesu takich, jak: intensywność napowietrzania, recyrkulacja wewnętrzna, zmiana wieku osadu, dozowanie środków strącających fosfor itp. Każdy mierzony parametr jest walidowany w celu odrzucenia błędnych odczytów z przetworników pomiarowych.
Na oczyszczalni pracują 4 osadniki wtórne. 2 osadniki z wymuszonym odpływem ścieków oczyszczonych mieszadłami pompującymi (wyremontowane w 2015 r.) o średnicy 29,2m, wysokości 4,02m i pojemności 2 691 m3 każdy. Kolejne 2 osadniki z grawitacyjnym odpływem ścieków oczyszczonych zostały przebudowane z dawnych komór nitryfikacji (średnica 35m, poj. napełnienia 3m). Wszystkie osadniki wtórne wyposażone są w zgarniacze powierzchniowo - denne z korytem zbiorczym części pływających oraz czujniki poziomu osadu.
Na wlocie do każdego z osadników, zamontowane zostały flokulatory statyczne poprawiające proces sedymentacji osadu. Układ rozdziału ścieków napływających z reaktora biologicznego na dwie pary osadników, został wyposażony w pomiar ilości ścieków realizowany za pomocą przepływomierzy elektromagnetycznych i zasuw nożowych regulacyjnych zamontowanych w wybudowanych dla tego celu komorach mokrej i suchej.
Z osadników wtórnych ścieki oczyszczone spływają bezpośrednio do kanału zrzutowego, który kieruje je do odbiornika - rozlewiska rzeki Jagodzianki, znajdującego się przed wiślanym wałem przeciwpowodziowym. Rozlewisko rzeki Jagodzianki w okresie wysokich stanów wody w Wiśle, tworzy zbiornik wyrównawczy (w okresach czasu gdy zamknięta jest śluza w wale przeciwpowodziowym).
Kanał wyposażony jest w barierki ochronne oraz nowy układ pomiaru przepływu ścieków - zwężkę KAMA o zakresie pomiarowym w granicach 0 - 2000 m3/h wraz z pomiarem temperatury. Osad nadmierny podawany jest do pompowni osadu, a następnie dwiema pompami do mechanicznego zagęszczania osadu. Przed wirówkami zagęszczającymi dodawany jest polielektrolit w emulsji, mający zwiększyć zagęszczenie osadu.
Następnie jest mieszany się z osadem wstępnym i tak przygotowany trafia do dwóch zamkniętych komór fermentacyjnych (WKF) o pojemności czynnej 3000 m3 każda. Są to komory cylindryczne z dnem i stropem w kształcie stożka z instalacją do odprowadzania wody nadosadowej, ujęciem powstającego w procesie fermentacji gazu i ciągłym mieszaniem realizowanym przy pomocy pomp z intensywnością czterech wymian na dobę w stosunku do ich czynnej pojemności.
System obiegu mieszającego komór fermentacyjnych wyposażony jest w pięć pomp, po dwie na każdą komorę plus jedna rezerwowa. W środku zbiorników znajduje się rura centralna, do której podawany jest osad. Rura centralna u góry posiada otwory przelewowe, przez które osad dostaje się do zbiornika i następnie ulega procesowi fermentacji metanowej. Jest ona dodatkowo stymulowana poprzez nagrzewanie osadu przepływającego przez wymienniki ciepła.
Fermentacja metanowa to proces biochemiczny, który zachodzi w warunkach beztlenowych kiedy wysoko cząsteczkowe substancje organiczne zawarte w osadach, rozkładane są przez bakterie metanowe fermentujące kwasy i inne związki a także wykorzystujące tlenek węgla, dwutlenek węgla i wodór gazowy. Powstający w procesie fermentacji metanowej gaz, zwany biogazem lub agrogazem, składa się z metanu i dwutlenku węgla oraz nieznacznych domieszek wodoru, siarkowodoru, azotu, pary wodnej i innych gazów.
Skład biogazu zależy od rodzaju biomasy użytej do fermentacji oraz od sposobu przeprowadzenia fermentacji. Wytwarzany w procesie fermentacji gaz unosi się do góry do zbiornika biogazu na szczycie WKF. Do czasowego magazynowania osadu przefermentowanego wybudowany został nowy zbiornik żelbetowy o pojemności czynnej 238 m3, pełniący rolę zbiornika nadawy osadu przed podaniem go do instalacji odwadniania w budynku odwadniania osadu.
Do zbiornika jest doprowadzany osad przefermentowany z komór fermentacyjnych (WKF). Biogaz ujmowany z komór fermentacyjnych jest magazynowany w powłokowym zbiorniku biogazu o pojemności 1000 m3, z dwoma dmuchawami powietrza. Następnie dostarczany jest do budynku kotłowni w którym w latach 2010-2015 zainstalowano 3 układy kogeneracji przetwarzające biogaz na energię elektryczną.
Agregaty posiadają moc znamionową 190 kW, 250 kW oraz 360 kW. Produktem ubocznym „zielonej energii” jest ciepło, które w 100% pokrywa zapotrzebowanie na energię cieplną służąc do ogrzewania komór fermentacyjnych WKF oraz pozostałych budynków otwockiej oczyszczalni ścieków. W efekcie końcowym nic się nie marnuje.
pochodnia spalania nadmiaru biogazu | pochodnia ze stali nierdzewnej kwasoodpornej wymiarowana na strumień spalania do 300 m3/h, z możliwością ręcznego lub automatycznego załączania i gaszenia. Automatyczny cykl pracy pochodni polega na zadanym zapłonie strumienia gazu np. przy 95% wypełnieniu zbiornika biogazu.
instalacja odsiarczania biogazu | Dla pracujących dwóch komór fermentacyjnych zainstalowane są trzy odsiarczalniki ze złożem stałym i możliwością jego regeneracji podczas ruchu. Instalacja została posadowiona na płycie żelbetowej. Osad przefermentowany w komorach fermentacyjnych (WKF) może przelewać się do rurociągu i przepływać do otwartego basenu fermentacji (OBF). Jest to zbiornik o średnicy 36m i pojemności czynnej ok. 7 160 m3.
Służy do magazynowania lub dofermentowania osadu. Odwodniony osad o zawartości suchej masy ok. Technologia oczyszczania ścieków COŚTechnologia oczyszczania ścieków oparta jest na procesach mechanicznych i biologicznych, z możliwością chemicznego wspomagania. Wytworzone w Gliwicach ścieki wpływają do oczyszczalni trzema głównymi kolektorami: z kanalizacji ogólnospławnej, z centrum miasta oraz osiedla Waryńskiego i najbliższej okolicy.
KROK 1 Separacja części stałych
W pierwszej kolejności ścieki zostają pozbawione części stałych tzw. skratek i piasku. Skratki (czyli wleczone zanieczyszczenia) usuwane są za pomocą krat, na których zatrzymują się zanieczyszczenia o frakcji powyżej 6mm. Następnie ścieki przepływają do piaskowników przedmuchiwanych wirowych. W nich wydzielana jest zawiesina mineralna - głównie piasek, żwir i tłuszcze.
Zarówno skratki, jak i zawartość piaskowników zostają odwodnione, gromadzone w kontenerze i przeznaczone do odzysku. Dalej ścieki przepływają przez osadniki wstępne, gdzie w wyniku procesu sedymentacji, wyodrębnione zostają z nich zanieczyszczenia łatwo opadające, tzw. osad wstępny oraz zanieczyszczenia pływające, które nie zostały wcześniej wydzielone.
KROK 2 Reaktory biologiczne
W bioreaktorach zachodzą najważniejsze i najtrudniejsze technologicznie procesy, czyli rozkład materii organicznej i usuwanie ze ścieków związków biogennych, tj. związków azotu i fosforu. Dzieje się tak za sprawą wielu gatunków bakterii tworzących biomasę (tzw. osad czynny) zamieniających ścieki w przezroczystą, bezpieczną ciecz, która w końcowym procesie oczyszczania trafia do rzeki Kłodnicy.
Praca reaktora biologicznego
W zasadniczej części reaktora biologicznego, zachodzą zintegrowane procesy biologicznego usuwania ze ścieków związków węgla organicznego, azotu i fosforu. Procesy zachodzące w reaktorze biologicznym obejmują:
- utlenianie związków węgła organicznego (wyrażające się obniżką BZT5 ścieków),
- utlenianie związków azotowych
- redukcję utlenionych związków azotu (azotanów) do azotu gazowego (denitryfikacja) wyrażająca się obniżeniem poziomu azotu ogólnego,
- przemiany związków fosforu prowadzące do zwiększonego (w stosunku do standardowego osadu czynnego) wbudowywania związków fosforu w biomasę osadu czynnego (defosfatacja biologiczna),
- syntezę biomasy osadu czynnego wyrażającą się przyrostem masy osadu czynnego, który dla zachowania równowagi usuwany jest z układu jako osad nadmierny.
Oprócz wyszczególnionych, zasadniczych procesów biologicznych, w reaktorach prowadzone jest symultaniczne, uzupełniające strącanie związków fosforu w oparciu o koagulant chemiczny. Dodatkowo od 2013r, czyli od czasu modernizacji oczyszczalni bakterie można wspomagać dozując do reaktora tzw. zewnętrzne źródło węgla, czyli pożywkę, która poprawia biologiczne usuwanie azotu ze ścieków w procesie denitryfikacji.
Dla zapewnienia wymaganej ilości tlenu i wymuszenia krążenia ścieków, zastosowano w bioreaktorach rotory z przegrodami kierującymi i mieszadła. Praca rotorów sterowana jest automatycznie, w zależności od zapotrzebowania tlenu i stężenia azotu amonowego. Zastosowanie automatycznego wyłączania i włączania rotorów, jak również możliwość spiętrzania poziomu ścieków w komorach, pozwala na elastyczny podział komory na strefy tlenowe i beztlenowe, a także ułatwia kierowanie procesami i ich optymalizację.
KROK 4 Ścieki z osadników wtórnych trafiają do wylotu, a osady do przeróbki
Z bioreaktorów ścieki kierowane są do osadników wtórnych, w których następuje proces sedymentacji w wyniku czego kłaczki osadu czynnego opadają na dno, a sklarowane ścieki trafiają do odbiornika jakim jest rzeka Kłodnica. Wysoki stopień oczyszczania ścieków gwarantuje powiązanie nowoczesnej technologii z pełną automatyką procesów oczyszczania, umożliwiających sterowanie nimi, zabezpieczanie przed awariami i wczesne wykrycie jakichkolwiek zakłóceń w oczyszczalni.
Zważywszy, że przepustowość oczyszczalni wynosi 40 tys. m3 na dobę, jest to niezwykle skomplikowane i odpowiedzialne zadanie.
Krok 5 OSAD
Część osadu z osadników wtórnych jest zawracana do reaktora biologicznego, a część (tzw. osad nadmierny) trafia do zbiornika osadu nadmiernego. Zostaje on zagęszczony, zmieszany z osadem wstępnym i poddany procesowi fermentacji metanowej w zamkniętych komorach fermentacyjnych w temperaturze 37°C przez około trzydzieścikilka dni.
Przefermentowany osad poddawany odwodnieniu na prasach filtracyjnych i wirówce do uzyskania suchej masy rzędu 21-22% . Po odwodnieniu osad jest jeszcze higienizowany poprzez dodanie do niego wapna palonego. W ten sposób pozyskany ze ścieków osad jest wykorzystywany przyrodniczo, m.in. do rekultywacji terenów zielonych, pod uprawy roślin przeznaczonych do produkcji biopaliw itp., lub przeznaczony do odzysku.
BIOGAZ
Biogaz powstaje w komorach fermentacyjnych w procesie fermentacji mezofilowej osadów. Jest on odzyskiwany i oczyszczany a następnie gromadzony w specjalnym do tego celu zbiorniku.
Biogaz kierowany jest jako paliwo do dwóch kotłów produkujących energię cieplną. Priorytetem wykorzystania wytworzonej energii jest podgrzewanie osadu kierowanego do procesu fermentacji. To źródło ciepła produkowane na COŚ w Gliwicach pokrywa całkowicie zapotrzebowanie zarówno w procesie technologicznym, jak i socjalnym.
Ponadto biogaz kierowany jest do dwóch kogeneratorów, gdzie wytwarza się energię elektryczną oraz ciepło (z układu chłodzenia). Ilość wyprodukowanej energii elektrycznej pokrywa zapotrzebowanie obiektu na energię elektryczną w ok.
tags: #oczyszczalnia #ścieków #sterowanie #procesem
