Rów cyrkulacyjny w oczyszczalni ścieków: zasada działania i aeratory ASD
- Szczegóły
Komory napowietrzania osadu czynnego spełniają wiele istotnych funkcji w procesie oczyszczania ścieków. Poniżej przedstawiono zasadę działania rowów cyrkulacyjnych oraz zastosowanie aeratorów ASD (ang. Aeration and Sewage Distribution) w oczyszczalniach ścieków.
Rowy cyrkulacyjne - charakterystyka i działanie
Rowy cyrkulacyjne to specjalny rodzaj komór napowietrzania, które zapewniają ciągły ruch ścieków w zamkniętym obwodzie. Wykonane pierwotnie przez Hawortha w Scheffield jako labirynt wydłużonych, wężowato ukształtowanych koryt. Do dalszych rozwiązań należą "rów utleniający” oraz koryta "Carrousel”.
W rowie utleniającym do napowietrzania oraz utrzymania masy ścieków w ruchu służą walce z osadzonymi prętami, które umieszczone są poziomo nad zwierciadłem ścieków albo też wirniki mamutowe. Napowietrzanie i ruch okrężny w rowach Carrousel powodują jeden lub kilka pionowych wirników napowietrzających. W innych przypadkach ruch okrężny wywołują podwodne śmigła.
Inne rozwiązania napowietrzania i mieszania w komorach:
- Powietrze sprężone doprowadza się przez porowate płyty (tzw. filtrosy lub dyfuzory), umieszczone w bruzdach równomiernie na całej powierzchni dna bądź wbudowane po jednej stronie dna długiej i wąskiej komory (komora Hurda lub manchesterska), lub też powietrze doprowadza się filtrosami w kształcie rur umieszczonymi powyżej dna.
- W komorach z wirnikami Bolton lub Simplex zastosowano centralną rurę z wirnikiem, który podnosi mieszaninę osadu czynnego ze ściekami z dna komory i rozbryzguje ją na powierzchnię. Czas mieszania w komorze przy dobrej sprawności rozbryzgowej wirnika można ograniczyć do 2h.
- Ścieki miesza się i napowietrza za pomocą szczotek walcowych umieszczonych przy powierzchni ścieków wzdłuż podłużnej ściany komory. Usprawnieniem procesu są osłony Pasveera. Dalszym usprawnieniem wirników szczotkowych są wirniki z płaskowników i wirniki mamutowe. Przy tym ostatnim można uzyskać 7kg O2 /m wirnika (przy jego średnicy lm/godzinę).
- Wydłużona komora zaopatrzona jest w mieszadło osadzone na podłużnej osi. Powietrze wtłacza się wzdłuż jednej ściany komory. Ten rodzaj konstrukcji może być brany pod uwagę, jeżeli doprowadzana ilość powietrza sprężonego nie wystarcza do mieszania i cyrkulowania zawartości komory.
Aeratory ASD - nowa generacja urządzeń do napowietrzania
Poniżej przedstawiona została nowa generacja urządzeń służących do napowietrzania i transportu ścieków w komorach biologicznych. Wymiarem charakterystycznym dla każdego ASD jest średnica rury wznośnej “d”. To tym wymiarem określamy wielkość aeratora. Dla oczyszczalni ścieków używamy najczęściej ASD 200 i ASD 300. Oznacza to, że średnica d ma wymiar 200, bądź 300 mm. Pozostałe wymiary (oprócz wysokości H) pozostają z tamtym w ścisłej zależności i proporcji.
Przeczytaj także: Przydomowe oczyszczalnie ścieków Zawiercie
Nietrudno się domyślić, że wszystkie inne wymiary z grupy H zmieniają się wraz ze zmiana głębokości zbiornika, z tym, że ściśle zachowane są proporcje:H : H1 oraz H : H3. Zasady konstrukcji, dzięki którym osiągnięto prezentowany efekt pozostają tajemnicą firmy.
Zwiększenie wydajności systemu napowietrzania
Z powyższego wynika, że ogólną wydajność systemu napowietrzania możemy zwiększyć operując w obszarach zdefiniowanych punktem (b). UWAGA! W 1 Nm3 powietrza jest ok. 0,28 kg tlenu.
Można zauważyć, że dmuchawa pracuje pod ciśnieniem panującym w rurze pionowej ASD o średnicy d. W czasie pracy ASD, rura ta wypełniona jest mieszaniną powietrza i ścieków (gęstość < 1). W związku z tym ciśnienie panujące w ASD na głębokości dyszy powietrza jest mniejsze, niż poza aeratorem (gęstość = 1). Jest ono na tyle mniejsze od ciśnienia hydrostatycznego, że nawet po uwzględnieniu oporów przepływu powietrza w rurociągu, manometry na dmuchawach pokazują ciśnienie mniejsze, niż ciśnienie hydrostatyczne słupa wody. Jest to, w stosunku do klasycznego napowietrzania drobnopęcherzykowego, około 2 m słupa wody różnicy, na ciśnieniu, jakie musi wytworzyć dmuchawa, na niekorzyść dyfuzorów drobnopęcherzykowych.
Taka różnica ma bezpośrednie przełożenie na moc wykorzystywaną do osiągnięcia takiego samego efektu napowietrzania. Żeby przedstawić jak to wygląda w aspekcie energetycznym posłużymy się przykładem.
Porównanie energetyczne ASD i dyfuzorów drobnopęcherzykowych
Dobór dmuchawy dla ASD: Dmuchawa DR 113T-5.5 Qp = 7,66 m3/min. P zainst.Dobór dmuchawy dla dyfuzorów drobnopęcherzykowych: Dmuchawa DR 113T-7.5 Qp = 7,30 m3/min. P zainst.
Przeczytaj także: Oczyszczalnia oksydacyjna: zasady działania
Ze względu na to, że rzeczywiste wykorzystanie tlenu w ASD jest (dużo) większe, niż przyjęte tutaj do obliczeń, w praktyce, stosunek ten jest również większy i nawet przekracza dwa.
Co to oznacza? Otóż oznacza to, że przy zastosowaniu systemu napowietrzania ASD zużycie energii elektrycznej na samo napowietrzanie będzie około dwukrotnie niższe, niż przy tradycyjnym napowietrzaniu drobnopęcherzykowym.
W związku z tym, uwzględniając zamieszczone powyżej wskaźniki procentowego wykorzystania tlenu dla danej głębokości i dobierając z katalogu dmuchawy o najkorzystniejszym stosunku mocy do wydajności przy tej samej głębokości, możemy zoptymalizować dobór ASD dla danych warunków, tj. uwzględniając głębokość i wymiary komory w planie.
Wydatki hydrauliczne ASD i recyrkulacja
Poniżej podajemy sposób wyliczenia i wydatki hydrauliczne ASD. W obliczeniach przyjmujemy, że minimalna prędkość przepływu w aeratorze ASD wynosi 2 m/s. Jeśli uzmysłowimy sobie, że w komorze napowietrzania pracuje od kilku, do kilkudziesięciu ASD i skorelujemy to z objętością tej komory, to dla dowolnego przypadku wyjdzie, że cała objętość komory jest przepompowywana przez ASD przeważnie w kilkanaście minut.
Należy ponadto pamiętać (jak zresztą wspomniano wcześniej), że ASD nie tylko napowietrzają i mieszają ścieki w objętości komory, ale są również wydajnymi pompami (typu “mamut”).
Przeczytaj także: Jak ustawić napowietrzanie?
Wiadomo również, że przemiany azotowe wymagają powtarzalności procesu (recyrkulacji). Recyrkulacja ta, dla różnych warunków, waha się od 300 do nawet 600 procent. W układach tradycyjnych (bez ASD) należy więc nawet sześciokrotnie przepompowywać całą dopływającą objętość ścieków na początek procesu. Oznacza to bardzo duży wydatek energetyczny.
Z tym, że błędem jest próba wyliczania składowej poziomej prędkości przepływu w komorze, wywołanej przez ASD przerzutowe (cyrkulacyjne), jako odpowiedzialnej za niedopuszczenie do sedymentacji osadu (jak w rowach cyrkulacyjnych). Byłoby to jednoznaczne ze sprawdzeniem, czy taką prędkość wywoła praca pomp recyrkulacyjnych w innych układach.
Spręż ten i opory przepływu muszą być pokonane WYŁĄCZNIE w momencie startu systemu.
tags: #rów #cyrkulacyjny #oczyszczalnia #ścieków #zasada #działania
