1. Wyznaczenie ilości powstających osadów na oczyszczalni oraz bilans masy osadów

Oczyszczanie ścieków 2 - projekt Zajęcia 4

Na stronie dr Miodońskiego znajdą Państwo dodatkowe pomoce do tych zajęć pod nazwą:

gospodarka_osadowa_-_instrukcja_4.pdf

Opracowano na podstawie materiałów opracowanych przez dr inż. Michała Mańczaka i mgr inż. Małgorzatę Balbierz

Część ściekowa została zakończona na poprzednich zajęciach. Oczyszczalnia jest kompletna i możemy w niej realizować oczyszczanie ścieków. Na dzisiejszych zajęciach zajmiemy się strumieniami odpadowymi oczyszczalni, jakimi są osady. Osady surowe wydzielane w oczyszczalniach ścieków są niebezpieczne sanitarnie, ze względu na obecne bakterie chorobotwórcze, wirusy oraz pasożyty. Osady te charakteryzują się bardzo przykrym i uciążliwym zapachem wynikającym ze zdolności do zagniwania (rozkład beztlenowy związków organicznych). Stanowią także istotne zagrożenie dla środowiska dlatego konieczna jest ich stabilizacja.

1

Schemat oczyszczalni ścieków

Osady Odcieki Recyrkulacja Chemia, powietrze

Ścieki fekalia

Legenda:

zbiornik

KR KG pias. A

N A N X

O X Y

ZM

SMOO Budynek techniczny Ca(OH)2

KOCZ

ZŹW

Pf

1

OS I P I⁰ Kr

2

OS II PIX SD

α

β PRiON

V-1

PO

WKF ZG

ZN PO

Deamonifikacja

V-2

3

Na zaprojektowanej oczyszczalni powstawać będą dwa rodzaje osadów (ciąg osadowy zaznaczony kolorem zielonym):

1. Osady wstępne (z osadników wstępnych) powstające z zawiesin zawartych w ściekach dopływających do oczyszczalni i wydzielany w osadnikach,

2. Osad wtórny (z osadników wtórnych) powstający w wyniku przyrostu masy

mikroorganizmów biorących udział w biologicznym oczyszczaniu ścieków i wydzielany w osadnikach wtórnych; osad w części zawraca się do obiegu oczyszczania (osad recyrkulowany) lub usuwa się z tego obiegu jako osad nadmierny.

Powstałe osady musimy poddać procesom stabilizacji. W czasie stabilizacji osadów następują zmiany w zawartości cieczy (hydroliza, rozkład ciał stałych) oraz

rozpuszczonych gazów, a także w zawartości i właściwościach cząstek osadu. W ramach projektu zrealizujemy proces fermentacji, który dodatkowo poprawi energetyczną efektywność oczyszczalni. osad w pierwszej kolejności poddawany jest zagęszczaniu, a następnie odwadnianiu. W zależności od właściwości bakteriologicznych,

parazytologicznych oraz zawartości metali ciężkich ostatecznie osad jest wywożony na składowisko odpadów lub może być stosowany do celów rolniczych i przyrodniczych

2

Plan zajęć

1. Wyznaczenie ilości powstających osadów na oczyszczalni oraz bilans masy osadów

2. Dobór zagęszczaczy grawitacyjnych 3. Dobór zagęszczaczy mechanicznych

4. Dobór zamkniętych komór fermentacyjnych (WKF)

5. Dobór zbiorników nadawy

6. Dobór urządzeń do odwadniania

3

Obliczenia ilości powstających osadów

Jakie osady powstają na oczyszczalni?

• Wstępne

• Pośrednie

• Wtórne

Oprócz osadów wstępnych i wtórnych, które mamy w projekcie, na oczyszczalni mogą powstawać dodatkowo osady pośrednie, jednak ze względu na brak osadników pośrednich osady pośrednie nie są wydzielane.

4

Schemat gospodarki osadowej

Stacja mechanicznego

odwadniania osadów

Zbiornik nadawy

Osadnik wstępny

Grawitacyjne zagęszczanie

osadów

Osadnik wtórny

Mechaniczne zagęszczanie

osadów

Zamknięta komora fermentacyjna Cel: zmniejszenie ilości osadów – co

umożliwi zmniejszenie

komór fermentacyjnych

Celem gospodarki osadowej (zarówno osadów wstępnych i nadmiernych) jest zmniejszenie ilości osadów, co z kolei wpłynie na rozmiar (zmniejszy) komór

fermentacyjnych. Koszty przeróbki i usuwania osadów ściekowych, mimo niewielkich objętości osadów w porównaniu do objętości dopływających ścieków do oczyszczalni, mogą stanowić bardzo dużą część kosztów zakładu, dlatego tak ważne jest jak największe zmniejszenie ich masy.

Cel ten realizowany jest poprzez zagęszczanie osadów (grawitacyjne – dla osadów wstępnych, mechaniczne – dla osadu nadmiernego). Zagęszczone osady trafiają do zamkniętej komory fermentacyjnej. Komora ta przeznaczona jest do przetrzymywania osadów celem ich przefermentowania. Do komory fermentacyjnej osad jest pompowany z zagęszczaczy za pomocą pomp. Komora jest wyposażona w mieszadła, które mają za zadanie wyrównanie stężenia osadu w zbiorniku. Przefermentowany osad trafia do zbiornika nadawy. Zbiornik nadawy służy do przetrzymania osadu przefermentowanego przed podaniem go na stację mechanicznego odwadniania osadów, gdzie są finalnie odwadniane, przed wywozem z oczyszczalni.

Procesy przeróbki i unieszkodliwiania osadów:

Wszystkie osady powstające podczas oczyszczania ścieków są poddawane procesom przeróbki i unieszkodliwiania. Celem tych procesów jest:

- zmniejszenie objętości osadów (m. in. łatwiejszy transport, zmniejszenie kolejnych

5

urządzeń do unieszkodliwiania osadów),

- pozbawienie ich szkodliwego wpływu na środowisko (zmniejszenie zawartości organizmów patogennych w osadzie),

- eliminacja uciążliwości zapachowej,

- zmniejszenie lub eliminacja zdolności osadu do zagniwania.

W tym celu stosowane są następujące procesy:

- zagęszczanie (grawitacyjne, mechaniczne, flotacyjne)

- stabilizacja: - biologiczna (stabilizacja tlenowa, stabilizacja beztlenowa - fermentacja metanowa, kompostowanie) - chemiczna (wapnowanie osadu – higienizacja) - termiczne (piroliza, spalanie, termokondycjonowanie)

- odwadnianie (wraz z kondycjonowaniem) - suszenie.

Kilka filmików:

zagęszczacz grawitacyjny (https://www.youtube.com/watch?v=7a5beZPRyP0i tutaj schemacik jak działa https://www.youtube.com/watch?v=qtScIThaKus)

zagęszczacz taśmowy: https://www.youtube.com/watch?v=sAqKflyW_Uwi tutaj:

https://www.youtube.com/watch?v=6pcHf8aJpqQ

odwadnianie na prasie taśmowej: https://www.youtube.com/watch?v=eBbPIxkYfPI

5

Obliczenia ilości powstających osadów

• Osady wstępne

• Osady wtórne (nadmierne)

W następnej części prezentacji obliczymy ilość powstających osadów: wstępnych i wtórnych.

6

Masa osadów wstępnych

Dane wyjściowe:

• Q

= 24216 m

/d

• C

= 529 g/m

• η = 70%

Ilość osadów wstępnych zależy od stężenia zawiesiny ogólnej w ściekach surowych oraz efektu jej usuwania w wyniku działania osadników wstępnych. Była już liczona przy okazji obliczeń krotności odbiorów z osadnika wstępnego. W tej części projektu te obliczenia są powtórzone.

7

Masa osadów wstępnych

1000

529 24216 70% 1000 8970 /

zaw p OSwst

OSwst

OSwst

C Q

SM SM

SM kg d

 ^

 

  



Jak widać są to dokładnie te same obliczenia, które wykonano w podpunkcie 6.4.2.

8

Masa osadów wtórnych

d sm kg M

M M

M

M









, /

M

- masa osadów wtórnych, kg sm/d

M

- masa osadów z biologicznego oczyszczania ścieków, kg sm/d

M

- masa osadów inertnych, części org. osadów biologicznych, nierozkładalne kg sm/d

M

- masa osadów mineralnych, kg sm/d M

- masa osadów powstających w wyniku

chemicznego wspomagania biologicznego oczyszczania ścieków, kg sm/d

W przypadku osadów wtórnych, obliczenia są bardziej skomplikowane. Jak Państwo widzą, na masę osadów wtórnych składa się sporo różnych strumieni osadu, są to:

1. Osady biologiczne – są wynikiem przemiany związków organicznych zawartych w ściekach w formę żywych organizmów osadu czynnego (masa osadu powstałego z przyrostu biomasy),

2. Osady inertne (martwe) - osady dostające się ze ściekami surowymi, powstające przy rozkładzie organizmów,

3. Osady mineralne - stanowią zawiesiny niezatrzymane w osadnikach wstępnych, z czego 20-30% stanowią zawiesiny mineralne.

4. Osady chemiczne – powstające podczas strącania fosforanów. Masa osadów

chemicznych wynosi 0 kg sm/d w przypadku gdy wzmożona biologiczna defosfatacja będzie zachodziła w wystarczającym stopniu. Nie ma wtedy potrzeby stosowania chemicznego strącania fosforanów. Generalnie większość zakładów oczyszczania ścieków, w których prowadzony jest proces wzmożonej biologicznej defosfatacji wyposażone są także w układ do chemicznego strącania fosforu. Układ włącza się w sytuacji gdy biologiczne usuwanie fosforu zawodzi.

9

Masa osadów z biologicznego oczyszczania

𝑀 = 1,03 𝑄 𝐶 − 𝐶 ⋅ Δ𝑋 [𝑘𝑔𝑠𝑚/𝑑]

• M

– produkcja osadów biologicznych, [kgsm/d]

• Q - nominalne natężenie przepływu ścieków,

• C

– wartość wskaźnika BZT

na dopływie do stopnia biologicznego,

• C

– wartość wskaźnika BZT

na odpływie ze stopnia biologicznego,

• ΔX

– jednostkowa produkcja osadów, kgsm/kgBZT

Zwykle masę osadu powstałego z przyrostu biomasy określa się przyjmując jednostkowy przyrost masy osadu czynnego ΔXj , tj. wyrażoną w kilogramach ilością suchej masy osadu przypadającą na 1 kg usuniętego BZT5 (określony w punkcie 8.11). Jak więc Państwo widzą, już raz to zostało określone podczas liczenia bloków biologicznych.

10

Masa osadów z biologicznego oczyszczania

𝑀 = 1,03𝑄 𝐶 − 𝐶 ⋅ Δ𝑋 [𝑘𝑔𝑠𝑚/𝑑]

• Q = 24216 m

/d ,

• C

= 329 gO

/m

,

• C

= 15 gO

/m

,

• ΔX

= 0,65 kgsm/kgBZT

𝑀 =1,03 ⋅ 24216 ⋅ 329 − 15 ⋅ 0,65 1000

𝑀 = 5091 𝑘𝑔𝑠𝑚/𝑑

11

Masa osadów inertnych

𝑀 = 1,03 𝑄 ⋅ 𝑓 ⋅ 𝐼 − 𝐼 , 𝑘𝑔𝑠𝑚/𝑑

• f

– współczynnik uwzględniający stabilizację osadów inertnych,

• I

– stężenie zawiesin inertnych w dopływie, kgsm/m

• I

= 0 – stężenie zawiesin inertnych w odpływie, kgsm/m

Masa osadów inertnych jest trudna do określenia. Będziemy opierać się na metodach półempirycznych. Musimy wyznaczy współczynnik f i stężenie zawiesin inertnych na dopływie.

12

Wyznaczenie współczynnika fi

WO=13,2d f

=0,75

Dla zanieczyszczeń inertnych podlegających przemianom, np. zawiesiny doprowadzane do komór osadu czynnego, wartość fi zależy od wieku osadu oraz temperatury w komorze. Zmienność współczynnika fi przedstawiono na wykresie. Do określenia współczynnika wybieramy temperaturę 20ºC i wyznaczony wcześniej wiek osadu.

13

Masa osadów inertnych

Stężenie zawiesin inertnych w dopływie do bloku technologicznego oblicza się wg wzorów:

] / 5 [

, 1 09 ,

0

m ChZT gsm

I

 

] / 5 [

, 1 16 ,

0

m BZT gsm

I

o o

 

Wybieramy wartość bardziej niekorzystną!

Do obliczenia stężenia zawiesin inertnych w dopływie do bloku technologicznego użyjemy dwóch wzorów, wykorzystujących ChZT i BZT5 na dopływie do oczyszczalni ścieków (ścieki surowe! Tabelka 3!) Wyznaczamy te dwie wartości i wybieramy bardziej niekorzystną (czyli wybieramy większą wartość).

14

Masa osadów inertnych

3

5 47,4 /

5 , 1

444 16 , 0 5

, 1 16 ,

0 BZT gsm m

I_o    



/ 3

3 , 5 56

, 1

938 09 , 0 5

, 1 09 ,

0 ChZT gsm m

I_o    



d sm kg

M

1053 /

1000 0 3 , 75 56 , 0 24216 03

,

1     



Podstawiamy wartości do wzoru. W obliczeniach przyrostu masy inertnej w większości przypadków przyjmuje się, że masa inertna w odpływie równa jest zeru, Ie = 0.

15

Masa osadów mineralnych

• M

– masa osadów mineralnych z zawiesin doprowadzanych do części biologicznej, kg sm/d

• C

– stężenie zawiesin na dopływie do stopnia mechanicznego (obliczonej np. w Tab. 3)

•  – sprawność usuwania zawiesin ogólnych w stopniu mechanicznym (0,7)

• e – udział zawiesin mineralnych w ogólnej ilości zawiesin, przyjmuje się wartość z przedziału 0,2 – 0,3 𝑀 = 1,03 𝑄 𝐶 1 − 𝜂 𝑒, 𝑘𝑔 𝑠𝑚/𝑑

Sprawdzamy jaka jest masa osadów mineralnych, w tym co płynie dalej (po części mechanicznej). Z tym co jest organiczne sobie poradzimy procesami biologicznymi – z tym co nie, już nie (ta nieorganiczna część, czyli mineralna jest określona udziałem „e”

wynoszącym 20%-30% ogółu), dlatego będzie ona częścią masy osadowej.

16

Masa osadów mineralnych

• C

= 529 g sm/m

•  = 0,7

• e -z przedziału (0,2-0,3), przyjęto e = 0,2

𝑀 = 1,03 𝑄 𝐶 1 − 𝜂 𝑒, 𝑘𝑔 𝑠𝑚/𝑑 𝑀 = 1,03 24216 529 1 − 0,7 0,2 = 769 𝑘𝑔 𝑠𝑚/𝑑

Uwaga! W podkładce brakuje współczynnika powiększającego strumień ze względu na ciecz nadosadową (1,03).

17

Masa osadów chemicznych

Skąd się biorą osady chemiczne?

Z chemicznego strącania fosforu

18

Masa osadów chemicznych

Dane wyjściowe do obliczeń:

• C

- stężenie fosforu w ściekach kierowanych do bloku biologicznego,

• C

- stężenie fosforu w ściekach oczyszczonych,

• X

- produkcja osadu,

• X

- biomasa biologicznie czynna: 70%

X

Tutaj zobaczymy, czy w ogóle musimy strącać fosforany chemicznie. Do obliczeń potrzebujemy dane wymienione na slajdzie.

Chcemy sprawdzić jaki jest potencjał defosfatacji. Sprawdzimy to licząc różnicę pomiędzy ładunkiem fosforu dopływającym do bloku biologicznego, a ładunkiem fosforu

wbudowanym w biomasę osadu czynnego. Jeśli wyjdzie więcej fosforu wbudowanego to znaczy ze potencjał defosfatacji jest na tyle wysoki, ze nie ma potrzeby chemicznego strącania.

19

Masa osadów chemicznych

• Założono 4 % wbudowanie fosforu w biomasę.

• Do chemicznego strącania fosforu przewidziano stosowanie siarczanu glinowego. Z 1 g

usuwanego fosforu powstaje 6,45 gsm osadu (q

= 6,45 g sm/g usuwanego P).

Zakładamy, że 4% fosforu wbuduje się w biomasę. Oraz, że do chemicznego strącania fosforu przewidziano zastosowanie siarczanu glinu. Z 1 g usuwanego fosforu pows.taje 6,45 g sm osadu

20

Masa osadów chemicznych

8,32 g sm/gP_us 10,48 g/gP_us

FeCl₃

5

8,32 g sm/gP_us 17,45 g/gP_us

FeCl₃·6H₂O

4

8,32 g sm/gP_us 18,13 g/gP_us

Fe₂(SO₄)₃·9H₂O

3

8,32 g sm/gP_us 17,93 g/gP_us

FeSO₄·7H₂O

2

6,45 g sm/gP_us 21,48 g/gP_us

Al₂(SO₄)₃·18H₂O

1

4 3

2 1

Masa osadu **, g sm Zużycie *, g

Wartości na 1 g P usuwanego Koagulant

L.p.

8,32 g sm/gP_us 10,48 g/gP_us

FeCl₃

5

8,32 g sm/gP_us 17,45 g/gP_us

FeCl₃·6H₂O

4

8,32 g sm/gP_us 18,13 g/gP_us

Fe₂(SO₄)₃·9H₂O

3

8,32 g sm/gP_us 17,93 g/gP_us

FeSO₄·7H₂O

2

6,45 g sm/gP_us 21,48 g/gP_us

Al₂(SO₄)₃·18H₂O

1

4 3

2 1

Masa osadu **, g sm Zużycie *, g

Wartości na 1 g P usuwanego Koagulant

L.p.

W tabelce przedstawione są przykładowe koagulanty stosowane do chemicznego strącania fosforu oraz ich zużycie i masa osadów powstających przy usuwania fosforanów.

Siarczan glinu najlepszy do tego celu.

21

Masa osadów chemicznych

• C

=14,7 gP/m

,

• C

=1,0 gP/m

,

• ładunek początkowy fosforu 365,6 kgP/d

• X

= 5091 kg sm/d

• X

= 70% X

= 3564 kg smo/d

• Założono 4 % wbudowanie fosforu w biomasę.

Zatem ilość wbudowanego fosforu wynosi:

X

∙ 4% = 3564 ∙0,04 = 142,6 kgP/d

Mamy stężenie fosforu na wejściu na blok biologiczny (Tabela 10), na wyjściu (określony w Tabeli 5). Xbiol było liczone wcześniej. Xbiol,org 70% z tej masy.

Ładunek początkowy fosforu: Ogólnie jest to ładunek dopływający do bloków biologicznych, czyli obliczony w Tabeli 10.

22

Masa osadów chemicznych

Stężenie fosforu w ściekach po biologicznej defosfatacji:

Ł

= Ł

- Ł

Ł

= 365,6 kgP/d – 142,6 kgP/d Ł

= 223 kgP/d

𝐶    = Ł ⋅ 1000

1,03 𝑄  223𝑘𝑔𝑃/𝑑 ⋅ 1000

1,03 24216𝑚 /𝑑  =  8,9 𝑔𝑃/𝑚

Mamy różnicę w ładunkach i wyliczamy stężenie końcowe fosforu. Jeśli wychodzi więcej wbudowanego to znaczy ze potencjal defosfatacji jest na tyle wysoki, ze nie ma potrzeby defosfatacji.

Uwaga! W podkładce brakuje współczynnika powiększającego strumień ze względu na ciecz nadosadową (1,03).

23

Masa osadów chemicznych

Ilość fosforu do usunięcia na drodze chemicznej

P

= 𝐶

- 𝐶

P

= 8,9 gP/m

– 1,0 gP/m

P

= 7,9 gP/m

Ilość fosforu na odpływie.

(Obliczony w Tabeli 4.)

Ponieważ stężenie fosforu po biologicznej defosfatacji nie spełnia wymaganego stopnia oczyszczenia, a więc musimy zastosować chemiczne strącanie. Ilość fosforu do usunięcia na drodze chemicznej obliczamy stosując wzór ze slajdu.

24

Masa osadów chemicznych

Zatem dobowa ilość osadu chemicznego wyniesie:

∆𝑋 = 1,03𝑄 ∆𝑃 𝑞

∆𝑋 = 1,03 · 24216 𝑚 /𝑑 7,9𝑔𝑃/𝑚 6,45𝑔𝑠𝑚/𝑔𝑃 1000

∆𝑋 = 1270,9 𝑘𝑔𝑠𝑚/𝑑

Do chemicznego strącania fosforu przewidziano stosowanie siarczanu glinowego. Z 1 g usuwanego fosforu powstaje 6,45 gsm osadu (q_j= 6,45 g sm/g usuwanego P).

Uwaga! W podkładce brakuje współczynnika powiększającego strumień ze względu na ciecz nadosadową (1,03).

25

Suma

d sm kg M

M M

M

M









, /

𝑀 = 5091 + 1053 + 769 + 1271 = 8184 𝑘𝑔𝑠𝑚/𝑑

26

Bilans masy osadów

Uzupełniamy bilans masy osadów obliczonych w podpunktach. Tam gdzie w osadach możemy wyróżnić część mineralną i organiczną są podane procenty podziału (20% i 80%). Przyjmujemy, że po fermentacji będziemy mieć 60% masy organicznej. Pewne procesy prowadzą do przeróbki masy organicznej na masę mineralną – 110% po procesie. Dodając te dwie wartości otrzymamy masę po procesie fermentacji (60%

całkowitej masy osadów organicznych + 110% całkowitej masy osadów mineralnych).

Podsumowując założenia w bilansie:

- dla osadu wstępnego oraz nadmiernego biologicznego, że - 20% stanowi część mineralna, - 80% stanowi część organiczna,

- dla osadów inertnych, mineralnych, chemicznych – całość stanowią osady mineralne.

- W przypadku osadów po fermentacji należy przyjąć, że część mineralna wzrośnie o 10% w stosunku do osadów surowych, a część organiczna ulegnie w 40% rozkładowi (pozostaje 60% osadów w stosunku do osadów surowych).

27

Objętość osadów

• Przyjęto stałą gęstość osadów r = 1080 kg/m³

• Osad po osadniku wstępnym U = 97,0%

• Osad po zagęszczaniu grawitacyjnym U = 93,0%

• Osad po osadniku wtórnym U = 99,0%

• Osad po zagęszczaniu mechanicznym U = 94,0%

• Osadów po zamkniętej komorze fermentacyjnej U =??%

• Osad po zbiorniku nadawy U = 93,0%

• Osadów po stacji mechanicznego odwadniania osadów U = 80,0%







 

) 100 (

100 U V SM

Zagęszczanie stanowi podstawowy proces w ciągu technologicznym przetwarzania osadów w oczyszczalniach ścieków. W wyniku procesu zagęszczania następuje

zmniejszenie uwodnienia osadów (zatężenie zawartości fazy stałej), co wpływa na koszty inwestycyjne i eksploatacyjne oczyszczalni ścieków. Istotny z uwagi na definicję osadów zagęszczonych jest fakt, że w wyniku procesu rozdziału fazowego osady nie tracą

konsystencji płynnej. W procesie zagęszczania usuwana jest woda wolna, czyli woda nie związana z cząsteczkami fazy stałej.

Mamy obliczone masy, teraz założymy uwodnienia po kolejnych procesach i obróbkach.

Dzięki temu obliczymy objętości osadów. Uwodnienie osadów po zamkniętej komorze feremntacji należy obliczyć samemu.

Gęstość osadów ρ stała! Równa 1080 kg/m3.

Korzystając ze wzoru na objętość, znając masy w kolejnych etapach możemy obliczyć objętości.

28

Bilans masy osadów

Określamy objętości osadów po osadnikach, a także po zagęszczaniu. Do komory fermentacyjnej będzie trafiać mieszanina osadów zagęszczonych grawitacyjnie i mechanicznie.

29

Wyznaczenie uwodnienia osadu po WKF

• SM po procesie fermentacji – tabela bilansu osadów

• V po procesie fermentacji (90% objętości osadów wprowadzanych do procesu)

𝑉 = 0,9 𝑉 _{. .}

𝑉 _{. .}= 𝑉 . . + 𝑉 _{. .} =119+126=245

𝑉 = 0,9 245𝑚

𝑑 = 221 𝑚 𝑑 𝑈 = 100 − 𝑆𝑀 100

𝑉 𝜌 = 100 − 17154 100

221 1080 = 92,8%

Znamy suchą masę po procesie fermentacji (tabela bilansu osadów), znamy objętość (Objętość po procesie fermentacji zakładamy na poziomie 90% objętości osadów wprowadzanych). 0,Wyznaczamy uwodnienie

30

Objętość osadów

• Przyjęto stałą gęstość osadów r = 1025 kg/m³

• Osad po osadniku wstępnym U = 96,0%

• Osad po zagęszczaniu grawitacyjnym U = 94,0%

• Osad po osadniku wtórnym U = 99,0%

• Osad po zagęszczaniu mechanicznym U = 94,0%

• Osadów po zamkniętej komorze fermentacyjnej U =92,8%

• Osad po zbiorniku nadawy U = 93,0%

• Osadów po stacji mechanicznego odwadniania osadów U = 80,0%

31

Bilans osadów

Uzupełniamy schemat obliczonymi wcześniej objętościami i uwodnieniami.

32

Objętość osadów

• Komorę fermentacyjną projektujemy na łączną objętość osadów zagęszczonych (zagęszczony osad wstępny + zagęszczony osad nadmierny)

• Po procesie fermentacji osad ulegnie

upłynnieniu, zatem pozostałe urządzenia po komorze fermentacyjnej będą liczone na inną suchą masę

33

Stan skupienia w funkcji jego uwodnienia

suszenie, spalanie, zgazowanie woda adsorpcyjna, higroskopijna,

woda biologicznie związana suchej ziemi

pylasty 50 – 30

30 – 0

odwadnianie woda fizycznie i chemicznie

związana, woda kapilarna papkowaty

ciastowaty mokrej ziemi wilgotnej ziemi 88 – 80

80 – 70 70 – 60 60 – 50

zagęszczanie woda wolna, grawitacyjna, między-

cząsteczkowa bardzo ciekły

ciekły trudno płynący 100 – 96

96 – 92 92 – 88

4 3

2 1

Proces przeróbki Postać wody

Stan skupienia osadu Zawartość wody w

osadzie [%]

suszenie, spalanie, zgazowanie woda adsorpcyjna, higroskopijna,

woda biologicznie związana suchej ziemi

pylasty 50 – 30

30 – 0

odwadnianie woda fizycznie i chemicznie

związana, woda kapilarna papkowaty

ciastowaty mokrej ziemi wilgotnej ziemi 88 – 80

80 – 70 70 – 60 60 – 50

zagęszczanie woda wolna, grawitacyjna, między-

cząsteczkowa bardzo ciekły

ciekły trudno płynący 100 – 96

96 – 92 92 – 88

4 3

2 1

Proces przeróbki Postać wody

Stan skupienia osadu Zawartość wody w

osadzie [%]

W ramach odwadniania walczymy o osad papkowaty (88-80). W tonie osadu 800 kg to woda. Dla porównania w bułce tartej jest 40% wody.

Osobno zagęszcza się osady wstępne i osobno nadmierny osad czynny zatrzymywany w osadnikach wtórnych. Zagęszczanie osadów w zależności od sposobu prowadzenia procesu prowadzone jest jako grawitacyjne, flotacyjne lub mechaniczne.

34

Urządzenia gospodarki osadowej

• Zagęszczacze grawitacyjne osadów wstępnych

• Stacja zagęszczania osadów nadmiernych (zagęszczanie mechaniczne)

• Zamknięta komora fermentacyjna (stabilizacja osadu)

• Stacja mechanicznego odwadniania osadów

Osady wstępne łatwo się zagęszczają. W zagęszczaczu grawitacyjnym na dole odkłada się zagęszczony osad, ciecz nadosadowa (odcieki) przemieszczają się górą.

Nadmierne osady gorzej zagęszczają się grawitacyjnie bo to kolonie bakterii i ciężko usuwa się wodę z pomiędzy gąbczastych kłaczków osadu. Dlatego wykorzystujemy urządzenia mechaniczne.

Wodę wolną oddziela się od osadu w procesie filtracji lub wirowania, przy użyciu zagęszczaczy: sitowych (sita bębnowe), pras ślimakowych oraz taśmowych. We

wszystkich zagęszczaczach do mechanicznego zagęszczania osadu niezbędne są zbiorniki do magazynowania osadu, urządzenia do przygotowania i dawkowania roztworu

polielektrolitu oraz mieszacze do mieszania osadu z roztworem polielektrolitu. W zagęszczaczu taśmowym wymieszane z polielektrolitem osady podawane są

równomiernie na przesuwającą się ze stałą prędkością taśmę, która zatrzymuje cząstki stałe osadów. Oddzielenie wody wolnej od sflokulowanej fazy stałej osadów następuje pod wpływem siły grawitacji. Przez taśmę przesuwającą się na rolkach przepływa uwolniona ze struktury osadów ciecz nadosadowa. Zastosowanie zawieszonych nad taśmą szykan umożliwia przewarstwienie osadu, w konsekwencji usunięcie wody wolnej, zawartej pomiędzy cząsteczkami osadu.

Dalej komora fermentacyjna. Później stacja mechanicznego odwadniania osadów. Tu już nie ma kompromisów, osad ma być tak odwodniony, aby łatwo było go transportować.

35

Dobór zagęszczaczy grawitacyjnych

• Zakładamy ciągłą pracę zagęszczacza 24h/d

• Projektujemy zagęszczacze grawitacyjne na czas przetrzymania T = 6h

• Projektujemy tyle zagęszczaczy grawitacyjnych ile mamy osadników wstępnych

• W przypadku zbyt dużego przewymiarowania można dobierać jeden zagęszczacz

Dobieramy zagęszczacz grawitacyjny. W zipie na stronie jest katalog. Zakładamy pracę ciągłą, rozsądnie jest projektować tandemy: na jeden osadnik, jeden zagęszczacz. Ale może okazać się, że wyjdzie wtedy zbyt duże przewymiarowanie, więc wtedy możemy dobrać jeden zagęszczacz.

36

Dobór zagęszczaczy grawitacyjnych

• Dobowa ilość osadów wstępnych :

Q

= 277 m

/d : 24 = 11,54 m

/h

• Pojemność zagęszczacza:

V= 6 h x 11,54 m

/h = 69,2 m

Z katalogu Centrum Techniki Komunalnej – system UNIKLAR dobrano trzy zagęszczacze grawitacyjne osadu typ ZGPp-3,5 o pojemności czynnej 26,3 m

i średnicy 3,5 m.

Bierzemy objętość osadów wstępnych niezagęszczonych (uwaga produkcja wyrażona w dobach – zmieniamy jednostki na h). Mnożąc przez czas przetrzymania wyjdzie

wymagana pojemność zagęszczacza.

Nie projektujemy urządzeń rezerwowych.

37

Dobór zagęszczaczy mechanicznych

• Zakładamy pracę zagęszczarek mechanicznych na 2 zmiany

• Projektujemy 2 zagęszczarki mechaniczne

• W przypadku awarii zakłada się pracę jednej zagęszczarki na 3 zmiany

Zagęszczarki mechaniczne muszą być obsługiwane przez ludzi. Trzeba do nich zaglądać, po pracy wymyć itd.

38

Dobór zagęszczaczy mechanicznych

Projektując zagęszczacz mechaniczny należy obliczyć wymaganą wydajność zagęszczacze wg wzoru:

Q

=V

: T

= 758 m

/d : 16 = 44,7 m

/h Dobrano 2 zagęszczacze mechaniczne

Turbodrain TDC 08 firmy Bellmer o wydajności 10 - 40 m

/h.

Dobierając zagęszczacze mechaniczne należy: - założyć pracę zagęszczarek na 2 zmiany (16h), - zaprojektować 2 zagęszczarki mechaniczne

39

Dobór komór fermentacyjnych - wytyczne

Za podstawę do obliczeń zamkniętych komór fermentacyjnych przyjmuje się następujące wielkości:

• czas fermentacji,

• ilość osadu surowego zagęszczonego,

• obciążenie komory osadem.

Kilka sposób doboru komó fermentacyjnych. My dobierzemy na najbardziej logiczny sposób doboru, na następujące parametry: - czas fermentacji (t w dobach), - obciążenie objętości komory masą substancji organicznych zawartych w osadzie (Ov w kg s.m.o./m3

·d) - ilość osadu surowego zagęszczonego

40

Dobór komór fermentacyjnych - objętość

• Q

– 126 m

/d

• Q

– 119 m

/d

• T – 20d (czas hydraulicznego przetrzymania)

. . . .

Obliczamy objętość komór fermentacyjnych. Przyjmujemy 20 dni hydraulicznego przetrzymania. Strumień trafiający do WKFów to suma osadów wstępnego i nadmiernego.

41

Dobór komór fermentacyjnych – obciążenie komory

• Dopuszczalny zakres obciążenia komory osadem wynosi

O

= 1,6÷4,8 kg s.m.o./m

·d

• G

– 11 249 kg s.m.o./d 𝑂 = 𝐺

𝑉 𝑂 = 11249

4900

𝑂 = 2,30 𝑘𝑔 𝑠. 𝑚. 𝑜.

𝑚 𝑑

Musimy sprawdzić obciążenie komór. Zwróćcie uwagę, że literaturowe obciążenie ma szeroki zakres (1,6-4,8).

G_s.m.o.– sucha masa substancji organicznych zawartych w osadzie świeżym przed

fermentacją kg s.m.o./d (z Tabeli bilans osadów).

O_v- obciążenie objętości komory masą substancji organicznych zawartych w osadzie, kg s.m.o./m³ ·d

42

Dobór komór fermentacyjnych – gabaryty

• Ilość komór fermentacyjnych:

>120 000 RLM minimum dwie komory

<120 000 RLM jedna lub dwie komory

• Stosunek wysokość części walcowej do średnicy komory wynosi 0,5-0,8

• Stosunek średnicy komory do wysokości części stożkowej wynosi 0,15-0,25

• Średnica dna komory 2-4m

• Średnica sklepienia komory 5-10m (nie więcej niż 50% średnicy części walcowej)

• Objętość czynna równa jest objętości części walcowej komory

Dobierając ilość oraz wymiary komór fermentacyjnych należy założyć:

- ilość komór fermentacyjnych:

>120 000 RLM minimum dwie komory,

<120 000 RLM jedna lub dwie komory,

- stosunek wysokość części walcowej do średnicy komory wynosi 0,5 - 0,8 - stosunek średnicy komory do wysokości części stożkowej wynosi 0,15 - 0,25 - średnica dna komory 2-4 m,

- średnica sklepienia komory 5-10 m (nie więcej niż 50% średnicy części walcowej), - objętość czynna równa jest objętości części walcowej komory.

43

Dobór komór fermentacyjnych – gabaryty

Założono dwie komory fermentacyjne. Objętość jednej komory fermentacyjne to:

44

Dobór komór fermentacyjnych – gabaryty

Założono stosunek wysokości części walcowej (H) do średnicy komory (D) równy 0,5

m H

ęto zyj H

D H

10 Pr

9 5 , 0







𝑉 =𝜋𝐷

4 𝐻

𝐻

𝐷 = 0,5 → 𝐻 = 0,5𝐷 𝑉 =𝜋𝐷

8

𝐷 = 8𝑉

𝜋 = 8 2450 𝜋 𝐷 = 18,41 𝑚 → 18 𝑚

Znając nasze założenia jesteśmy w stanie wyprowadzić wzór na średnicę komory, a następnie obliczyć wysokość.

stosunek wysokość części walcowej do średnicy komory wynosi 0,5 - 0,8 -> w przykładzie założono 0.5.

45

Dobór komór fermentacyjnych – gabaryty

• Założono stosunek wysokości części stożkowej (h) do średnicy komory (D) równy 0,2

• Przejęto średnicę dna komory (d1) równą 2 m

• Przyjęto średnicę sklepienia komory (d2) równą 8m ℎ

𝐷 = 0,2 ⇒ ℎ = 0,2𝐷 = 0,2 18 = 3,6𝑚 Pr 𝑧 𝑦𝑗ę𝑡𝑜

ℎ = 4𝑚

Teraz wyznaczamy wysokości kopuły i dna.

- stosunek średnicy komory do wysokości części stożkowej wynosi 0,15 - 0,25 – w przykładzie założyliśmy 0,2.

- średnica dna komory 2-4 m - w przykładzie założyliśmy 2m.

- średnica sklepienia komory 5-10 m (nie więcej niż 50% średnicy części walcowej) - w przykładzie założyliśmy 8m.

46

Dobór komór fermentacyjnych – gabaryty

H D

h

d2

d1 h h2

h1

Stożek ścięty

Stożek ścięty Walec

Teraz wyznaczymy objętość stożka ściętego.

47

Dobór komór fermentacyjnych – gabaryty Wyznaczenie rzeczywistej wysokości dolnej części stożkowej (h1) oraz górnej części stożkowej (h2)

ℎ = ℎ =

ℎ =4 18 − 2

18 = 3,5𝑚 ℎ =4 18 − 8

18 = 2𝑚

48

Wyznaczenie rzeczywistych parametrów WKF

3 2

m 2 543,40

4 10 324 14 , 3

4



 







cz cz cz

V V

D H

V 

3 3 1

2

3 1

1

2 2 , 1 2 , 1 2

2 , 1 2

, 1

2 1

3 155,17

278,41 333,36

2 543,40 41 , 278

4 64 144 2 324

14 , 3 3 1

36 , 333

4 4 36 5 324

, 3 14 , 3 3 1

4 3

1

m V

V

m V

V

m V

V

d d D h D

V

V V V V

c c

cz c













 



  













 



  















   











Pojemność czynna:

(tam gdzie walec)

Pojemność całkowita (suma):

Wyznaczamy rzeczywiste parametry komory. Pojemność czynna to pojemność walca.

Pojemność całkowita to zsumowana objętość części stożkowych i walcowej.

49

Dobór komór fermentacyjnych

Dobrano dwie komory fermentacyjne o następujących parametrach:

• Objętość czynna – 2543,40 m

• Objętość całkowita – 3155,17 m

• Wysokość całkowita – 15,5 m

• Średnica komory – 18 m

50

Dobór zbiorników nadawy

• Projektujemy tyle zbiorników ile jest komór fermentacyjnych

• Objętość zbiornika wyznaczamy na Q osadów

zagęszczonych odebranych od komory fermentacyjnej

• Zakładamy ciągłą pracę zbiorników nadawy 24 h/d

• Projektujemy zbiorniki na czas uśredniania osadów T = 6 h

• W przypadku zbyt dużego przewymiarowania można dobierać jeden zbiornik nadawy

• Jako zbiorniki nadawy dobierać zag. grawitacyjne

Technologicznie to również zagęszczacz grawitacyjny. Nastąpi tu zagęszczenie, schłodzenie i odgazowanie osadów. Liczymy identycznie jak dla zagęszczacza grawitacyjnego.

51

Dobór zbiorników nadawy

Q

= Q

= 214 m

/d 214 m

/d : 24 = 53,5 m

/h

Wymagana objętość zbiorników:

V = 53,5 m

/h · 6 h = 321 m

Z katalogu Uniklar dobrano 6 zbiorników ZGP

– 12,0 i objętości V = 56,6 m

.

Obliczamy wymaganą objętość zbiorników nadawy. Znów strumień m3/dobę zmieniamy z dób na godziny i mnożymy razy czas przetrzymania.

52

Dobór stacji mechanicznego odwadniania osadów

• Zakładamy pracę urządzeń odwadniających na 2 zmiany przez cały rok

• Projektujemy 2 urządzenia odwadniające

• W przypadku awarii zakłada się pracę jednego urządzenia na 3 zmiany

Mechaniczna stacja odwadniania osadów będzie obsługiwana przez ten sam zespół co zagęszczarki mechaniczne. Także założenia będą podobne.

53

Dobór stacji mechanicznego odwadniania osadów Dobowa ilość osadów po zbiorniku nadawy:

Q

= 175 m

/d

175 m

/d : 16 = 10,9 m

/h

Z katalogu dobrano 2 urządzenia RoS – 3 firmy HUBER o wydajności 2-10 m

/h.

54

Uwagi końcowe

Dla dobranych zbiorników policzyć rzeczywiste czasy przetrzymania osadów!

55