Pompy osadów

CZĘŚĆ 2: ELEMENTY SYSTEMÓW AUTOMATYKI PROCESOWEJ W OCZYSZCZALNIACH ŚCIEKÓW

TRANSPORT ŚCIEKÓW

Oczyszczalnie ścieków są przeważnie rozległymi kompleksami i składa się na nie wiele oddzielnych instalacji. Idealnie byłoby, gdyby ścieki spływały do zakładu, a później, pomiędzy jego poszczególnymi częściami, przemieszczane były siłą grawitacji. Aby to było możliwe, sieć kanałów oraz zbiorników ściekowych powinna być tak zaprojektowana, aby obszar docelowy znajdował się zawsze na możliwie najniżej położonym terenie.

W rzeczywistości zbudowanie oczyszczalni ze ścisłym zachowaniem tej reguły jest niewykonalne. Niezbędnym elementem wyposażenia tego typu zakładów stają się więc różnego rodzaju pompy.

Znajdują one zastosowanie w transporcie surowych ścieków z systemu kanalizacji miejskiej do instalacji wstępnego oczyszczania, między kolejnymi etapami ich obróbki oraz oczyszczonej wody odprowadzanej z powrotem do naturalnych zbiorników wodnych siecią kanalizacji - często o długości nawet setek kilometrów. Pompy przeznaczone do pracy w oczyszczalniach dobierane są, głównie w zakresie doboru materiałów wykorzystywanych do ich budowy, z uwzględnieniem właściwości ścieków i substancji chemicznych używanych w danym obiekcie.

Case study 3: Oczyszczalnia ścieków, cd.

Odkażanie ścieków

Ścieki spływają następnie do zbiornika, skąd są pompowane przez system trzech filtrów ciśnieniowych. Stamtąd transportowane są do zbiornika, w którym poddawane są odkażaniu promieniowaniem ultrafioletowym. Polega to na przepompowaniu oczyszczonych ścieków kanałem, w którym zamontowano lampy emitujące promieniowanie o długości fali 254 nm.

Dalej ciecz odprowadzana jest do kanałów, którymi zostanie przepompowana do zbiornika wodnego. Przed opuszczeniem zakładu jej natężenie przepływu jest mierzone przez ultradźwiękowy czujnik poziomu oraz w razie potrzeby regulowane przez centralny system sterowania kontrolujący ustawienia zaworów na wyjściu.

POMPY OSADÓW

W obrębie takiego zakładu muszą być również przesyłane osady wyodrębniane ze ścieków na kolejnych etapach ich oczyszczania. Zwykle osady te są najpierw gromadzone w oddzielnych zbiornikach, skąd później trzeba je przetransportować do zbiornika zbiorczego.

Tam najczęściej są one odwadniane, zagęszczane, a następnie mieszane z różnymi substancjami ułatwiającymi ich przechowywanie do czasu utylizacji. Wybierając pompy do tego zastosowania, uwzględnić należy specyficzne właściwości osadów, które mogą zawierać zanieczyszczenia różnego typu.

Automatyka w oczyszczalniach ścieków - przykłady

Dzięki zastosowanym rozwiązaniom konstrukcyjnym (brak ruchomych części, obudowa wykonana ze stali węglowej z odporną na korozję epoksydową powłoką oraz wyłożenie wnętrza czujnika z twardej gumy) przepływomierze są odporne na działanie substancji oraz środków chemicznych, z którymi mogą mieć kontakt w instalacjach oczyszczalni ścieków.

Ich zaletą jest również zwiększona dokładność pomiaru w zakresie małych przepływów, co jest użyteczne przy wykrywaniu przecieków. Czujnik można całkowicie zakopać w ziemi, jest on też odporny na zalanie i ma wbudowaną elektrodę uziemiającą. Zakres pomiarowy MAG 51000 W wynosi od 0 do 10 m/s, dokładność 0,2% +/- 2,5 mm/s, temperatura medium od -10°C do +70°C.

Dostępne są przepływomierze o średnicy od 15 mm do 2 m. Zanurzeniowe przetworniki ciśnienia serii PTX 1290 ze wzmocnioną, w całości wykonaną z tytanu obudową, dzięki której są odporne na działanie substancji chemicznych powodujących korozję. Elementem pomiarowym przetwornika jest krzemowy czujnik piezorezystancyjny oddzielony od mierzonego medium przez membranę pokrytą teflonową powłoką, która zapobiega gromadzeniu się osadów.

Przepływomierze elektromagnetyczne serii MAG 5100 W wraz z przetwornikiem MAG 5000 firmy Siemens

Przetworniki ciśnienia serii PTX 1290 firmy GE

System pomiarowy do kontroli stężenia rozpuszczonego tlenu firmy Yokogawa

Przetwornik wyposażony jest w poliuretanowy kabel wzmocniony kewlarem, który dzięki temu jest odporny na rozciąganie. Zakres pomiarowy przetwornika: od 1,75 mH2O do 15 mH2O, dokładność +/- 0,25% pełnej skali.

Zestaw wykorzystywany do pomiarów stężenia rozpuszczonego tlenu w zbiornikach ze ściekami i osadem czynnym składa się z przetwornika DO402G oraz czujnika DO30G, który zamontowany jest w specjalnym uchwycie przymocowanym do pływaka (model PB350G lub PB360G).

Pływak, który unosi się na powierzchni cieczy w zbiorniku, jest przez nią obmywany, dzięki czemu membrana czujnika, jego obudowa i różne jej zagłębienia także pozostają czyste. Znacznie wydłuża to czas między kolejnymi czyszczeniami sensora.

Najczęściej w tym zastosowaniu są wykorzystywane pompy kawitacyjne, nurnikowe i membranowe (przeponowe). Te pierwsze składają się z wirnika umieszczonego wewnątrz stojana wyłożonego gumową uszczelką. Nie należy uruchamiać ich na sucho, a na skutek zużycia mogą się rozszczelnić. Alternatywą dla nich, zwłaszcza w transporcie osadów z dużą zawartością piasków oraz żwirów, są pompy nurnikowe.

Jedną z ich zalet jest praca pulsacyjna, dzięki której można uzyskać bardziej zwartą konsystencję osadu tłoczonego do zbiornika. Ponadto ten typ pomp charakteryzuje duża wysokość wypływu, a w pewnych warunkach mogą one też rozbijać zbrylone osady. Do oczyszczalni ścieków szczególnie zalecane są pompy membranowe zasilane pneumatycznie (sprężonym powietrzem).

Zapewniają one iskrobezpieczeństwo, co jest ważne, ponieważ podczas oczyszczania ścieków mogą powstawać gazy, które w połączeniu z powietrzem tworzą mieszaniny wybuchowe. Niestety w porównaniu do pozostałych wersji ten typ pomp charakteryzuje mniejsza wydajność oraz mniejsza wysokość wypływu.

Ponadto membrany ulegają łatwemu uszkodzeniu oraz szybko się zużywają, w związku z czym urządzenia tego rodzaju nie nadają się do pompowania osadów zawierających piasek i żwir.

Andrzej Siarkiewicz

DHV Polska

W jakich zastosowaniach w aplikacjach wodno-kanalizacyjnych wykorzystywane mogą być narzędzia informatyczne? Z jakimi korzyściami dla przedsiębiorstw wodociągowych wiąże się ich użycie?

Moim zdaniem najwięcej zmian będzie wprowadzanych w systemach wodociągowych - przede wszystkim tych wykorzystujących wody podziemne, gdzie proces uzdatniania jest z reguły najprostszy. Stosowane obecnie proste systemy automatyki procesowej stopniowo wymieniane będą na bardziej zaawansowane, które wykorzystują narzędzia informatyczne pozwalające na optymalizację produkcji i dystrybucji wody.

Będą to narzędzie takie jak np. oferowane przez naszą firmę oprogramowanie OPIR (Optimal Production through Intelligent Regulation). Prognozuje ono w czasie rzeczywistym zapotrzebowania na wodę w strefie dystrybucyjnej i na tej podstawie generuje odpowiednie nastawy dla działania pomp, zasuw i stacji uzdatniania wody.

Zastosowanie tego typu modeli prognozujących zapotrzebowanie na wodę i odpowiednio sterujących pracą urządzeń systemu wodociągowego to przede wszystkim oszczędność energii elektrycznej wynikająca z efektywniejszej pracy pomp, ale też zmniejszenie strat wody (utrzymanie ciśnienia w sieci na optymalnym poziomie) oraz umożliwienie pełnej automatyzacji stacji uzdatniania wody - likwidacja stałej obsługi operatorskiej.

Czy istnieją podobne narzędzia informatyczne pozwalające na automatyzację oczyszczalni ścieków komunalnych?

Tak, chociaż w przypadku oczyszczalni ścieków sprawa jest najczęściej dużo trudniejsza. Wynika to z dużej zmienności dopływów, ładunków zanieczyszczeń. Obecnie dostępna technika pozwala jednak na zastosowanie bardziej skomplikowanych algorytmów także dla aplikacji stosowanych w przedsiębiorstwach komunalnych.

I tak dla oczyszczalni ścieków działających na zasadzie osadu czynnego na rynku istnieje oprogramowanie prognozujące napływ zanieczyszczeń do obiektu. Pozwala to na określenie optymalnej ilości tlenu, który należy dostarczyć do osadu czynnego, optymalizując usuwanie azotu ze ścieków i zmniejszając zużycie energii elektrycznej w oczyszczalni.