30. Gospodarka ściekowo - odpadowa na SUW

Gospodarka osadowa w zakładach wodociągowych obejmuje całokształt działań w których skład wchodzi przygotowanie lub przeróbka osadów co umożliwia ich dalsze wykorzystanie. Gospodarka osadowa swym działaniem obejmuje metody, procesy, środki wykorzystywane w obróbce osadów.

Dzięki gospodarce osadowej jest możliwe:

- wprowadzanie osadów do środowiska naturalnego lub rekultywowanego w sposób bezpieczny, (zgodny z istniejącymi przepisami)

- wykorzystanie osadów w gospodarce i przemyśle w sposób uzasadniony i określony kryteriami ekonomicznymi i technologicznymi (np. podsypki pod drogi, budownictwo)

- wykorzystanie w technologii wody i ścieków, poprzez odzysk z osadów reagentów (np. siarczanu glinowego)

- składowanie w lagunach, na składowiskach osadów lub na składowiskach odpadów (coraz rzadziej wykorzystywane)

- wspólne unieszkodliwianie z osadami ściekowymi poprzez zrzut do kanalizacji lub kompostowanie z odpadami

W zakładach wodociągowych gospodarka osadowa zajmuje się głównie osadami i popłuczynami z:

- koagulacji domieszek wody hydrolizującymi solami glinu i żelaza, zawierającymi często rozmaite flokulanty i substancje wspomagające proces

- odżelaziania i odmanganianie wód podziemnych lub infiltracyjnych

- zmiękczania metodą chemicznego strącania samym wapnem bądź wapnem dawkowanym wraz z wodorotlenkiem lub węglanem sodowym oraz z koagulacji wapnem lub koagulantem dolomitowym, będącym mieszaniną wodorotlenków wapnia i magnezu

Jako produkty odpadowe z zakładów uzdatniania wody można wyodrębnić:

- osady usuwane z piaskowników lub osadników wstępnych, które umiejscowione są na ujęciach wody rzecznej. Osady te składają się z cząstek łatwo opadającej zawiesiny ziarnistej

- popłuczyny z mikrolit i sit. Powstają gdy woda jest pobierana z jezior i zbiorników retencyjnych, dlatego też głównym odpadem są glony, drobnoustroje. Odpady te są biologicznie niestabilne.

- roztwory z procesów membranowych i z regeneracji jonitów (np. membrany)

- zużyty ziarnisty węgiel aktywny

Gospodarka odpadami ma nieistotne znaczenie w porównaniu z gospodarką osadową.

Zasady i metody gospodarki osadowej

Wyróżniamy 4 podstawowe zasady prowadzenia gospodarki osadowej. Służą one do jak najefektywniejszego prowadzenia gospodarki osadowej w celu minimalizacji ilości osadów jak i intensyfikacji procesów ich przeróbki. Za pomocą tych zasad tworzy się schematy procesu oczyszczania i gospodarki osadowej.

Pierwsza podstawowa zasada

Dotyczy ona objętości i zawartości fazy stałej w osadach. Określa ona dążenie do minimalizacji danych wskaźników. Działania na rzecz minimalizacji powinny być realizowane podczas projektowania, a także w trakcie eksploatacji zakładów uzdatniania wody. W takcie projektowania należy rozważyć takie czynniki jak np. rodzaj źródła wody, technologia uzdatniania (tutaj także należy rozważyć rodzaj i dawkę reagentów), możliwość odzysku koagulantów i ponownego wykorzystania na SUW lub OŚ.

Druga podstawowa zasada

Zasada ta jest stosowana w każdym zakładzie uzdatniania wody i dotyczy zmniejszenia objętości osadów i popłuczyn w procesach ich zagęszczania i ewentualnie dalszego odwadniania i suszenia. Tak więc druga zasada tyczy się zagęszczania.

Zagęszczanie jest pierwszym procesem technologicznym unieszkodliwiania w gospodarce osadowej. Zagęszczaniu poddaje się popłuczyny z płukania filtrów oraz osady pokoagulacyjne, głównie z osadników poziomych, ponieważ osad z tychże osadników usuwany jest razem z wodą. Poprzez zagęszczanie popłuczyn zmniejsza się ich objętość nawet o kilkanaście razy, a osadników poziomych do kilku razy.

Trzecia podstawowa zasada

Zasada ta dotyczy kondycjonowania osadów. Kondycjonowanie jest działaniem zmierzającym do zwiększenia podatności osadów na zagęszczanie oraz odwadnianie. Dzięki wykorzystaniu kondycjonowania uzyskuje się również poprawę jakości odzyskiwanej wody.

Czwarta podstawowa zasada

Zasada ta określa potrzebę oraz definiuje warunki i metody badania doświadczalnego osadów w rozwiązaniu podstawowych problemów gospodarki osadowej w zakładach wodociągowych. Do podstawowych problemów tej gospodarki zaliczamy:

- zagęszczanie popłuczyn oraz osadów wspomagane kondycjonowaniem

- odwadnianie mechaniczne osadów wspomagane kondycjonowaniem

- suszenie wspomagane kondycjonowaniem i częściowym wymrażaniem osadów

- transport hydrauliczny rurociągami popłuczyn i osadów

- płynięcie popłuczyn warunkujące flokulację w rurach

Plan eksperymentu osadowego jest formułowany na podstawie:

- założonego celu badań

- istniejącego stanu wiedzy technologicznej

- wyników dotychczasowych badań osadów o podobnym składzie i właściwościach

- doświadczeń własnych technologa

Po przeanalizowaniu wyżej wymienionych zadań badawczych najwięcej kontrowersji budzi sformułowanie „podobieństwo osadów” badanych do już przebadanych. Problemem w rozważaniach nad podobieństwem wszystkich rodzajów osadów jest określenie kryterium podobieństwa osadów. Z dzisiejszej wiedzy technologicznej wynika, że można mówić o podobieństwie osadów i popłuczyn powstających:

- w podobnych systemach technologicznych uzdatniania, czyli aby móc porównać osady musza być spełnione warunki: te same procesy uzdatniania, te same reagenty, podobne dawki, podobne lub te same procesowe parametry hydrauliczne, technologiczne; w szczególności podobieństwo to dotyczy procesów osadotwórczych: koagulacja, dekarbonizacja, odżelazianie i odmanganianie

- w tych samych lub podobnych urządzeniach i obiektach technologicznych; podobieństwo to dotyczy rodzaju i wielkości urządzeń i obiektów oraz sposobu ich eksploatacji, w tym szczególnie: zbiorników szybkiego mieszania, komór flokulacji i reakcji, osadników, filtrów oraz rurociągów transportujących wodę z zawiesiną kłaczkowatą

Procesy i urządzenia:

Pierwszym procesem jaki występuje we wszystkich podsystemach gospodarki osadowej w zakładach wodociągowych jest zagęszczanie popłuczyn i osadów. Najczęściej stosowanym zagęszczaniem jest zagęszczanie grawitacyjne. Odwanianie mechaniczne osadu może być prowadzone przez wirowanie oraz przez filtrację (rzadko stosowany w odwadnianiu osadów ze stacji uzdatniania wody).

Odwadnianie osadów w wirówkach oparte jest na procesach sedymentacji i zagęszczania, zachodzących pod wpływem dużych sił odśrodkowych. Do odwadniania osadów wodnych stosuje się wirówki sedymentacyjne, w których to na skutek siły odśrodkowej następuje oddzielenie roztworu wody osadowej od zagęszczanego osadu. O efektywności rozdzielenia fazy stałej i roztworu wody osadowej decyduje siła odśrodkowa i czas przetrzymania osadu w bębnie. Instalacje do odwadniania osadów przez wirowanie składają się z:

- wirówki

- urządzeń do przygotowania i dawkowania polielektrolitów

- pompy podające osad do wirówki

- urządzenia transportujące osad odwodniony

- urządzenia pomiarowo - kontrolne

- sterowanie automatyczne

Procesem wspomagającym sedymentację i zagęszczanie grawitacyjne jest dawkowanie polielektrolitów. W przypadku osadów z procesów oczyszczania wody o przeważającej zawartości substancji mineralnych stasuje się polielektrolity kationowo-anionowe lub polielektrolity anionowe, rzadziej polielektrolity kationowe.

Do procesów wspomagających zalicza się również wymrażanie osadów. Proces ten prowadzony w warunkach sztucznych polega na powtarzających się w regularnych odstępach czasu zagrożeniach i rozmrożeniach osadu przez wymianę ciepła. Podczas zamrażania osadów obserwuje się przechłodzenie związanej wody osadowej, tworzenie się i wzrost kryształów lodu oraz wystąpienie dużych ciśnień, działających na cząstki fazy stałej. Procesowi rozmrażania towarzyszy opadanie odwodnionych cząstek o odmiennej strukturze oraz innych właściwościach fizykochemicznych, technologicznych i hydromechanicznych w stosunku do pierwotnych osadów pokoagulacyjnych. Zamrożenie osadu powoduje zniszczenie anizotropii w warstwie cząsteczek wody związanej, występującej na granicy faz, co powoduje zwiększenie objętości wody wolnej w osadzie oraz prowadzi do powstania struktury zbliżonej do ziarnistej.

4

---