1. 
   Naszkicować schemat technologiczny urządzeń gospodarki osadowej z komorami fermentacji metanowej

2.Naszkicować w dwóch rzutach zagęszczacz grawitacyjny, zaznaczyć i nazwać wyposażenie technologiczne.

Wg Wendy:

1 - doprowadzenie osadu

2 - pomost

3 - odprowadzenie osadu

4 - odprowadzenie wód posadowych

5 - odprowadzenie części pływających

Rzut z góry oparty na zagęszczaczu grawitacyjnym z korytem odpływowym firmy Ekomontaż:

3.Naszkicować schemat komory fermentacji metanowej z mieszadłem śmigłowym, zaznaczyć i nazwać wyposażenie technologiczne.

4. Naszkicować schemat komory fermentacji metanowej z mieszadłem śrubowym, zaznaczyć i nazwać wyposażenie technologiczne.

Mieszanie z zastosowaniem mieszaczy śrubowych - jest to w zasadzie mieszadło pompujące umieszczone w centralnej rurze transportowej. Dla tego sposobu mieszania zapotrzebowanie mocy wynosi około 4-7 W×m-3 objętości komory.

5.Naszkicować schemat komory fermentacji metanowej wraz z instalacjami do odbioru biogazu oraz ogrzewania osadu.

6. Wymienić i krótko scharakteryzować urządzenia do mechanicznego zagęszczania osadu.

- zagęszczacze sitowe (sita bębnowe),

- zagęszczacze taśmowe,

- prasy ślimakowe.

Zagęszczacze sitowe - to cylindryczne bębny obciągnięte tkaniną filtracyjną. Osad kondycjonowany dopływa do obracającego się bębna aby nie naruszyć struktury kłaczków i przesuwany jest wzdłuż niego. Oddzielony filtrat przepływa przez tkaninę filtracyjną do zbiornika wody osadowej a dalej do głównego ciągu oczyszczania ścieków.

Zagęszczacze taśmowe - pracują w sposób ciągły. Osad kondycjonowany nanoszony jest równomiernie na taśmę filtracyjną, szykany go przewarstwiają a grawitacja powoduje oddzielenie go od wody co skutkuje zagęszczeniem osadu.

Prasy ślimakowe -nachylenie bębna oraz obroty ślimacznicy powodują mieszanie i podnoszenie osadu połączone z jego odwadnianiem. Woda osadowa wypływa przez szczeliny w bębnie do głównego ciągu o.ś. Na końcu prasy zagęszczony osad spada do leja osadowego skąd trafia na taśmę transportera.

7. Wymienić i krótko scharakteryzować urządzenia do mechanicznego odwadniania osadu.

Urządzenia do odwadniania osadu:

- prasy

• taśmowa

• komorowa

• ślimakowa

- wirówki

Prasa taśmowa :

Przeznaczone do ciągłego odwadniania osadów. Osad znajduje się pomiędzy dwoma taśmami które wprawiane są w ruch za pomocą rolek (liczba i średnica zależne od modelu). Podczas ruchu taśm, osad poddawany jest progresywnemu naciskowi, który zapewnia optymalne warunki z punktu widzenia usunięcia wody z osadu oraz przechwycenia części stałych. Suchy osad jest następnie usuwany, a taśmy w drodze powrotnej w kierunku początku procesu, poddawane są płukaniu.

Prasa komorowa:

Składa się z segmentów płyt oraz siłownika hydraulicznego. Siłownik ściska płyty, a następnie wprowadzany jest pod ciśnieniem osad. Części stałe pozostają w komorach, a filtrat odpływa z układu. Następnie siłownik cofa się, a z komór wylatuje suchy placek, który ulega odprowadzeniu.

Prasa komorowa pracuje w systemie cyklicznym.

Wirówki:

Osad ulega odwodnieniu pod wpływem działania siły odśrodkowej, generowanej przez ruchome części urządzenia

8. Opisać zasadę działania prasy taśmowej do odwadniania osadu.

Odwadnianie osadu na prasie taśmowej polega na mechanicznej filtracji pod wpływem nacisku wywieranego na osad przez dwa pasy tkaniny filtracyjnej, które są przeprowadzone przez układ walców. Efekt odwadniania zależy od ilości walców i kąta ich opasania.

Odwadnianie osadu na prasie sitowo-taśmowej, zależnie od konstrukcji prasy,  przebiega w trzech etapach :

1. mieszanie i  wstępne zagęszczanie osadu kondycjonowanego polielektrolitami w mieszaczu osadu z polielektrolitem

2. osad rozprowadzany na dolnej taśmie filtracyjnej odwadnia się grawitacyjnie do uzyskania koncentracji suchej masy średnio 8-14% (strefa odwadniania grawitacyjnego),

3. uformowany placek filtracyjny osadu przechodzi stopniowo przez utworzony z dwóch tkanin klin, a następnie w miarę przesuwania się taśm osad jest poddawany działaniu zwiększającego się ciśnienia, które osiąga maksimum wartości w końcowej części prasy (strefa ściskania i ścinania).

9. Opisać zasadę działania prasy komorowej do odwadniania osadu.

Prasy komorowe są urządzeniami filtracyjnymi pozwalającymi na uzyskanie najwyższych możliwych efektów pracy spośród wszystkich urządzeń do mechanicznego odwadniania osadów, przy zachowaniu najwyższej możliwej jakości filtratu. Praca tych pras ma charakter cykliczny, przebiega w dwóch etapach:

1. Zamknięcie pakietu płyt poprzez dociśniecie tłokiem siłownika hydraulicznego. Dalej następuje wtłoczenie osadu pod ciśnieniem (ok. 15 bar) do zamkniętych komór wyłożonych tkaniną filtracyjną. Osad zatrzymywany jest wewnątrz komór natomiast odfiltrowana woda opuszcza prasę. Osad, przed podaniem na prasę, jest przeważnie kondycjonowany za pomocą różnych reagentów jak polielektrolit, mleko wapienne czy sole żelaza. 
   
   

2. Otwarcie prasy i wylot odwodnionego placka osadu. Pakiet komór zamocowany jest na podłużnicach. Jeden koniec pakietu mocowany jest do płyty stałej, a drugi do płyty ruchomej. Płyta ruchoma, popychana przez tłok siłownika hydraulicznego, rozsuwa uprzednio zamknięte płyty umożliwiając wypadnięcie zgromadzonego wewnątrz placka osadu.

10. Opisać zasadę działania wirówki do odwadniania osadu.

Wirówka może być rozpatrywana jako osadnik, zwinięty wokół własnej osi. W osadniku cząstki fazy stałej, które są cięższe od cieczy, poruszają się, na skutek działania siły ciężkości, w kierunku dna i tworzą na dnie osadnika warstwę osadową. W obracającym się bębnie wirówki cząstki fazy stałej, poruszają się, na skutek działania siły odśrodkowej, w kierunku płaszcza bębna i tworzą warstwę osadową na wewnętrznej ścianie bębna wirówki. We wnętrzu bębna znajduje się ślimak transportowy do ciągłego wyprowadzania warstwy osadowej, która jest dociskana do wewnętrznej ściany bębna. Ślimak obraca się z małą różnicową prędkością obrotową względem bębna. Współwirująca przekładnia wytwarza tę różnicową prędkość obrotową.Przez centralnie usytuowaną rurę wlotową osad zostaje wprowadzony do komory wlotowej ślimaka. Stamtąd przedostaje się on przez otwory rozdzielające znajdujące się w korpusie ślimaka, do przestrzeni klarowania. W przestrzeni klarowania osad zostaje rozdzielony na warstwę osadową i fazę ciekłą. Warstwa osadowa zostaje przetransportowana przez ślimak z jeziorka osadu do strefy stożkowej, zwanej również strefą suchą, zanim zostanie ona wyprowadzona przez otwory wychodu znajdujące się na stoż-kowym końcu bębna.Oczyszczona ciecz przepływa do cylindrycznego końca bębna i wypływa tam na zewnątrz przez przelewową tarczę spiętrzającą.

11. Opisać zasady doboru wielkości zbiorników biogazu (Cwieczenie nr.4 str 20)

Minimalna objętość zbiornika = 2-krotny maksymalny dopływ osadu surowego

Przy sprzedaży gazu do gazowni: = 1/5 do 1/10 dobowego odbioru gazu

Przy produkcji energii elektrycznej ¾ dobowego odbioru gazu (dobowej produkcji energii)

12. Opisać zasadę działania agregatu ko generacyjnego

Kogeneracja jest procesem wytwarzania energii, w którym jednocześnie generowana jest energia elektryczna oraz ciepło. Jest to proces wysokosprawny, w którym energia wytwarzana jest z użyciem relatywnie czystych paliw takich jak gaz ziemny czy biogaz. Agregat kogeneracyjny zbudowany jest na bazie silnika spalinowego, który napędza trójfazowy generator synchroniczny.

Silnik jest bezpośrednio sprzęgnięty z prądnicą prądu przemiennego (alternator) wytwarzającą energię elektryczną. Ciepło wytwarzane przez silnik odbierane jest z oleju smarnego, płaszcza chłodzącego oraz gazów spalinowych poprzez wymiennik ciepła.

Podczas gdy przeciętna wydajność typowych generatorów mieści się w granicach 35%, systemy kogeneracyjne osiągaja ponad dwa razy większą wydajność, nawet do 85% z uwagi na dodatkowe wykorzystanie energii cieplnej.

13. Obliczyć objętość osadu zagęszczonego, jeżeli: masa osad surowego wynosi 100 kg, uwodnienie osadu surowego 99%, stężenie osadu zagęszczonego 6%.

m³

14. Obliczyć masę i objętość osadów wstępnych, jeżeli ładunek zawiesin dopływający do osadnika wstępnego =5000 kg/d, redukcja zawiesin w osadniku = 65%, stężenie osadu wstępnego =5%.

B_d,TS,PS =5000 kg/d

TS_ps =5%

g= 1000kg/m3

TS_PS = g* TS_ps/100 = 50 kg/m3

Q_PS = B_d,TS,PS / TS_PS = 100 m3/d

15. Obliczyć masę i objętość nadmiernego osadu czynnego, jeżeli ładunek BZT5 dopływający do komór osadu czynnego =5000 kg/d, przyrost osadu = 1 g osadu/gBZT5, stężenie osadu recyrkulowanego = 0,7%.

US_d =5000 kg/d

TS_US = 0,7 * 5000 / 100 = 35kg/m3

Q = US_d / TS_US = 143 m3/d

16. Obliczyć powierzchnię i wysokość grawitacyjnego zagęszczacz osadu, jeżeli: masa doprowadzanego osadu = 3000 kg/d, dopuszczalne obciążenie zagęszczacz masą osadu = 60 kg/m2/d, czas zagęszczania = 20h.

B_d,TS,roh= 3000 kg/d

BA= 60 kg/m²/d

t_auf= 20 h

Ae=?

H=?

Ae= B_d,TS,roh/BA= 3000/60=50 m²

Strefa sedymentacji H₂= 1 m (przyjęto)

Strefa zgarniania osadu H₃= 0,3 m (przyjęto)

Strefa konsolidacji H₁= t_auf*Q_Schlamm/Ae

t_auf=20 h = 20/24 d

Q_Schlamm= B_d,TS,roh*100%/TSm/1000kg/m³

TSm= TS%*0,75=8%*0,75= 6,0%

TS%=8% (przyjęto)

Q_Schlamm=3000*100/6/1000=50 m³/d

H₁=20/24*50/50= 0,83 m

ΣH=H₁+H₂+H₃=0,83+1+0,3= 2,13 m

17. Obliczyć wymaganą wydajność zagęszczacza mechanicznego, jeżeli: masa osadu surowego = 5000 kg/d, stężenie osadu surowego = 1%,czas pracy zagęszczacza 150 h przez 7 dni w tygodniu.

Stężenie osadu = 1% zawartość suchej masy w osadzie odwodnionym = 10

Ilość osadu

Wymagana wydajność:

• objętościowa

• masowa

18. Obliczyć czas fermentacji oraz ocenić obciążenie komory, jeżeli: objętość komory fermentacji metanowej=4000m3, objętość osadu doprowadzanego do komory = 200 m3/d, stężenie doprowadzanego osadu=6%.

Dane:

Stężenie osadu w komorze: 6%

Obliczenie czasu fermentacji:

gdzie:

t_v - czas fermentacji [d]

Ocena obciążenia komory fermentacji:

Wartość wymagana:

- oczyszczalnie średniej wielkości 2-3 kg oTS/m³/d

- duże oczyszczalnie: 3-4 kg oTS/m³/d

Wielkości komór fermentacyjnych:

- małe: 1000-2500 m³,

- średnie: 2500- 5000 m³,

- duże: 5000-10000 m³.

Obliczenie obciążenia komory fermentacji:

gdzie:

oTS- zawartość frakcji organicznej w osadzie: 65% masy osadu, [kg/d]

Zakładamy sobie np. B_d,TS,roh = 12800 kg TS/d

Obciążenie komory fermentacji wynosi:

Komora fermentacji o objętości 4000 m³ jest średniej wielkości komorą.

Obliczone obciążenie komory fermentacji mieści się w granicach dopuszczalnych wartości obciążenia komory dla oczyszczalni średniej wielkości.

19. Obliczyć masę osadu przefermentowanego, jeżeli: masa osadu surowego =5000 kg/d, zawartość frakcji organicznej w osadzie = 65%, ubytek frakcji organicznej podczas fermentacji=80%.

B_{d,TS,stabilisiert} - masa osadu przefermentowanego, kg/d

B_{d,TS,stabilisiert} = ?

B_d,TS,mineral - masa frakcji mineralnej, kg/d

B_d,TS,mineral = B_d,TS,roh - B_d,oTS,roh;

B_d,TS,roh - masa osadu surowego, kg/d

B_d,TS,roh = 5000 kg/d

B_d,oTS,roh - masa frakcji organicznej w osadzie surowym, kg/d

B_d,oTS,roh = 65%·5000=3250 kg/d

B_{d,TS,stabilisiert}= B_d,TS,mineral +20%· B_d,oTS,roh

B_{d,TS,stabilisiert}=( B_d,TS,roh - B_d,oTS,roh )+20%· B_d,oTS,roh

B_{d,TS,stabilisiert}=( 5000 - 3250 )+20%· 3250 = 1750 + 650 = 2400 kg/d

20. Obliczyć produkcję energii z biogazu, jeżeli; masa osadu surowego = 5000kg/d, zawartość frakcji organicznej w osadzie = 65%, jednostkowa produkcja biogazu = 500 l/kg, jednostkowa produkcja energii=6,4 kWh/m3 biogazu.

Produkcja biogazu:

gdzie:

V_G,spez - jednostkowa produkcja biogazu [l/kg]

V_G,spez=500 [l/kg]

B_d,oTS,roh - zawartość frakcji organicznej w osadzie [kg/d]

gdzie:

B_d,TS,roh - masa osadu surowego [kg/d]

B_d,TS,roh=5000 [kg/d]

Produkcja energii z biogazu:

gdzie:

P_j - jednostkowa produkcja energii [kWh/m³]

P_j=6,4 [kWh/m³]

13

---