Modernizacja oczyszczalni ścieków jest potężnym wyzwaniem finansowym, organizacyjnym, projektowym i logistycznym, wymagającym wieloletnich przygotowań, zarówno związanych z kwestiami formalno-prawnymi, jak i z opracowaniem niezbędnej dokumentacji projektowej. Sam okres realizacji zadań budowlanych na terenie inwestycji przez zespół wykonawców stanowi zwieńczenie kilku lat wcześniej wykonanej pracy i jest dużym wyzwaniem oraz rewolucją dla zespołu eksploatującego obiekt. Warto mieć na uwadze, że wiele decyzji podjętych na poszczególnych etapach przygotowań, a także w momencie realizacji zadania inwestycyjnego, będzie miało wpływ na pracę zarówno samego obiektu, jak i eksploatującego go personelu, przez wiele lat po zakończeniu modernizacji.
Oczyszczalnia Ścieków w Łasku, w wyniku modernizacji zakończonej pod koniec 2019 r., stała się jedną z najnowocześniejszych oczyszczalni w Europie. W trakcie realizacji inwestycji nie zapomniano jednak o tym, że przekształcenie obiektu wybudowanego w latach 80. XX w. w obiekt spełniający wszelkie standardy XXI w. będzie potężną zmianą i wyzwaniem dla eksploatującego go personelu. Dlatego też, już na etapie projektowym przewidziano urządzenia i narzędzia wspierające zespół Oczyszczalni Ścieków w codziennej pracy, jak chociażby rozbudowany układ pomiarowy umożliwiający zaawansowane zarządzanie procesami oczyszczania przez system optymalizacji współpracujący z systemem SCADA/PLC.
Firma Hach jest dumna, że proponowane przez nią rozwiązania zostały wybrane i zaimplementowane w Oczyszczalni Ścieków w Łasku i wspierają załogę oczyszczalni w:
- monitorowaniu i zarządzaniu procesami oczyszczania poprzez zastosowany układ urządzeń pomiarowych, uwzględniający m.in. pomiary:
- stężenia azotu amonowego w komorach anoksycznych (sondy A-ISE) i w komorach odgazowania (analizator Amtax),
- stężenia azotu azotanowego w komorach anoksycznych i odgazowania, a także w kanale odpływowym ścieków oczyszczonych (sondy Nitratax),
- stężenia ortofosforanów w komorach odgazowania i kanale odpływowym ścieków oczyszczonych (analizator Phosphax),
- stężenia potencjału oksydacyjno-redukcyjnego w komorach predenitryfikacji i beztlenowych (sondy 1200-S),
- gęstości osadu w komorach anoksycznych, rurociągach recyrkulacji zewnętrznej i w instalacji odwadniania osadów oraz stężenia zawiesiny w kanale odpływowym (sondy Solitax),
- stężenia tlenu rozpuszczonego w komorach napowietrzanych (sondy LDO2),
- wartości pH w komorach odgazowania (sondy 1200-S),
- poziomu warstwy osadu w osadniku wstępnym i osadnikach wtórnych (sondy Sonatax);
- codziennej, samodzielnej eksploatacji urządzeń pomiarowych poprzez zastosowanie systemu diagnostyki predykcyjnej Prognosys (element Claros Instrument Management), który z wyprzedzeniem informuje użytkownika o niezbędnych do podjęcia działaniach w celu utrzymania wysokiej wiarygodności pomiarów on-line;
- optymalnym prowadzeniu procesów oczyszczania ścieków przy zapewnieniu uzyskania wymaganej jakości ścieków oczyszczonych i jednoczesnym minimalnym wykorzystaniu zasobów, takich jak np. energia elektryczna lub koagulant PIX.
Optymalizację procesów oczyszczania OŚ w Łasku powierzono systemowi RTC firmy Hach (element Claros Process Management), który w omawianym przypadku zarządza m.in. napowietrzaniem i recyrkulacją wewnętrzną w reaktorach biologicznych oraz dozowaniem koagulantu PIX do chemicznego strącania fosforu. Ponieważ usuwanie związków biogennych jest zarządzane przez dedykowane moduły systemu RTC, warto wspomnieć o odnotowanych efektach oczyszczania w czasie pracy systemu.
System RTC jest aktywnie wykorzystywany do zarządzania pracą oczyszczalni bezustannie od momentu zakończenia wszelkich prób związanych z odbiorami końcowymi, czyli od przełomu listopada i grudnia 2019 r. Jakość ścieków surowych dopływających do oczyszczalni oraz ścieków oczyszczonych określoną na podstawie analiz prób średniodobowych zlewanych proporcjonalnie do przepływu (dane udostępnione przez OŚ w Łasku) z okresu od listopada 2019 r. do końca sierpnia 2020 r. przedstawiono w tab. 1 (wartości średnie).
Należy zwrócić uwagę na fakt, że ścieki dopływają do reaktorów biologicznych poprzez osadnik wstępny o czasie zatrzymania często znacząco dłuższym od 2 h. Stąd też dla oceny efektywności oczyszczania ścieków w reaktorach biologicznych należy brać pod uwagę nie jakość ścieków surowych, a jakość ścieków po osadniku wstępnym, gdzie w wyniku długiego czasu sedymentacji wychwytywana jest znacząca ilość zawiesiny organicznej, a w związku z tym również znacząco obniża się ładunek związków organicznych wprowadzanych do reaktora. Jak wynika z obliczeń uwzględniających efektywność 2-godzinnej sedymentacji w osadniku wstępnym, widoczna jest zmiana proporcji wartości ChZT i BZT5 do azotu ogólnego, a konkretnie obniżenie się jej poniżej wartości uznawanych za gwarantujące właściwy przebieg procesu denitryfikacji (na etapie rozruchu technologicznego oznaczano wartości stosunku ChZT:N na poziomie 6). Chociaż istnieje techniczna możliwość by-passowania osadnika wstępnego w celu odzyskania części ładunku organicznego, nie jest ona wykorzystywana, gdyż jak widać uzyskiwane w ściekach oczyszczonych wartości stężenia azotu ogólnego są znacząco niższe od wymaganych, a skierowanie całości osadu wstępnego do komory fermentacyjnej sprzyja intensyfikacji produkcji biogazu. Również uzyskiwane wartości stężenia fosforu ogólnego w ściekach oczyszczonych są niższe od wymaganych dla oczyszczalni ścieków o RLM powyżej 100 000, a warto podkreślić, że efekt ten jest uzyskiwany wyłącznie na drodze biologicznej, bez chemicznego wspomagania PIXem.
Obserwowane znakomite efekty oczyszczania są wynikiem zarządzania pracą reaktora biologicznego na podstawie nastaw generowanych przez moduły systemu optymalizacji RTC firmy Hach, a zwłaszcza zaimplementowanego w Oczyszczalni Ścieków w Łasku modułu N-RTC odpowiedzialnego za optymalizację napowietrzania. Moduł ten na podstawie danych z szeregu pomiarów on-line modeluje przebieg procesu nitryfikacji w reaktorze, a następnie obliczenia te są na bieżąco korygowane przez pomiary wartości azotu amonowego na końcu reaktora. Efektem pracy tego zaawansowanego algorytmu są nastawy stężenia tlenu rozpuszczonego generowane on-line dla poszczególnych stref napowietrzanych.
W przypadku reaktorów w OŚ w Łasku, komory napowietrzane wykonane są w postaci 3-częściowego labiryntu, gdzie dla każdego z korytarzy przewidziano przepustnicę regulacyjną z napędem elektrycznym, stąd też system RTC dla każdego reaktora generuje trzy odrębne nastawy stężenia tlenu rozpuszczonego. Należy pamiętać o tym, że z uwagi na brak mieszadeł w komorze napowietrzanej, ilość powietrza wprowadzana do reaktora musi być wystarczająco duża, by zapewnić wymieszanie zawartości korytarzy napowietrzanych. Ponadto, nie można dopuścić do nadmiernego zdławienia przepustnic, gdyż mogłoby to doprowadzić do nadmiernego wzrostu wartości ciśnienia w kolektorze głównym powietrza i negatywnie wpływać na pracę i żywotność dmuchaw. Stąd też, na etapie rozruchu technologicznego i obserwacji reaktora ustalono wartości minimalne stężenia tlenu rozpuszczonego, jakie może wystawić moduł N-RTC i wynoszą one: 0,5 i 0,6 mg O2/l odpowiednio dla reaktora A i B w pierwszym korytarzu napowietrzanym oraz 0,85 mg O2/l dla pozostałych korytarzy w obu reaktorach. Wartości nastaw generowane przez system RTC nie mogą również przekroczyć wartości maksymalnych, które ustalono odpowiednio na 1,5 mg O2/l dla pierwszego korytarza, 2,5 mg O2/l dla drugiego i 2,0 mg O2/l dla trzeciego korytarza napowietrzanego. Wartości generowane przez system muszą się zawierać w przedziałach obustronnie zamkniętych pomiędzy limitem minimalnym i maksymalnym dla każdego z korytarzy. Przykładowe wartości nastaw i odpowiadające im wartości pomiarów on-line stężenia tlenu rozpuszczonego dla obu reaktorów przedstawiono dla lipca 2020 r. w tab. 2.
Jak można zaobserwować, przez znaczącą większość czasu (ponad 92%) oba reaktory pracują przy minimalnych nastawach stężenia tlenu rozpuszczonego, które są bardzo dobrze realizowane przez układy wykonawcze w reaktorze A. W przypadku reaktora B rozbieżności pomiędzy wartościami zadanymi i zmierzonymi są większe, co wynika między innymi z faktu, że reaktor ten znajduje się bliżej stacji dmuchaw. W obu reaktorach azot amonowy ulegał pełnej nitryfikacji. Natomiast trochę lepszy efekt denitryfikacji uzyskano w reaktorze B, mimo iż był on napowietrzany z nieco większą od wymaganej intensywnością. Efekt ten prawdopodobnie wynika z nierównomiernego rozdziału ścieków po osadniku wstępnym na reaktory. Przy wyraźnym deficycie związków węgla organicznego w ściekach doprowadzanych do reaktora biologicznego, nawet nieznacznie większa ich ilość w komorze anoksycznej reaktora B skutkowała trochę lepszym efektem końcowym. Warto dodać, że wartość średnia gęstości osadu odnotowana w analizowanym miesiącu była taka sama dla obu reaktorów i wynosiła 3,08 i 3,07 g/l.
Należy podkreślić, że długotrwałe utrzymywanie wartości stężenia tlenu rozpuszczonego w poszczególnych strefach komór napowietrzanych reaktora znacząco niższych od 1,0 mg O2/l możliwe jest dzięki wdrożeniu inteligentnych algorytmów optymalizacji systemu RTC firmy Hach, które automatycznie reagują na obserwowane zamiany w przebiegu procesów oczyszczania. Duża stabilność wystawianych wartości wynika również z zastosowania modelowania matematycznego, dzięki czemu system na bieżąco wie, jaki ładunek azotu amonowego może zostać wprowadzony do komory napowietrzanej przy aktualnie panujących w niej warunkach tlenowych, temperaturowych i kondycji osadu czynnego. Jest to duża zaleta pracy z systemem optymalizacji RTC, w porównaniu do często zbyt nerwowych reakcji operatorów ręcznie zmieniających nastawy stężenia tlenu rozpuszczonego na obiektach pracujących bez tego typu rozwiązań. W omawianym przypadku nie bez znaczenia pozostaje również fakt, że każda wartość pomiarowa on-line jest na bieżąco walidowana i weryfikowana przez system Prognosys, dzięki czemu zarówno użytkownik, jak i system optymalizacji RTC mają pewność, że wartości pomiarowe wykorzystywane przez algorytmy są poprawne.
dr inż. Ewa Witkowska, Hach Lange Sp. z o.o.
Źródło: Forum Eksploatatora 6/2020
