W numerze 6/2017 Forum Eksploatatora przedstawiono wyniki rozważań dotyczących możliwości ograniczenia pojemności reaktorów biologicznych z osadem czynnym poprzez modyfikację wstępnego mechanicznego bądź chemicznego oczyszczania ścieków, jak też poprzez zastąpienie konwencjonalnych osadników wtórnych pakietami membranowymi.
Oczywistym jest, że ograniczenie ładunku BZT5 wprowadzanego do reaktorów biologicznych spowoduje obniżenie zapotrzebowania na tlen, a dalej zapotrzebowania na sprężone powietrze, jak też zużycia energii elektrycznej. Można tu oczekiwać dużych oszczędności, bowiem jak wykazały wcześniej prowadzone rozważania, podstawowym urządzeniem wymagającym dostarczenia energii elektrycznej jest reaktor biologiczny. Można tu podać, że zależnie od wielkości oczyszczalni oraz zastosowanego systemu napowietrzania, moc zainstalowana związana z napowietrzaniem, wynosi od 40 do 70% ogólnej mocy zainstalowanej w całej oczyszczalni ścieków. Zatem jest oczywiste, że poszukiwanie ograniczonego zużycia energii elektrycznej wiąże się z rozwiązaniem technologicznym całej oczyszczalni ścieków.
Jak wynika z rozważań, których wyniki przedstawiono już w Forum Eksploatatora 6/2017, zarówno wprowadzenie osadników wstępnych, jak i wprowadzenie wstępnego chemicznego oczyszczania oraz zastosowanie pakietów membranowych, powoduje wielokrotne zmniejszenie wymaganej objętości reaktora. Oczywistym jest, że to zmniejszenie związane jest z ograniczeniem ładunku zanieczyszczeń wprowadzanego do reaktora biologicznego. Można tu podać, że jeżeli przy zastosowaniu konwencjonalnego przepływowego układu technologicznego jednostkowa pojemność reaktora biologicznego przeznaczonego do usuwania związków węgla organicznego, azotu i fosforu, wynosi 0,39 m3/M, to po wprowadzeniu wstępnego chemicznego oczyszczania oraz pakietów membranowych, pojemność ta spada do 0,054 m3/M. W przypadku konieczności usuwania tylko związków węgla organicznego odpowiednie jednostkowe pojemności reaktora powinny wynosić 0,13 m3/M i 0,018 m3/M. Wynika z tego jednoznacznie, że każdorazowo przy budowie, rozbudowie i modernizacji oczyszczalni ścieków należy prowadzić rozważania w kierunku ograniczenia pojemności reaktorów biologicznych.
Oczywistym jest, że mniejsza pojemność reaktorów biologicznych, to mniejsze zapotrzebowanie na tlen, a co za tym idzie mniejsze zapotrzebowanie na sprężone powietrze, jak też znaczne ograniczenie zużycia energii elektrycznej.
Wstępna ocena zapotrzebowania na tlen może być przeprowadzona przy wykorzystaniu propozycji K. i K. Imhoffów, którzy w kolejnych wydaniach poradnika „Kanalizacja miast i oczyszczanie ścieków” podawali i podają wartości ilorazu zdolności natleniania OC (oxygenation capacity) do obciążenia reaktora biologicznego ładunkiem BZT5 (load). Jeżeli zdolność natleniania wyrażona jest w kg O2/d, a ładunek zanieczyszczeń w kg BZT5/d, to iloraz tych wielkości będzie wyrażony w kg O2/kg BZT5. Z informacji podanych we wspomnianym poradniku z 1996 r. wynika, że przy usuwaniu tylko związków węgla organicznego wartość ilorazu OC : L powinna być zawarta w przedziale od 1,2 do 2,0 kg O2/kg BZT5, a w przypadku konieczności usuwania związków węgla organicznego, azotu i fosforu powinna się zawierać w przedziale od 1,8 do 2,5 kg O2/kg BZT5.
Biorąc pod uwagę jednostkowe ładunki zanieczyszczeń, odniesione do BZT5 i wyrażone w kg BZT5/M · d, charakteryzujące ścieki doprowadzane do reaktora biologicznego w powiązaniu z układami technologicznymi przedstawionymi w poprzednim numerze czasopisma, oraz zakładając stopień natleniania na poziomie 1,6 kg O2/kg BZT5 – przy usuwaniu tylko związków węgla organicznego, oraz na poziomie 2,15 kg O2/kg BZT5 – przy usuwaniu związków węgla organicznego, azotu i fosforu, jednostkowa zdolność natleniania (OC) przyjmować będzie wartości podane w tab. 1.
Są to wartości wyrażone w kg O2/M · d. Przykładowo można podać, że jeżeli przy usuwaniu związków węgla organicznego, azotu i fosforu z zastosowaniem konwencjonalnego układu przepływowego wskaźnik ten wynosi 0,168 kg O2/M · d, to przy zastosowaniu układu, gdzie oczyszczanie biologiczne poprzedzone jest koagulacją objętościową, a zamiast osadnika wtórnego wprowadzone byłyby pakiety membranowe, to wskaźnik ten wynosi 0,058 kg O2/M · d. Ilustracją uzyskanych wyników obliczeń są wykresy przestawione na rys. 1 i 2, na których wyraźnie jest widoczna degresja analizowanego wskaźnika w miarę zmian wprowadzonych w układzie technologicznym oczyszczalni ścieków, pozwalających na znaczne obniżenie wielkości reaktora biologicznego.
Obliczone wartości jednostkowej zdolności natleniania dają podstawę do określenia jednostkowego zapotrzebowania na sprężone powietrze, przy różnych układach technologicznych, różnej głębokości usytuowania dyfuzorów oraz przy różnym stopniu wykorzystania tlenu w odniesieniu do m3 powietrza. Wykorzystano przy tym wzór
qpow = OC/(K · hd)
gdzie:
qpow – jednostkowe zapotrzebowanie na sprężone powietrze [m3 pow/M · d],
K – stopień wykorzystania tlenu z powietrza [g O2/(m3 · m)],
hd – głębokość usytuowania dyfuzorów napowietrzających [m].
Obliczenia przeprowadzono dla rozpatrywanych tu układów technologicznych przy jednoczesnym uwzględnieniu usytuowania dyfuzorów w przedziale od 4 do 9 m oraz przy stopniu wykorzystania tlenu z powietrza 15 g O2/m3 · m i 18 g O2/m3 · m. Wyniki obliczeń zestawiono w tab. 2. oraz zilustrowano na rys. 3, 4, 5 i 6, odpowiednio dla zakresu oczyszczania ścieków oraz różnej wartości stopnia wykorzystania tlenu z powietrza.
Analiza uzyskanych wyników obliczeń daje podstawę do określenia całkowitego zapotrzebowania na sprężone powietrze, odniesionego do przyjętego układu technologicznego oczyszczalni ścieków, oraz znanej liczby mieszkańców. Oczywistym jest, że badany wskaźnik jednostkowego zapotrzebowania na sprężone powietrze maleje wraz ze wzrostem głębokości reaktora biologicznego i ze wzrostem stopnia wykorzystania tlenu z powietrza. Badany wskaźnik maleje wraz z ograniczeniem objętości reaktora biologicznego, spowodowanej przez rozbudowę wstępnego mechanicznego lub chemicznego oczyszczania ścieków oraz modyfikacji polegającej na zastąpieniu konwencjonalnych osadników wtórnych pakietami membranowymi. Dane zestawione w tab. 2 mogą być wykorzystane bezpośrednio do doboru dmuchaw dostarczających sprężone powietrze. Wystarczy podane wskaźniki pomnożyć przez liczbę obsługiwanych mieszkańców oraz podjąć decyzję o głębokości reaktora biologicznego i uwzględniając straty na drodze przepływu powietrza od dmuchawy do dyfuzorów (orientacyjnie ok. 1 m), aby uzyskać wymaganą wydajność dmuchawy przy określonym sprężu. Dalsze rozważania związane z napowietrzaniem związane są z wyborem typu dmuchawy, a przede wszystkim z jej konstrukcją, co było już przedmiotem innej publikacji autorów.
Karolina Wójcicka, Zbigniew Heidrich
Politechnika Warszawska, Wydział Instalacji Budowlanych, Hydrotechniki i Inżynierii Środowiska
…
Źródło: Forum Eksploatatora 1/2018
