Wiadomości wstępne
Komory osadu czynnego, zwane też komorami napowietrzania, albo komorami aeracji, muszą zapewnić odpowiednio długi czas kontaktu ścieków z osadem, dobre ich wymieszanie, jak i napowietrzenie. Wszystko to powoduje, że ich konstrukcje mają na ogół bardzo dużą pojemność i długość. Ich przekrój powinien jednocześnie uniemożliwiać powstawanie stref martwych, w których może zachodzić przedwczesna sedymentacja osadu.
Wstępny podział komór został przedstawiony w artykule omawiającym dostępne technologie oczyszczania ścieków osadem czynnym. Poniżej skupię się na ich charakterystyce.
Komory napowietrzane sprężonym powietrzem
Dzielą sie na dwie podstawowe podgrupy:
- komory napowietrzane o głębokim wprowadzaniu powietrza
- komory o płytkim wprowadzaniu powietrza (tzw. system „Inka”)
1. Komory o głębokim wprowadzaniu powietrza
Mają głębokości czynne od 3-6m. Powietrze wprowadzane jest za pomocą specjalnych dyfuzorów umieszczonych przy dnie, na wysokości 0,2-0,5m nad dnem komory.
Rys. Przekrój przez komorę napowietrzaną. Ozn. 1- kolektor sprężonego powietrza, 2- filtrosy rurowe, 3- wciągarka (rys. Konstrukcje budowlane w oczyszczalniach ścieków. Roman, Pląsowski).
Powietrze może być wprowadzane na dno komory za pomocą perforowanych płyt, dyfuzorów dyskowych lub rurowych. Perforowane płyty mogą być umieszczone bezpośrednio na dnie komory (np. komory bruzdowe) lub wbudowane tylko po jednej stronie dna na całej długości komory (komora Hurda lub manchasterska). Umieszczenie symetryczne dyfuzorów na całej długości komory powoduje równomierne wymieszanie ścieków z osadem. Mówimy wtedy o komorze pełnego wymieszania. Umieszczenie napowietrzania po tylko jednej stronie komory wywołuje ruch cyrkulacyjny, śrubowy ścieków. Komory takie nazywamy komorami niepełnego wymieszania.
Fot. Filtrosy płytowe, mebranowe do napowietrzania drobnopęcherzykowego w komorze o pełnym wymieszaniu (Aerzen.com)
Fot. Dyfuzory rurowe serii AS-R firmy Stalbudom).
Dyfuzory rurowe posiadają obecnie membrany wykonywane z silikonu, lub EPDM, rzadziej PU. W odróżnieniu od starszych rozwiązań rur stalowych, są odporne na korozję i gładkie, dzięki czemu w mniejszym stopniu ulegają zarastaniu osadami. Rury filtrosowe mogą być dodatkowo wykonywane jako balastowane ( z dodatkowym obciążeniem) lub bez balastu. Powietrze z filtrosów rurowych wypływa we wszystkich kierunkach. Przy zamocowaniu w pobliżu dna, filtros taki zapobiega powstawaniu stref martwych, napowietrzając praktycznie całą strefę denną komory.
Fot. Napowietrzanie głębokie ścieków dyfuzorami talerzowymi (dyskowymi) (fot. dmuchawy.info.pl)
Ryc. Dyfuzory dyskowe (Proffico.com)
Dla zapewnienia dobrego mieszania i wyeliminowania stref martwych, komory reakcji mają często zukosowane ściany w strefie dennej. (rys. poniżej)
Rys. Komora osadu czynnego z napowietrzaniem dennym za pomocą perforowanych płyt. 1-przewody doprowadzające sprężone powietrze, 2-płyty perforowane. Układ jednostronny napowietrzania wywołuje w komorze przepływ śrubowy. (Rys. Kanalizacja, oczyszczanie ścieków. Marek Roman)
Dyfuzory płytowe (zwane też panelowymi) wykonywane są podobnie jak rurowe i dyskowe, z membranami z silikonu lub EPDM. Membrana coraz częściej jest wymienna i w przypadku silnego zanieczyszczenia może być szybko zamieniona na nową, bez potrzeby demontażu całego panelu. Poniżej przykład napowietrzaczy drobnopęcherzykowych panelowych systemu WILO- Sevio ELASTOX. Dyfuzory panelowe Wilo-Sevio ELASTOX®-P są montowane parami na ruszcie napowietrzającym. W spoczynku membrana jest ułożona na lekko zakrzywionej konstrukcji wsporczej. Kiedy ciśnienie powietrza wewnątrz systemu wzrośnie powyżej ciśnienia statycznego otaczającej wody, membrana lekko unosi się ponad konstrukcję wsporczą, aby umożliwić dystrybucję powietrza w tak utworzonej przestrzeni.
Rys. Komora bruzdowa pełnego wymieszania. 1- napowietrzacze, 2-przewody sprężonego powietrza (Rys. Kanalizacja, oczyszczanie ścieków. Marek Roman)
Stosowanie do napowietrzania filtrosów drobnopęcherzykowych powoduje bardzo dobre natlenienie ścieków w komorze, ale wymaga większego ciśnienia powietrza. Filtrosy takie ulegają też stopniowego zarastaniu osadami, szczególnie w okresie postoju i przerw w dopływie powietrza. Zatykanie drobnych otworów powietrza może występować zarówno po stronie jego odpływu jak i napływu. Po stronie ścieków wywołane jest zwykle cząstkami wtrącającego się żelaza, jak i osadu. Po stronie napływu, wewnątrz rur filtrosowych, spowodowane jest pyłami zawartymi w powietrzu, jak i cząstkami rdzy przewodów powietrznych. Czyszczenie filtrosów jest skomplikowane, przeprowadzane okresowo za pomocą sprężonego powietrza, mycia ciśnieniowymi myjkami, a w skrajnych przypadkach kąpielą w kwasach. Obecnie problem ten wyeliminowano stosując wymienne membrany.
Komory płytkiego napowietrzania
Komory tego typu, zwane też komorami „Inka”, posiadają ruszty płytko zagłębione, umieszczone 0,6-0,9m (średnio 0,8m) pod lustrem ścieków. Rozwiązanie to, zaprojektowane przez Szwedów Fischerströma i Gullströma, zaliczane jest do tzw. napowietrzania średniopęcherzykowego. Ruszty w komorach Inka wykonywane były z perforowanych rur ze stali nierdzewnej lub skrzynek z perforowanej stali. Przewód doprowadzający powietrze do rusztów był często elastyczny, co ułatwiało ich ustawienie w komorze. Dla zabezpieczenia przed wyporem ruszty mocowano do ścian komory. W celu ułatwienia cyrkulacji ścieków w komorze, do rusztu przymocowane były pionowe przegrody kończące się około 80cm nad dnem komory. Rozwiązanie powyższe było bardzo popularne w Polsce. Jego podstawową zaletą była niska wartość nadciśnienia powietrza, równa 1-1,1m słupa wody, co umożliwiało zastosowanie do napowietrzania wentylatorów, zamiast droższych dmuchaw. Wadą systemu „Inka” jest mniejsze wykorzystanie tlenu z powietrza, które jest średnio dwukrotnie niższe, niż w systemach filtrosowych i głębokim napowietrzaniu, i z reguły nie przekracza 2%.
Rys. Komora osadu czynnego systemu „Inka”. Ozn. 1-mocowanie rusztu do ścian komory, 2- przewód doprowadzający powietrze, 3-ruszt, 4- przegrody pionowe wymuszające cyrkulację
Komory napowietrzania wirnikami o osi pionowej
Najpopularniejszym tego typu rozwiązaniem w komorach osadu czynnego były wirniki systemu „Simplex”. Komory takie nazywane też komorami Boltona, wykonane były z żelbetu i miały w przekroju kształt prostokąta ze ściętymi ukośnie ścianami w strefie dennej. W środkowej części komory znajdowała się pionowa rura, na której końcu zamocowany był wirnik. Średnica wirnika Simplex wynosiła zwykle 1,5-1,8m.
Zasada działania – obracający się wirnik zamocowany płytko pod powierzchnią ścieków zasysa rurą z dna komory ścieki wraz z osadem czynnym i wyrzuca je w powietrze powodując intensywne mieszanie i napowietrzanie. Prędkość obrotowa wirnika waha pomiędzy 30-40 obr/min. Wyrzucany przez wirnik osad od środka ku obwodowi komory, powoduje intensywne falowanie powierzchni ścieków. Całkowite wymieszanie i przepompowanie zawartości komory trwa tutaj około 20 minut. Całkowity czas kontaktu ścieków z powietrzem i osadem, w zależności od stężenia zanieczyszczeń wynosi 6-15h.
Rys. Napowietrzanie ścieków systemem Simplex. Ozn. 1 — pręty utrzymujące, 2 — rura pionowa z wirnikiem, 3 — ssanie, 4 — wyrzucanie ścieków, 5 — napęd, 6 — wlot, 7 — wylot.
Komory z wirnikami Simplex miały zwykle wymiary w planie 6x6m do 10x10m i głębokość od 2,5-6m. W małych oczyszczalniach ścieków stosowano jedną komorę z jednym wirnikiem. W dużych stosowany był podłużny zbiornik podzielony na sekcje, z których każda stanowiła osobną komorę Simplex z zamocowanym wirnikiem. Komory systemu Boltona były najchętniej stosowane w Anglii i Indiach. Obecnie zostały wyparte przez inne rozwiązania.