Wstęp
Osadniki gnilne i osadniki Imhoffa są urządzeniami, w których zachodzą dwa procesy: sedymentacja osadu ze ścieków i jego powolna fermentacja. Oba rozwiązania montowane są pod ziemią i korzystają z ciepła jakie dostarcza otaczający grunt oraz same ścieki. Proces gnilny zachodzi więc w niskiej temperaturze i jest mało wydajny. Rozwiązanie takie może mieć zastosowane tylko w małych oczyszczalniach. W dużych podstawowe zastosowanie mają wydzielone komory fermentacyjne, wykonane jako osobne zbiorniki, do których doprowadzony jest już sam osad pościekowy. Wydzielone komory fermentacyjne pod względem budowy można ogólnie podzielić na:
- otwarte, WKFo, z nieprzykrytym stropem
- zamknięte, WKFz, ze stropem szczelnym
Wydzielone otwarte komory fermentacyjne
To betonowe odkryte zbiorniki betonowe, wykonywane zawsze jako bliźniacze, o tej samej pojemności, dla umożliwienia procesu wyłączenia jednego ze zbiorników z ruchu i poddania go czyszczeniu z zastoin piasku.
Fot. Wydzielona otwarta komora fermentacyjna w oczyszczalni ścieków w Pile.
Komory takie mają zwykle duże rozmiary. W oczyszczalni ścieków w Pile wymiary obu komór to 85x65x5m czyli ponad 27600m3 każda. Temperatura fermentacji jest zmienna i zależy od pory roku. W okresie letnim waha się między 15-20°C, podczas gdy w zimie nie przekracza zwykle 8°C. Podczas eksploatacji komór otwartych należy utrzymywać na lekko zasadowym poziomie odczyn pH osadu (zalecane pH 7-7,5, wytyczne oczyszczalni w Pile). Nie należy też usuwać, ani rozbijać gromadzącego się na wierzchu komory kożucha. Jego optymalna warstwa winna wynosić 0,8-1,0m. Kożuch chroni komorę przed szybkim wychłodzeniem osadu, pełni też naturalną barierę dla zapachów.
Czas przetrzymania osadów wynosi od 4-6 miesięcy w zimie, do około 90 dni w okresie letnim. Nawet tak długi czas przetrzymania nie zapewnia dobrej stabilizacji osadów, dlatego obecnie odchodzi się od powyższego rozwiązania na poczet komór całkowicie zamkniętych.
Ponieważ komory otwarte stanowią zagrożenie dla przebywających obok osób obsługi, muszą spełniać wymogi dla zbiorników otwartych ( §16 i 41 Rozporządzenia Ministra Gospodarki Przestrzennej i Budownictwa z dnia 1 października 1993 r. w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy w oczyszczalniach ścieków)
W szczególności:
1. Zbiorniki otwartych komór fermentacyjnych powinny być ogrodzone barierami, zgodnie z wymaganiami określonymi w § 16.
2. Dojścia i przejścia wokół otwartych komór fermentacyjnych powinny być utwardzone.
3. W pobliżu zejścia na dno zbiornika powinny znajdować się koła ratunkowe z rzutką lub pływająca tratwa ratunkowa.
4. Zejście na dno komory może odbywać się za pomocą schodów i drabin.
5. Wejście na dno zbiornika powinno być poprzedzone opróżnieniem komory i zmyciem schodów oraz sprawdzeniem stężenia substancji szkodliwych dla zdrowia w powietrzu na dnie zbiornika.
Wydzielone zamknięte komory fermentacyjne WKFz
Fot. Bliźniacze wydzielone komory fermentacyjne.
To obecnie najczęściej stosowane rozwiązanie w dużych oczyszczalniach ścieków. WKFz wykonywane są w postaci betonowych silosów, o często znacznej wysokości, posadowionych na gruncie i zaizolowanych cieplnie. Prowadzona w nich fermentacja ma charakter mezofilowy i zachodzi w temperaturze 35-37°C. Proces taki wymaga podgrzewania osadu i jego mieszania, dlatego komory WKFz wyposażone są w mieszadła i rury grzewcze, lub zewnętrzne wymienniki ciepła. Czas przetrzymania osadu w komorze wynosi od 15-20 dni, jest więc dużo krótszy niż w komorach typu otwartego. Osad pofermentacyjny przepompowywany jest okresowo do zbiornika magazynowego, a stamtąd, po odgazowaniu kierowany do odwadniania na prasach.
Kształty zamkniętych komór fermentacyjnych są bardzo różne, chociaż przeważają konstrukcje walcowe i jajowe (rys. poniżej)
Rys. Różne kształty komór WKF. a) ze stropem stałym, b) jajowe, c) ze stropem zatopionym, d) ze stropem pływającym. (źr. Pląsowski Z, Roman M. Konstrukcje budowlane w oczyszczalniach ścieków).
Największe konstrukcje komór to najczęściej walce ze stropem stożkowym, lub sferycznym, jak też supernowoczesne pod względem wyglądu komory jajowe. Na zdjęciu poniżej przedstawiam WKF-y z oczyszczalni ścieków Grosslappen w pobliżu Monachium.
Fot. Oczyszczalnia ścieków w Grosslappen k. Monachium, na zdjęciu komory fermentacyjne z wieżą techniczną
Rys. Przekrój pojedynczej komory w oczyszczalni jw.
Kształty komór są tak zaprojektowane, aby zapewnić trzy strefy pracy: dolną – zagęszczania osadu, środkową – fermentacyjną i górną, w której gromadzi się gaz. Ta ostatnia strefa ma zwykle mniejsza średnicę, aby powierzchnia gromadzącego się kożucha była jak najmniejsza. Kształt jajowy jest dość drogi w realizacji, ale pozwala na optymalne mieszanie wsadu. Komory jajowe są obecnie największymi konstrukcjami WKF. Ich objętość dochodzi do 15.000 m3.
Rys. Wydzielona komora fermentacyjna ze stałym stropem. Ozn. 1-doprowadzenie osadu surowego, 2- odprowadzenie osadu przefermentowanego, 3- usuwanie wody osadowej, 4- odprowadzenie wody osadowej ze studni zbiorczej, 5- recyrkulacja osadu, 6- odprowadzenie gazu pofermentacyjnego, 7- mieszadło, 8- zewnętrzny wymiennik ciepła (podgrzewacz osadu). (źr. M. Roman, Kanalizacja cz.2 „Oczyszczanie ścieków”)
Typowa komora ze stropem stałym pokazana jest na rys. powyżej. Osad surowy, po podgrzaniu w zewnętrznym wymienniku ciepła, podawany jest do komory w kilku punktach, na obwodzie, aby zapewnić od razu jego dobre wymieszanie z osadem częściowo przefermentowanym (szczepienie osadu). Dodatkowe wymieszanie zapewnia mieszadło mechaniczne lub hydrauliczne (o tym za chwilę), jak też recyrkulacja osadu w komorze. Osad dojrzały, przefermentowany, usuwany jest u dołu komory, osobnym przewodem do dalszej obróbki. Wydzielający się gaz zbierany jest w górnej części komory, pod stropem, gdzie utworzona jest kieszeń pozbawiona osadu i wody nadosadowej. Gaz usuwany jest zwykle pod ciśnieniem własnym do zewnętrznego zbiornika.
Rys. WKF ze stropem zatopionym. Ozn. 1- dzwon do zbierania gazu, 2- drewniana płyta, 3- zawór odcinający, 4- przewód osadu, 5- przewód płuczący.
Strop zatopiony – stosuje się w mniejszych oczyszczalniach, gdzie produkcja biogazu jest na tyle mała, że może on być w całości skonsumowany na miejscu i nie wymaga zewnętrznego zbiornika. Gaz fermentacyjny przechodzi swobodnie przez otwory w płycie do przestrzeni pomiędzy zwierciadłem wody, a górą komory. Przestrzeń górna komory jest połączona z dolną, umożliwiając stałe wahania zwierciadła wody, tym samym gromadzenie większej lub mniejszej ilości biogazu, w zależności od jego wahań w produkcji dobowej.
Rys. WKF ze stropem pływającym. Ozn. 1- dzwon gazowy, 2-dopływ od pompy, 3- mieszacz hydroelewatorowy, 4- dopływ świeżego osadu, 5- woda osadowa, 6- pobieranie próbek, 7- spust osadu przefermentowanego, 8- przewód gazu, 9- spust kondensatu.
Strop pływający – w Polsce w praktyce nie stosowany. Wahania ciśnienia gazu w górnej przestrzeni komory umożliwia tutaj mobilny strop, który pozwala na zmianę wysokości wypełnienia komory nawet w granicach 3m. Strop jest typu lekkiego z kratownicą pokrytą blachą.