Wiadomości wstępne
Odwadnianie osadów ściekowych na prasach filtracyjnych polega na ciśnieniowym wyciskaniu wody z osadu, z wykorzystaniem dodatkowo zdolności filtracyjnej warstwy osadu utworzonej na przegrodzie. Osad musi być wcześniej poddany kondycjonowaniu celem zwiększenia jego odporności na siły ściskające i ścinające. Do odwadniania mechanicznego osadu stosuje sie prasy:
- taśmowe, lub też filtracyjno-taśmowe
- komorowe, lub membranowo-komorowe
- bębnowo-ślimakowe, zwane też rotacyjnymi, lub śrubowymi
Prasa taśmowa
Fot. Prasa taśmowa firmy PROEKO
Posiada kilka stref pracy: strefę kondycjonowania osadu, grawitacyjnego odwadniania, klinowego ściskania, walcowo-taśmową strefę dociskania placka i na końcu strefę ścinania odwodnionego placka. Osad surowy w strefie kondycjonowania mieszany jest z polimerem i podawany początkowo odwadnianiu grawitacyjnemu na pierwszym pasie filtracyjnym. Następnie przechodzi do strefy drugiej, gdzie następuje jego stopniowe ściskanie w zmniejszającą się strukturę klina, aż do uzyskania małej grubości podłużnego placka. Placek ten przechodzi następnie przez kolejną sekcję, gdzie dociskany jest pomiędzy dwoma warstwami taśmy filtracyjnej napinanymi przez system wałków o zmniejszającej się średnicy. W ostatniej strefie taśmy filtracyjne rozchodzą się, a placek łamie się i opada grawitacyjnie do podstawionego kontenera. Powracające taśmy przed ponownym użyciem są myte wodą pod ciśnieniem.
Rys. Prasa taśmowa Esmil z zagęszczaczem osadu
Proces ten najlepiej zobaczyć na filmie.
Prasy taśmowe produkowane są o szerokościach taśm od 800-3000mm. Ich wydajność waha się od 2-30 m3/h. W ciągu godziny największe jednostki są w stanie wytworzyć do 1000 kg s.m. osadu i więcej, o zawartości wilgoci od 68-80% (osady ze ścieków komunalnych). zaletą pras taśmowych jest ich stosunkowo duża przepustowość i cicha praca. Wadą – dość szybkie zużycie taśm, oraz wymagana duża powierzchnia montażu.
Prasy ramowe, komorowe, i komorowo-membranowe
Rys. Prasa filtracyjna komorowa LVP 250.14 PP – 2
Prasy ramowe składają się z pionowo ustawionych płyt i ram o prostokątnej konstrukcji, zamocowanych na wspólnym wale i wyposażonych w tkaninę filtracyjną. Z dwóch płyt skrajnych, jedna jest nieruchoma, a druga wykonuje ruch posuwisty, powodując ściśnięcie płyt, aż do uzyskania całkowitej szczelności między nimi.
Zasada działania
Po ściśnięciu płyt, do prasy doprowadzany jest osad w części środkowej płyt i szczelnie wypełnia przestrzenie między nimi. Zawarta w osadzie woda przesącza się jednocześnie przez tkaninę filtracyjną. Tkanina posiada pory przepuszczające cząstki o wymiarach <0,1mm. Z drugiej strony tkaniny na płytach wykonane są specjalne rowki do odprowadzania filtratu, który ostatecznie odpływa z prasy osobnym zbiorczym kanałem. Ciśnienie w dalszym ciągu doprowadzanego osadu powoduje stopniowe zagęszczenie frakcji stałej na tkaninie, aż do uformowania placka.
Rys. Schemat działania prasy komorowej
Proces filtracji ograniczony jest czasowo, lub za pomocą czujnika ciśnieniowego, który wyłącza pompę osadu. W tym momencie płyty rozstają rozsunięte, a placek osadu opada grawitacyjnie do podstawionego kontenera lub na przenośnik taśmowy. Jego stopień odwodnienia jest bardzo duży, zawartość s.m. waha sie od 35-45%. Proces ten można zobaczyć na zamieszczonym filmie.
Rys. Budowa prasy ramowej
Po każdym procesie filtracji płyty i kanały dopływowe są czyszczone sprężonym powietrzem, a po 15-30 działaniach prasy myte są wodą pod ciśnieniem.
Prasy komorowe różnią sie od ramowych tym, że posiadają same płyty bez ram stalowych na obrzeżach. Płyty po dociśnięciu tworzą szczelną zabudowę, wewnątrz której znajdują się komory, do których wprowadzany jest za pomocą pompy osad. Poszczególne płyty rozdzielone są tkaniną filtracyjną, a za nią znajdują się wyżłobienia, którymi odpływa filtrat.
Oba typy pras pracują pod ciśnieniem 5-15 barów. Na rynku występują też pracy komorowo-membranowe, w których uzyskuje się dodatkowe odciśnięcie wody z placka dzięki zastosowaniu drugiego stopnia prasowania, za pomocą membrany. Membrana dociskana jest do wstępnie odwodnionego placka przez sprężone powietrze pod ciśnieniem 15-20 bar. Pozwala to na uzyskanie od 5-8% więcej s.m. niż w standardowej prasie komorowej.
Rys. Schemat działania prasy komorowo-membranowej
Prasa śrubowa (ślimakowa)
Prasy ślimakowe, zwane też bębnowo – ślimakowymi, lub śrubowymi, wykorzystują do odwadniania osadów specjalnie uformowany ślimak o zmiennym skoku, poruszający się z małą prędkością wewnątrz perforowanego bębna. Osady przemieszczane są w przestrzeni pomiędzy zwojami ślimaka, a ściankami bębna i ulegają stopniowemu sprężeniu w wyniku zagęszczania zwojów.
Rys. Schemat działania prasy śrubowej MDQ-353 firmy EKOTON.
Fot. Prasa śrubowa MDQ-353 firmy EKOTON, widok na bęben talerzowe z dyszami płuczącymi.
Powyżej na schemacie i zdjęciu prasa śrubowa z bębnem wykonanym w postaci szeregu talerzy, z których część jest ruchoma, a część zamocowana na stałe. Podczas obrotu śruby, talerze ruchome mają stały kontakt ze zwojami ślimaka i są przez niego wypychane. Powoduje to efekt samoczyszczący bębna (przestrzenie między talerzami są w ciągłym ruchu). Pozostające na ich powierzchni zanieczyszczenia są okresowo spłukiwane wodą pod ciśnieniem, przez szereg zamocowanych dysz. Prasa taka działa w sposób ciągły, zdolność do odwadniania jest mniejsza niż w przypadku pras taśmowych i komorowych. Z badań prowadzonych na czynnych instalacjach wynika, ze zawartość suchej masy w odwodnionym osadzie wynosi od 17-18%.
Prasa śrubowa może pracować w układzie horyzontalnym, lub lekko nachylonym do poziomu. To drugie rozwiązanie stosowane jest np. w firmie HUBER (wirówka Q-PRESS). W modelu na rys. zobaczymy też inny zarys samej śruby. Nie ma ona zmiennego skoku, a stożkowy zarys wału śrubowego, który systematycznie zwęża się w strefie narastającego ciśnienia. Sam bęben nie posiada talerzy, tylko wykonany jest w postaci klatki i poprzecznych szczelinach, która okresowo jest spłukiwana wodą przez system dysz ciśnieniowych.
Rys. Prasa śrubowa firmy HUBER.
Zasada działania pokazana jest na filmie
Prasa tłokowa
Jest rozwiązaniem firmy BUCHER i jako jedyna na rynku pozwala usuwać wodę z osadów do granicy ich odwadnialności. Producentem pras jest firma Bucher Unipektin AG ze Szwajcarii, a ich wyłącznym dystrybutorem na terenie Polski firma Proffico. Pierwszymi zrealizowanymi w Polsce inwestycjami z zakresu odwadniania osadów ściekowych z wykorzystaniem pras tłokowych Bucher są instalacje w Radomiu i Puławach.
Głównym elementem prasy jest cylinder oraz tłok. Pomiędzy tłokiem a cylindrem umiejscowione są specjalne dreny odprowadzające filtrat do kanalizacji. Mieszanina osadów z flokulantem doprowadzana jest do cylindra przy użyciu pompy ślimakowej, wypełniając wolną przestrzeń pomiędzy drenami. Wielkość cylindra oraz ilość drenów (w tym powierzchnia filtracji) decyduje o wydajności prasy.
Zasada działania jest identyczna jak w silnikach tłokowych, gdzie następują cykliczne fazy sprężu i rozprężu, z tą różnicą, że tłok z cylindrem dodatkowo obraca się wokół własnej osi z prędkością ok. 6 obrotów na minutę a pustą przestrzeń w cylindrze wypełniają osady. Ciśnienie w komorze ściskania wynosi zwykle ok. 5 bar i jest wytwarzane poprzez docisk tłoka, spowodowany pracą siłownika hydraulicznego. Dreny zostały tak zaprojektowane, aby w trakcie tłoczenia (sprężu) wciskały się w osad, odprowadzając w ten sposób nadmiar odcieku. Każdy z drenów składa się z rowkowanego rdzenia wykonanego z poliuretanu, zapewniając elastyczność przez okres ok. 12 tysięcy godzin pracy. Na rdzeń nasunięta jest tkanina filtracyjna, przez którą odpływa odciek z osadów. Trwałość tkaniny zwykle kształtuje się na poziomie 2,5 tysiąca godzin pracy. Wymiana tkanin filtracyjnych jest nadzwyczajnie prosta i polega na odłączeniu drenu, naciągnięciu nowej tkaniny i ponownym założeniu drenu. Prace mogą być wykonywane przez personel techniczny eksploatatora.
Fazy pracy prasy tłokowej
Całkowity efekt odwadniania na prasach Buchera zależy tylko i wyłącznie od granicy odwadnialności danego osadu, która z kolei jest związana z jego charakterystyką. Poniższy wykres pokazuje spodziewane efekty odwadniania osadu na prasach tłokowych, wirówkach i prasach taśmowych. Prasy Buchera są tutaj bliskie górnej granicy odwadniania (linia przerywana). Warto też zauważyć, że im bardziej zaawansowany proces przeróbki osadów, tym różnice w poszczególnych rozwiązaniach są coraz większe.
Prasy tłokowe Buchera wykazują hałas przy działaniu na poziomie 85dB. Są niemal bezodorowe, z uwagi na zamknięty charakter procesu. Jedyny zapach pojawia się tylko podczas wyładunku suchej masy, który trwa około 8 minut. Nawet wtedy, ze względu na bardzo wysoki proces odwodnienia placki osadu mają zapach ziemisty. Dodatkowym atutem pras są bardzo niskie zawartości zawiesiny w odcieku na poziomie max 100mg/litr, co jest zdecydowanie najniższą wartością ze wszystkich metod oczyszczania. Pamiętajmy, że w zawiesinie jest zawarte około 90% fosforu. Przy złej jakości odcieku duża ilość fosforu trafia ponownie do oczyszczalni ścieków, co podwyższa ogólne koszty eksploatacyjne oczyszczalni. Osady po prasach tłokowych mają postać sypkiej ziemi w formie małych granulek w związku z tym, aby zapewnić ich poprawny transport, współczynnik napełnienia przenośników ślimakowych nie powinien być większy niż 30%.
Wadą pras tłokowych są ich wysokie koszty zakupu, często niedostępne dla mniejszych oczyszczalni. Innymi problemami są też dość duże gabaryty, konieczność zapewnienia wykwalifikowanej obsługi oraz stabilność procesu flokulacji zapewniająca nadawę o zawartości s.m. > 2%.