Wiadomości wstępne
Odwadnianie mechaniczne osadów ściekowych usuwa z nich wodę wolną i wodę kapilarną, i prowadzone jest z wykorzystaniem metod takich jak:
- wirówki
- prasy filtracyjne
- filtry próżniowe
- procesy termiczne
Odwadnianie mechaniczne wymaga w pierwszej kolejności tzw. kondycjonowania osadów. Proces ten ma na celu obniżenie oporu właściwego w osadach, tym samym poprawienie ich zdolności do agregacji i tworzenia kłaczków, które łatwiej potem wytrącić w procesach mechanicznego zagęszczania. Obniżenie oporu właściwego osiąga się zwykle poprzez dodanie przed procesem mechanicznego odwadniania polimerów (np. poliakrylamidów), zwanych też flokulantami organicznymi. Są to wielkocząsteczkowe związki sprzyjające procesom aglomeracji drobnych cząstek koloidalnych w osadach, dodatkowo wytwarzających większą ich odporność na siły ścinające i ściskające.
Kondycjonowanie osadów za pomocą polimerów nosi nazwę chemicznego. W praktyce można też stosować metody fizyczne, stosując ultradźwięki, lub metody termiczne (tzw. termokondycjonowanie osadów). W tej ostatniej metodzie osady poddaje się w pierwszej kolejności obróbce termicznej poprzez podgrzanie ich do temperatury 120-150C, co powoduje ścięcie zawartych w nich białek. Rozwiązanie takie jest szczególnie skuteczne dla osadów surowych, bowiem powoduje dodatkowo ich dezynfekcję.
Kondycjonowanie osadów jest osobnym etapem ich obróbki i będzie omówione w innym artykule, poniżej skupię się tylko na zachodzącym po nim procesie mechanicznego odwadniania przy użyciu wirówek i pras filtracyjnych.
Wirówki
Wykorzystują w procesie przyspieszonej sedymentacji działanie siły odśrodkowej. Siła ta jest od 1000-3000 razy większa od siły przyspieszenia ziemskiego. Skuteczność odwaniania określana jest poprzez parametr zwany współczynnikiem rozdziału R, który określa stosunek suchej masy w osadzie odwodnionym do suchej masy osadu w osadzie doprowadzanym do wirówki
Wymaga się, aby współczynnik ten wynosił ponad 95%. Przy mniejszych wartościach osad zawarty w odcieku z wirówki i zawracany z powrotem do oczyszczalni ścieków, powoduje duże problemy w jej funkcjonowaniu. Z badań wynika, że przy braku kondycjonowania osadów nigdy nie uzyskuje się wymaganego współczynnika rozdziału. Do kondycjonowania w wirówkach stosowane są na ogół polimery kationowe w dawce 3-8 g/kg s.m. Polimery wprowadza się do rurociągu dopływowego, bezpośrednio przed wirówką.
Budowa wirówki
Do odwaniania osadów stosuje się głównie wirówki o budowie walcowo-stożkowej (rys.).
Rys. Wirówka walcowo-stożkowa o pracy poziomej.
Wirówki powyższe mogą pracować w układzie horyzontalnym (poziomo). Wewnątrz konstrukcji znajduje się zwężający się stożkowo cylinder z obracającym się ślimakiem. Oba elementy (cylinder i ślimak), obracają się w tym samym kierunku, ale w nieco innym tempie. Ślimak obraca się o kilka % szybciej. Różnica tych dwóch prędkości nosi nazwę różnicowej i decyduje o stopniu odwodnienia osadu. Sam osad (tzw. nadawa) doprowadzany jest przewodem w osi wirówki do wnętrza pustego wału. Wał w części środkowej posiada otwory, którymi osad w wyniku siły odśrodkowej przedostaje się następnie do cylindra. Siła odśrodkowa wirówki odpycha na zewnątrz cylindra kłaczki osadu, a te zgarniane są następnie przez ślimak i przemieszczane do części stożkowej, gdzie w postaci placków odprowadzane są do podstawionego kontenera. Odciek (tzw. centrat) grawitacyjnie odpływa do osobnego zbiornika, skąd przepompowywany jest z powrotem do oczyszczalni, zwykle przed osadnik wstępny.
Fot. Wirówka dekantacyjna firmy Alfa Laval
Wirówki mogą ponadto pracować w układzie współprądowym, gdzie nadawa ma ten sam kierunek dopływu co odwodniony osad, jak i przeciwprądowym. To drugie rozwiązanie daje zwykle bardziej suchy placek.
Zaletą wirówek dekantacyjnych jest zamknięta budowa chroniąca operatora przed odorami i zanieczyszczeniem. Wadą dość duży hałas.