Wstępne oczyszczanie ścieków za pomocą systemów DAF

• 1. Oczyszczanie wstępne w oczyszczalniach ścieków
• 2. Podstawowe metody oczyszczania ścieków
• 3. Systemy DAF jako technologia wstępnego oczyszczania
• 4. Porównanie między dekantacją wstępną a flotacją z użyciem rozpuszczonego powietrza
• 5. Systemy DAF firmy SIDMADAF w oczyszczaniu wstępnym
• 6. Podsumowanie

1. Oczyszczanie wstępne w oczyszczalniach ścieków

Zarówno wody zasilające pozyskiwane ze źródeł powierzchniowych (rzeki, zbiorniki retencyjne i jeziora), jak i ścieki – zarówno komunalne, jak i przemysłowe – wymagają odpowiedniego oczyszczania przed wykorzystaniem, odprowadzeniem lub odzyskiem. Istotną częścią tego procesu jest oczyszczanie wstępne, zwane również oczyszczaniem pierwotnym, polegające na oddzieleniu cząstek stałych i większych zanieczyszczeń.

W zależności od źródła wody przeznaczonej do uzdatnienia etapy tego procesu mogą się różnić. Najczęściej stosowana obróbka składa się z pierwszego etapu oddzielania cząstek gruboziarnistych, po którym następuje drugi etap oddzielania cząstek drobnoziarnistych, co zazwyczaj odbywa się za pomocą systemów mechanicznych, takich jak kraty i sita. Końcowa wielkość filtracji zazwyczaj nie jest mniejsza niż 3 mm, dlatego konieczne jest zainstalowanie dodatkowego systemu oczyszczania, który usunie pozostałe cząstki stałe zawieszone w wodzie.

Po przeprowadzeniu tych procesów mających na celu usunięcie grubszych cząstek stałych zazwyczaj instaluje się systemy klarowania, które – w zależności od zastosowania – mogą wykorzystywać środki chemiczne do regulacji pH, sterylizacji oraz dodawania środków koagulujących i flokulujących. W takich przypadkach mówimy o procesach fizykochemicznych.

Niezwykle ważne jest, aby przeprowadzić prawidłowe oczyszczanie wstępne, aby kolejne etapy oczyszczania przebiegały prawidłowo.

2. Podstawowe metody oczyszczania ścieków

W oczyszczalniach ścieków stosuje się różne rodzaje oczyszczania wstępnego, które pozwalają zmniejszyć zawartość zawiesin do poziomów dopuszczalnych dla procesów oczyszczania wtórnego i trzeciorzędowego.

W przypadku oczyszczalni ścieków komunalnych instaluje się osadniki wstępne, czyli zbiorniki sedymentacyjne, w których cząstki stałe są oddzielane na podstawie gęstości i prędkości unoszenia się, bez dodatkowego stosowania odczynników. Zbiorniki te mają kształt okrągły i są wyposażone w system zbierania materiałów pływających za pomocą zgarniacza powierzchniowego, a także w zgarniacze denne, które oddzielają osadzone cząstki stałe; w takich przypadkach stopień separacji SS zazwyczaj nie przekracza 60–65%, a redukcja ChZT rzadko przekracza 40%.

Wymiary tych urządzeń dobiera się na podstawie prędkości unoszenia wynoszącej 0,5–2^m³/m²/h oraz czasu retencji wynoszącego około 1,5–3 godzin. Powstały osad składa się z osadu pływającego i osadu dennego, które ulegają szybkiemu rozkładowi. Szlam ten jest zazwyczaj mieszany z osadem czynnym pochodzącym z oczyszczania wtórnego, a następnie kierowany do komory fermentacyjnej tlenowej lub beztlenowej, której wybór zależy od ilości i rodzaju wytworzonego szlamu.

Schemat pierwszego oddzielacza 

W stacjach uzdatniania wody pitnej pochodzącej ze źródeł powierzchniowych (rzek, jezior, zbiorników wodnych itp.) po mechanicznym oddzieleniu cząstek stałych przeprowadza się również proces klarowania, jednak w tym przypadku stosuje się uzdatnianie fizykochemiczne.

Podczas samego poboru wody zwykle dodaje się środek odkażający (NaOCl,_Cl₂ itp.) w celu wyeliminowania mikroorganizmów obecnych w naturalnych wodach powierzchniowych. Następnie przeprowadza się koagulację substancji koloidalnych, z których wiele ma charakter organiczny, w tym celu dodaje się środki takie jak_FeCl3 lub_Al2(_SO4). Odpowiednią regulację pH przeprowadza się za pomocą kwasu lub zasady, aby zoptymalizować wydajność procesu.

Koagulacja koloidów odbywa się w komorze mieszanej z dużą prędkością. Następnie dodaje się środek flokulujący typu polielektrolitu, czyli polimer, który aglutynuje powstałe skrzepy, tworząc chmury puszystych cząstek stałych (floków). Komora flokulacyjna jest większa niż komora koagulacyjna, a stosowane mieszadła pracują z małą prędkością, co pozwala uniknąć rozbicia powstałych floków.

Powstałe osady będą miały tendencję do osiadania (dekantacji) lub unoszenia się na powierzchni, w zależności od ich gęstości i rodzaju.

Do sedymentacji można również zastosować dekantery statyczne lub lamelowe.

Dekantatory lamelowe są projektowane z prędkościami wznoszenia znacznie wyższymi niż w przypadku urządzeń konwencjonalnych (nawet pięciokrotnie większymi), ponieważ ich wymiary ustala się na podstawie powierzchni rzutowej lameli, a czas przebywania cząstek w urządzeniu zazwyczaj nie przekracza 1 godziny. Wynikają z tego następujące zalety:

• Zmniejszenie zajmowanej powierzchni
• Konstrukcja urządzeń w oparciu o wyniki przeprowadzonych badań typu Jar test.

W niektórych przypadkach można również skorzystać z systemów pływania:

• W przypadku obecności olejów i tłuszczów, środków powierzchniowo czynnych oraz innych lekkich zanieczyszczeń.
• Gdy kłaczki mają tendencję do unoszenia się na powierzchni, jak na przykład w zakładach odsalania wody morskiej, gdzie często występują glony, materiał biologiczny pochodzenia morskiego, a nawet wycieki węglowodorów.
• W przypadku stosowania procesów dodatkowych, takich jak odwrócona osmoza czy ultrafiltracja, wymagana jest woda zasilająca o wysokiej jakości (o niskim stopniu zmętnienia, niskiej zawartości substancji organicznych, wolna od olejów i tłuszczów oraz odpowiednio wysterylizowana), która zapobiega zatorom, osadzaniu się kamienia i tworzeniu się biofilmu – zjawiskom ograniczającym wydajność tych procesów do tego stopnia, że stają się one nieefektywne.

Dzięki klarowaniu metodą flotacji można zmniejszyć zajmowaną powierzchnię i poprawić skuteczność oddzielania zawiesin stałych, która może przekraczać 90%, przy czym tworzy się warstwa osadu o wyższym stężeniu (3–4%) niż w osadnikach pierwotnych, gdzie stężenie to zazwyczaj nie przekracza 1%.

Należy pamiętać, że zjawisko pływalności wiąże się z doprowadzeniem powietrza, co powoduje dodatkowe zużycie energii.

Jeśli chodzi o oczyszczalnie ścieków przemysłowych (EDARI), różnorodność ścieków jest tak samo duża jak różnorodność gałęzi przemysłu, dlatego w każdym przypadku należy dobrać najbardziej odpowiednią metodę wstępnego oczyszczania.

Zazwyczaj ścieki przemysłowe gromadzi się w zbiorniku wyrównawczym, aby uzyskać jak najbardziej równomierny i stały przepływ, ponieważ ścieki z tej samej fabryki mogą się znacznie różnić. Czasami jednak wskazane jest ich rozdzielenie w celu poddania ich oddzielnej obróbce.

Pierwsze etapy wstępnego oczyszczania tych ścieków mają na celu usunięcie najgrubszych cząstek i większych cząstek stałych. Proces ten odbywa się przed doprowadzeniem ścieków do zbiornika wyrównawczego, aby zapobiec problemom mechanicznym w pozostałej części instalacji. Ze względu na wahania składu chemicznego występujące w procesach przemysłowych często konieczne jest również dostosowanie pH, aby proces koagulacji i flokulacji przebiegał bardziej efektywnie.

3. Systemy DAF jako technologia wstępnego oczyszczania

W przypadku ścieków przemysłowych, w których zanieczyszczenia mają zazwyczaj mniejszą gęstość niż woda, flotacja z użyciem rozpuszczonego powietrza (DAF) stanowi najbardziej odpowiednie rozwiązanie ze względu na wysoką wydajność oraz niewielką powierzchnię wymaganą do jej instalacji.

Technologia DAF opiera się na doprowadzaniu sprężonego powietrza (0,15–0,30 kg powietrza na kg TSS) pod ciśnieniem 5–7 barów do części wody oczyszczonej poddanej recyrkulacji (ok. 10–25% całości).

Kabina pojazdu DAF dzieli się na dwie strefy:

• Strefa czołowa, zwana również strefą reakcji, w której dochodzi do kontaktu zawieszonych kłaczków z wprowadzanymi pęcherzykami powietrza, które mają je wychwycić.
• Strefa separacji i klarowania, w której pęcherzyki powietrza pełnią funkcję rozdzielania kłaczków, wyrzucając je na powierzchnię w wyniku flotacji. Pomiędzy obiema strefami zamontowano przegrodę, aby oddzielić warunki pracy.

Schemat oczyszczania z wykorzystaniem flotacji powietrzem rozpuszczonym (DAF)

Woda oczyszczona jest odprowadzana z dna zbiornika sedymentacyjnego. Proces ten powoduje, że skupiska pęcherzyków i kłaczków, które nie wypływają na powierzchnię, są wypłukiwane wraz z wodą oczyszczoną.

4. Porównanie między dekantacją pierwotną a flotacją z użyciem rozpuszczonego powietrza

W porównaniu z dekantacją wstępną flotacja z wykorzystaniem rozpuszczonego powietrza ma szereg zalet, które przedstawiono poniżej:

1. Większa wydajność: Flotacja z wykorzystaniem rozpuszczonego powietrza jest bardziej wydajna niż wstępne sedymentowanie w usuwaniu zawiesin, tłuszczów i olejów. 
2. Mniejsze zapotrzebowanie na przestrzeń: Flotacja powietrzem rozpuszczonym wymaga mniej miejsca niż sedymentacja wstępna ze względu na większą wydajność i krótszy czas przebywania. 
3. Większa elastyczność: Flotacja z wykorzystaniem rozpuszczonego powietrza jest bardziej elastyczna niż wstępne sedymentowanie pod względem wydajności oczyszczania i zmienności jakości wody. 

Jednak, podobnie jak każdy proces, ma on również pewne wady. Niektóre z wad flotacji powietrzem rozpuszczonym to:

1. Koszt: Flotacja powietrzem rozpuszczonym może być kosztowna ze względu na konieczność stosowania specjalistycznego sprzętu oraz złożoność procesu. 
2. Zapotrzebowanie na energię: Flotacja z wykorzystaniem rozpuszczonego powietrza wymaga znacznej ilości energii do wytworzenia pęcherzyków powietrza niezbędnych do przeprowadzenia procesu. 
3. Konieczność stosowania środków chemicznych: Bardzo często w procesie flotacji z użyciem rozpuszczonego powietrza konieczne jest dodanie środków chemicznych, aby ułatwić oddzielenie cząstek stałych od wody. 

Tabela porównawcza technologii klarowania w oczyszczaniu wstępnym        

Technologia	Przepływ pionowy (m³/m²/h)	Czas zatrzymania (hr)	Redukcja SS (%)	Redukcja Redukcja DQO (%)	Redukcja % Zawartość kwasów tłuszczowych i tłuszczów
Osadzanie Wstępna (oczyszczalnia ścieków)	0,5 – 1	1 -2	60–70	25–40	40–50
Dekantacja lamelarna	3 – 5	0,5 – 1	80–90	30–40	50–60
Flotacja DAF	5 – 20	– 1	90–95	30–50	90–99

5. Systemy DAF firmy SIDMADAF w procesach oczyszczania wstępnego

SIGMADAF oferuje różne modele systemów DAF do wstępnego oczyszczania.

Modele FPHF/FPBC charakteryzują się wyższym współczynnikiem obciążenia hydraulicznego, są wyposażone w łopatki usprawniające proces separacji oraz mają mniejszą powierzchnię flotacyjną.                                           

Kompaktowy model FPBC składa się ze zbiornika stalowego lub plastikowego przeznaczonego do mniejszych wydajności, w zakresie od 10 do 250 m³/h, natomiast kompaktowy model FPHF to urządzenie o większej wydajności, w zakresie od 300 do 1000 m³/h, wyposażone w zbiornik stalowy.

Urządzenie FPBC-CW ze zbiornikiem z betonu zbrojonego może przetwarzać przepływy od 500 do 3500 m³/h.

Todos estos modelos pueden construirse en tanques de acero recubiertos con recubrimiento epoxi especial o revestimiento interno de PRF. Los tanques de plástico (PP) son empleados para capacidades más pequeñas (< 250 m3/h), o en tanques RCC si la capacidad de tratamiento supera los límites de las unidades compactas construidas en tanque de acero.

Technologia różnicowa zastosowana w urządzeniu FPBC polega na wykorzystaniu pakietu lamel działających w trybie przeciwprądowym, przy czym woda przepływa w zbiorniku w dół, przez lamy. Zapewnia to równomierny rozkład wody i poprawia przyleganie pęcherzyków powietrza do zawieszonych cząstek stałych w miarę przepływu wody przez kanały rury lamelowej. Płytki są typu przeciwprądowego, z dużym odstępem między płytkami wynoszącym 80 mm i nachyleniem 60º. Lżejsze cząstki są oddzielane przez flotację w pierwszej sekcji pakietu płytek, a cięższe cząstki są oddzielane ze stosunkowo wysoką wydajnością na płytkach w miarę przepływu wody w dół. Ciała stałe, które wypłynęły na powierzchnię, tworzą pianę w górnej części zbiornika, która jest usuwana za pomocą zgarniacza powierzchniowego, podczas gdy osady na dnie są usuwane za pomocą skimmera na dnie zbiornika w przypadku zbiornika RCC lub za pomocą przenośnika ślimakowego w przypadku kompaktowej jednostki ze zbiornikiem stalowym lub plastikowym.

które są usuwane za pomocą zgarniacza powierzchniowego, natomiast osady z dna są usuwane za pomocą skimmera umieszczonego na dnie zbiornika – w przypadku zbiornika z betonu zbrojonego – lub za pomocą przenośnika ślimakowego – w przypadku kompaktowej jednostki ze zbiornikiem stalowym lub plastikowym.       

W procesach oczyszczania wstępnego, przy zastosowaniu flotatorów z rozpuszczonym powietrzem firmy SIGMADAF, wykorzystujących listwy lub płyty rozdzielające, osiąga się prędkości wznoszenia przekraczające 30^m³/m²/h, co daje wyobrażenie o oszczędności miejsca w porównaniu ze statycznymi lub lamelowymi osadnikami wstępnymi.

6. Podsumowanie

Procesy wstępnego oczyszczania lub wstępnej obróbki w oczyszczalniach ścieków, zarówno ścieków komunalnych, jak i wody pitnej, mają ogromne znaczenie dla doboru wielkości i wydajności całej instalacji.

Flotacja z wykorzystaniem rozpuszczonego powietrza (DAF) stanowi najlepsze rozwiązanie do oddzielania zawiesin (TSS) w większości ścieków przemysłowych oraz w przypadku wody pitnej, ze względu na jej niezwykłą skuteczność w redukcji substancji koloidalnych, olejów, detergentów i innych zanieczyszczeń o niskiej gęstości, które w przypadku przedostania się do kolejnych etapów oczyszczania mogą powodować problemy mechaniczne, takie jak zatory i zanieczyszczenie rur, urządzeń oraz mediów filtracyjnych, takich jak membrany RO i UF. SIGMADAF oferuje rozwiązania najlepiej dostosowane do każdego przypadku.

Bibliografia i źródła

Metcalf-Eddy. Wydawnictwo Labor S.A.   

Schemat oczyszczalni typu DAF. | Pobierz schemat naukowy