1
Wykład 1
Systemy oczyszczania ścieków i
oczyszczalnie ścieków.
Kraty, stacje krat.
Piaskowniki.
1
Systemy oczyszczania ścieków
System oczyszczania ścieków jest to zespół procesów do
oczyszczania ścieków o określonych parametrach
technicznych i technologicznych oraz kolejność ich
stosowania.
Oczyszczalnia ścieków to zespół współpracujących ze sobą
obiektów i urządzeń przeznaczonych do usuwania
zanieczyszczeń ze ścieków.
W skład oczyszczalni wchodzą:
-urządzenia do oczyszczania ścieków
-obiekty i urządzenia do przeróbki i unieszkodliwiania
wydzielonych ze ścieków zanieczyszczeń, kontroli i
sterowania procesami, dostawy energii, wody, sprężonego
powietrza itp.
2
Podział systemów do oczyszczania ścieków
1. Systemy dla ścieków sanitarno-bytowych i miejskich:
-
indywidualne
- do 5 m
3
/d
-
małe
- 5 m
3
/d ÷ 14999 RLM
-
średnie
- 15000 RLM ÷ 99999 RLM
-
duże
- powyżej 100000 RLM
2. Systemy dla ścieków przemysłowych
3. Systemy dla ścieków deszczowych
4. Systemy dla wód rzecznych
3
Podział oczyszczalni
1. Podział ze względu na rodzaj oczyszczanych ścieków:
- oczyszczalnie o przewadze ścieków bytowo-gospodarczych
- oczyszczalnie ścieków przemysłowych
- oczyszczalnie ścieków deszczowych
- oczyszczalnie rzeczne
2. Podział ze względu na wielkość terenu obsługiwanego
przez oczyszczalnię:
- oczyszczalnie miejscowe
- oczyszczalnie grupowe – przyjmują ścieki z kilku systemów
kanalizacyjnych (minimum 2 jednostki osadnicze)
4
Podział oczyszczalni
3. Podział ze względu na rodzaje procesów:
- oczyszczalnie mechaniczne – wykorzystanie procesów
cedzenia, rozdrabniania, sedymentacji i flotacji,
- oczyszczalnie mechaniczno-biologiczne – procesy
mechaniczne i biologiczne,
- oczyszczalnie mechaniczno-chemiczne – procesy
mechaniczne i fizykochemiczne (koagulacja, sorpcja,
zobojętnienie, utlenianie, redukcja)
5
Oczyszczalnie miejscowe i grupowe
Miejscowe:
-indywidualne (przydomowe) - do 5 m
3
/d
-małe
- 5 m
3
/d ÷ 14999 RLM
-średnie
- 15000 RLM ÷ 99999 RLM
-duże
- powyżej 100000 RLM
Grupowe:
-okręgowe – obsługujące kilka sieci kanalizacyjnych
-regionalne – obsługujące region przemysłowy,
-transregionalne – obsługujące kilka regionów
przemysłowych
6
2
Stopnie oczyszczania ścieków
I stopień – oczyszczanie wstępne – usuwanie ciał stałych,
pływających i wleczonych, zawiesin łatwo opadających,
olejów, tłuszczów podatnych na wydzielanie;
efektywność:
zawiesiny łatwo opadające – 90%,
zawiesiny 60-70%,
BZT
5
– 25-40%,
N
og
– 10-20%, P
og
– 5-15%;
II stopień – oczyszczanie biologiczne (niepełne – usunięcie
BZT
5
< 85%, pełne – usunięcie BZT
5
90-95%) lub
równorzędne chemiczne;
III stopień – usuwanie substancji biogennych azotu i fosforu;
IV stopień – usuwanie ze ścieków związków refrakcyjnych
metodami chemicznymi i fizyko-chemicznymi.
7
Sprawność usuwania zanieczyszczeń
Wskaźnik
Oczyszczalnia
mechaniczna
Oczyszczalnia
mechaniczno – biologiczna
z usuwaniem związków
biogennych.
Zawiesina
og
40 – 70
85 – 95
BZT
5
25 – 40
75 – 95
Azot og
10 – 20
35 – 85
Fosfor og
5 – 15
40 – 90
8
Kryterium wyboru systemu
oczyszczania ścieków
- warunki odprowadzania ścieków do odbiornika,
- rodzaj ścieków (rodzaj zanieczyszczeń),
- ładunek zanieczyszczeń,
- charakterystyka potencjalnych odbiorników ścieków,
- zagospodarowanie terenu,
- warunki gruntowo – wodne,
- dostępność urządzeń mechanicznych i sprzętu.
9
Warunki odprowadzania ścieków do
odbiornika
Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 26 lipca 2006 r.
w sprawie warunków, jakie należy spełnić przy
wprowadzaniu ścieków do wód lub do ziemi oraz w sprawie
substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego
(Dz.U. 2006, Nr 137 poz. 984).
Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 28 stycznia
2009 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków,
jakie należy spełnić przy wprowadzaniu ścieków do wód lub
do ziemi, oraz w sprawie substancji szczególnie szkodliwych
dla środowiska wodnego (Dz.U. 2009, Nr 27 poz. 169).
10
Warunki odprowadzania ścieków do
odbiornika
Oczyszczone ścieki komunalne wprowadzane do wód lub do
ziemi nie powinny przekraczać dopuszczalnych wskaźników
zanieczyszczeń lub powinny spełniać minimalny procent
redukcji zanieczyszczeń.
* - w ściekach wprowadzanych do jezior i ich dopływów
11
+ajwyższe dopuszczalne wartości
wskaźników zanieczyszczeń lub % redukcji
Nazwa
Jedn.
RLM
< 2000
2000 -
14999
15000 -
99999
> 100000
BZT
5
mg/dm
3
%
40
-
25
70 – 90
15
90
15
90
ChZT
mg/dm
3
%
150
-
125
75
125
75
125
75
Zawiesina
og.
mg/dm
3
%
50
-
35
90
35
90
35
90
N
og
mg/dm
3
%
30*
-
15*
35
15
80
10
85
P
og
mg/dm
3
%
5*
-
2*
40
2
85
1
90
12
ఐ
ֵ◌
3
Systemy indywidualne (SI)
Przeznaczone są do unieszkodliwiania ścieków
odprowadzanych z wolnostojących domów, niepołączonych
do systemu kanalizacyjnego oraz obiektów zbiorowej obsługi
mieszkańców.
Przepustowość do 5 m
3
/d, ok. 30-60 RLM,
W przypadku odprowadzania ścieków do wód wymagany jest
system dwustopniowego oczyszczania mechaniczno-
biologicznego : I stopień – osadnik wstępny-gnilny, II stopień
– filtry piaskowe, systemy glebowo – roślinne i wodno –
roślinne, osad czynny, złoża biologiczne
Przy odprowadzaniu ścieków do gruntu – system
jednostopniowy (oczyszczanie mechaniczne w osadniku
gnilnym)
13
Systemy małe (SM)
W grupie tej mieszczą się indywidualne systemy oczyszczania
orz oczyszczalnie ścieków komunalnych o przepustowości od
5m
3
/d do 15000 RLM, odpowiada to obiektom o wielkości do
ok. 2200 m
3
/d
.
Wymagany jest system dwustopniowego, mechaniczno –
biologicznego oczyszczania ścieków.
14
Systemy o wielkości do 1999 RLM
Odbiornikiem ścieków są wody powierzchniowe.
Wymagane jest dwustopniowe oczyszczanie:
I stopień mechaniczny: krata, osadnik wstępny –gnilny, typu
Imhoffa,
II stopień biologiczny: filtry piaskowe, systemy glebowo-
roślinne, konwencjonalne urządzenia osadu czynnego, złoża
biologiczne.
15
Systemy o wielkości 2000 – 9999 RLM
Odbiornikiem ścieków są wody powierzchniowe.
Wymagany jest system dwustopniowy:
I stopień: kraty czyszczone mechanicznie lub kraty rzadkie
i sita, piaskowniki pionowe lub pionowo-wirowe, osadniki
wstępne (typu Imhoffa, pionowe) (jako wariant) (gdy niskie
jest stężenie zawiesin w ściekach surowych, przed
reaktorami SBR, rowami cyrkulacyjnymi)
II stopień: konwencjonalne urządzenia osadu czynnego np.
reaktory SBR (do 5000 RLM) lub komory osadu czynnego,
złoża biologiczne, hybrydowe systemy (złoża biologiczne +
osad czynny), filtry piaskowe, systemy glebowo-roślinne
lub wodno-roślinne
16
Systemy o wielkości 10000 – 14999 RLM
Odbiornikiem ścieków są wody powierzchniowe.
Wymagany jest system dwustopniowy, ze średnią redukcją
związków biogennych:
-klasyczne metody biologicznego oczyszczania ścieków,
umożliwiają usunięcie Nog 30-40% i Pog 20-30%,
-wielofazowe systemy osadu czynnego z biologicznym
usuwaniem N i P,
-rozwiązania hybrydowe, złożone ze złóż biologicznych i
osadu czynnego.
17
Systemy średnie
o wielkości 15000 – 99999 RLM
Wymagany jest dwustopniowy system oczyszczania z
usuwaniem związków biogennych.
Usuwanie azotu realizowane jest zawsze biologicznie.
Usuwanie fosforu – metody kombinowane – biologiczne i
chemiczne (końcowe lub symultaniczne)
18
ఐ
ֵ◌
4
Systemy duże powyżej 100000 RLM
Ścieki odprowadzane do wód powierzchniowych.
Wymagany jest trójstopniowy system oczyszczania z
usuwaniem związków biogennych.
I stopień – mechaniczny – usuwanie zawiesiny łatwo
opadającej,
II stopień – biologiczny – usuwanie substancji
rozpuszczonych, organicznych i biogennych,
III stopień – usuwanie resztkowych zawiesin- filtracja lub
strącanie chemiczne.
19
Kraty. Stacje krat.
Zasady projektowania.
20
Kraty
Na kratach ma miejsce proces cedzenia przez przegrodę
perforowaną.
W kratach przegrodę stanowi najczęściej rząd prętów,
ustawionych w poprzek kanału. Odległość pomiędzy prętami
nazywa się prześwitem.
Zadaniem krat jest usuwanie zanieczyszczeń w postaci stałej,
o dużych rozmiarach, wleczonych po dnie kanału i
pływających.
Zanieczyszczenia zatrzymane na kratach noszą nazwę
skratek.
21
Zastosowanie krat
Do ochrony pompowni, gdy pompy nie są przystosowane do
wielkości zanieczyszczeń dopływających ze ściekami.
Na początku układu technologicznego oczyszczalni, gdy ścieki
nie były wcześniej pozbawione skratek, dla oczyszczalni o
przepustowości > 300 m
3
/d
Na kanałach awaryjnych, jeśli ścieki nie były wcześniej
poddawane procesowi cedzenia.
Efekt oczyszczania na kratach zależy od charakterystyki
przegrody (prześwitu) i rodzaju usuwanych zanieczyszczeń.
W odniesieniu do ścieków miejskich dla krat nie uwzględnia
się ubytku zanieczyszczeń mierzonych jako zawiesiny i
BZT
5
22
Podział krat
1. W zależności od wielkości prześwitu:
-rzadkie (> 40 mm),
-średnie (20 – 40 mm),
-gęste (< 20 mm).
2. W zależności od rodzaju prętów
-stałe – o prętach nieruchomych,
-ruchome – o prętach ruchomych.
3. Ze względu na sposób czyszczenia krat:
-czyszczone ręcznie (V
SKRATEK
< 0,2 m
3
/d),
-czyszczone mechanicznie.
23
Podział krat
KRATY
STAŁE
RUCHOME
PŁASKIE
ŁUKOWE
KOSZOWE
BĘBNOWE
SCHODKOWE
HAKOWE
TAŚMOWE
WORKOWE
24
ඐʺ
5
Kraty stałe płaskie czyszczone ręcznie
Kat nachylenia prętów 30-45
o
Czyszczenie kraty za pomocą
grabi,
Stosowane gdy V
SKR
<0,2m
3
/d
Skratki zgarniane są na ruszt
ociekowy, a po odsączeniu
nakłada się na środek
transportu
25
Kraty stałe płaskie czyszczone ręcznie
26
Kraty stałe płaskie
czyszczone mechanicznie
Czyszczenie krat odbywa się za pomocą zbieraka palcowego
(zgarniacza zgrzebłowego)
Cykl czyszczenia:
1. ruch w dół – zbierak
jest odchylony od pozycji
roboczej, nie dotyka
prętów kraty
2. ruch w górę, palce
zbieraka wchodzą miedzy
pręty kraty i wynoszą
skratki do góry,
3. w górnym położeniu
zbieraka płyta zgarniacza
zsuwa skratki
27
Podział krat stałych płaskich
W zależności od usytuowania zespołu czyszczącego kratę:
-współprądowe (zespół znajduje się po stronie napływu
ścieków),
- przeciw (zespół znajduje się po stronie przeciwnej),
28
Kraty stałe łukowe
Mogą być stosowane w małych i
średnich oczyszczalniach ścieków.
29
Kraty stałe koszowe
Mogą być stosowane w małych oczyszczalniach: w studzience
przed pompownią lub zbiorniku czerpalnym ścieków.
1. Rama kraty
2. Ruszt kraty
3. Kosz
4. Wciągarka elektryczna
5. Wciągarka ręczna
6. Odciąg linowy
7. Barierka
8. Obrotnica
30
ඐʺ
6
Kraty workowe
Ruch worków wywołuje rytmiczne przemieszczanie
nagromadzonych w nich ciał powodując rozdrabnianie i
wypłukiwanie ciał stałych organicznych.
1. Wanna polietylenowa
2. Rynna wlotowa
3. Rura odpływowa
4. Uchwyty szczękowe
5. Naprężacze
6. Worek filtracyjny
7. Szyna mocująca
8. Mechanizm obrotowo -
wahadłowy
9. Wciągarka do usuwania
worków
10. Podest
11. Polietylenowa pokrywa
31
Kraty ruchome schodkowe
Laminy ruchome poruszają się mimośrodowo względem
lamin stałych i powodują unoszenie zanieczyszczeń ku
górze, na kolejne poziomy schodów, aż do momentu zrzutu
skratek.
32
Kraty ruchome schodkowe
Laminy ruchome poruszają się mimośrodowo względem
lamin stałych i powodują unoszenie zanieczyszczeń ku
górze, na kolejne poziomy schodów, aż do momentu zrzutu
skratek.
33
Kraty taśmowe
Segmentowa taśma szczelinowa wyposażona jest w zbieraki
– haki, zamontowane wahliwie na segmentach.
Szczotka grzebieniowa zamontowana w dolnej, skrajnej
części ramy powoduje skierowanie zanieczyszczeń
bezpośrednio na segmenty kraty
W dolnej części ramy następuje samooczyszczanie taśmy.
34
Kraty taśmowe
35
Kraty taśmowe
36
7
Kraty hakowe
Zasada działania krat hakowych podobna jest jak krat
taśmowych.
37
Kraty bębnowe
Ścieki przepływają przez część przepływową z sitem
otworowym lub szczelinowym.
Część sitowa jest czyszczona za pomocą szczotki zamocowanej
na obwodzie ślimaka. Może być wyposażone w dysze
spryskujące jej wnętrze.
Za pomocą bezosiowego ślimaka zostają wyniesione do górnej
części sita ślimakowego.
38
Kraty bębnowe
39
Zasada działania kraty mechanicznej.
40
Parametry krat
Szerokość prześwitu b
-
dla ochrony pompowni – kraty rzadkie (0,8 dopuszczalnego
dla pomp wymiaru)
-
na dopływie ścieków do oczyszczalni:
•
w układach jednostopniowych – kraty średnie lub gęste
•
w dwustopniowych układach krat – najpierw średnie lub
rzadkie (20 – 40mm), a potem gęste (4-10 mm).
41
Parametry krat
Kształt i wymiary prętów
-
wymiary prętów krat płaskich:
grubość 8-10 mm, szerokość 30-60 mm,
-
kraty koszowe – pręty stalowe o średnicach 10-12 mm,
-
przekroje poprzeczne – najczęściej prostokątne lub z
zaokrąglonymi narożami,
42
铘
Ӛ
8
Parametry krat
Kąt pochylenia prętów:
-
ręczne zgarnianie: 30-45
o
-
mechaniczne zagarnianie:
40 – 80
o
43
Zasady projektowania krat
Zalecenia ogólne
Na dnie komory kraty nie mogą osadzać się niesione przez
ścieki zawiesiny i piasek.
Przy Q
max
prędkość przepływu w prześwitach kraty v < 1 m/s:
-przy ręcznym zgarnianiu skratek 0,6 – 0,8 m/s
-przy mechanicznym 0,8 – 1,0 m/s
Przy Q
minh
prędkość przepływu ścieków w komorze przed i za
kratą v>0,4 m/s
44
Zasady projektowania krat
Połączenie komory krat z kanałem powinno być wykonane w
formie łagodnie rozszerzającego się odcinka kanału:
- dla rozszerzającego się odcinka kanału – odchylenie scian
bocznych od kierunku osi kanału o 20
o
,
- dla zwężającego się odcinka ściany boczne mogą być
odchylone 25-35
o
od osi.
Długość komory krat:
- przed kratą – 0,5 m, za kratą – 1,0 m
Dno komory bezpośrednio za kratą powinno być obniżone w
formie uskoku o wysokości równej stracie ciśnienia ∆h,
powstającej przy maksymalnym przepływie ścieków przez
kraty ∆h < 10 cm
45
Zasady projektowania krat
Odległość pomiędzy maksymalnym poziomem ścieków w
komorze kraty i poziomem roboczym nie może być mniejsza
od 0,5 m.
Usytuowanie wysokościowe:
- niezagłębione – poziom roboczy powyżej poziomu terenu
otaczającego lub o 0,8 m poniżej poziomu terenu (zalecane)
- zagłębione – poziom roboczy ponad 0,8 m poniżej poziomu
terenu otaczającego
Gdy projektowana jest zagłębiona pompownia ścieków i
niezagłębiona stacja krat, należy pomiędzy tymi obiektami
zaprojektować komorę rozprężania, która ma na celu
uspokojenie i wyrównanie zwierciadła ścieków.
46
Kanały dopływowe i odpływowe
Długość prostych odcinków kanałów przed i za komorą kraty
nie powinna być mniejsza od 3-krotnej szerokości kanałów.
Na prostych odcinkach kanałów można zlokalizować
urządzenia do zamykania przepływu i wpusty remontowe
Załamania kanałów powinny być zaprojektowane w formie
łuku o promieniu większym od 3 – krotnej szerokości kanału.
Urządzenia do zamykania przepływu:
- zastawki (posadowienie niezagłębione),
- zasuwy (posadowienie zagłębione)
- wpusty do zastawek remontowych (projektowane w
odległości 1,0 – 1,2 m przed zastawkami(zasuwami)
47
Kanał obiegowy
Obok stanowiska krat należy projektować kanał obiegowy,
umożliwiający ominiecie jej przez ścieki w razie konieczności
zamknięcia przepływu przez kratę.
W dużych i średnich oczyszczalniach można projektować kratę
rezerwową zamiast kanału obiegowego.
48
ք
9
Wymagania techniczne ogólne
Stanowisko kraty z ręcznym zgarnianiem skratek nie wymaga
obudowy w postaci budynku, zaleca się jednak stosowanie
obudowy osłonowej.
Stacja krat z mechanicznym zgarnianiem skratek wymaga
obudowy w postaci budynku lub obudów osłonowych
poszczególnych krat.
Stacja krat ruchomych gęstych wymaga obudowy w postaci
budynku lub osłony termicznej z dodatkowa wentylacją.
Minimalne temperatury wewnętrzne:
- 8
o
C – stacja krat,
- 5
o
C – obudowa osłonowa
49
Wymagania techniczne budowlane
Wokół krat mechanicznych powinny być zapewnione przejścia
– min. 1,2 m z boków kraty i 1,5 m przed frontem kraty.
Wysokość pomieszczenia kraty powinna umożliwiać
bezpieczną obsługę urządzeń (min. 3,3 m).
W budynku krat należy przewidzieć pomieszczenia pomocnicze
takie jak: magazyn podręczny na sprzęt i środki dezynfekcyjne,
rozdzielnie elektryczną.
Należy przewidzieć zawory czerpalne ze złączką do wężą,
wpusty ściekowe, umywalkę z ciepłą i zimna wodą oraz
podstawowe urządzenia sanitarne.
50
Wymagania techniczne instalacyjne
System wentylacji zależy od układu wysokościowego stacji
krat.
W kanałach dopływowym i odpływowym zaleca się stosować
przepony elastyczne w celu uniknięcia niekontrolowanego
przepływu powietrza do budynku.
Dla posadowienia niezagłębionego należy stosować wentylację
grawitacyjną ewentualnie z dodatkowym przewietrzaniem.
51
Wymagania BHP
Komory krat, otwarte odcinki kanałów oraz pomosty
komunikacyjne należy zabezpieczyć barierami o
wysokości 1,1 m.
Pomosty przeznaczone do obsługi krat powinny mieć
krawężniki o wysokości 0,15 m.
52
SKRATKI
Skratki stanowią zbiór odpadków organicznych i
mineralnych.
Ilość skratek zatrzymywanych na kratach zależy od
prześwitu:
-b = 40 - 50 mm – 2-5 dm
3
/M*rok
- b = 20 mm – 5-10 dm
3
/M*rok
- b = 2-6 mm – 15 dm
3
/M*rok
Ciężar objętościowy skratek: 750 kg/m
3
.
Są bakteriologicznie niebezpieczne.
Szybko zagniwają wydzielając nieprzyjemne zapachy.
53
Skratki
Usuwanie skratek z budynku krat powinno być
dokonywane raz na dobę.
Odbiór i transport skratek powinien być tak zorganizowany,
aby kontakt pracownikw z nimi był jak najkrótszy, a kratki
były mało kłopotliwe przy dalszym zagospodarowaniu.
Metody unieszkodliwiania:
- spalanie po uprzednim odwodnieniu lub zmieszaniu z
odpadkami,
- wywóz na składowisko,
- kompostowanie.
54
ఐ
ֵ◌
10
Przygotowanie skratek do
zagospodarowania.
1. Przemywanie – zmniejszenie ilości zanieczyszczeń w
skratkach, wzrost zawartości związków organicznych w
ściekach.
2. Odwadnianie i prasowanie – zmniejszenie objętości i
masy.
3. Higienizowanie (mieszanie z wapnem) – redukcja
bakterii chorobotwórczych, brak uciążliwości
zapachowej.
55
Urządzenia do obróbki skratek
1. Praski (odwadnianie, prasowanie)
2. Prasopłuczki (przemywanie, odwadnianie)
3. Urządzenia do dezynfekcji (higienizowanie)
4. Urządzenia do transportu
56
Praski do skratek
Rodzaje prasek:
-ślimakowe
-Hydrauliczne
Mogą być zintegrowane
z innymi urządzeniami:
- kratą ruchomą bębnową,
- płuczką,
- przenośnikiem
ślimakowym.
57
Praski do skratek
Efektywność:
-zmniejszenie objętości skratek do 25-50% objętości
pierwotnej,
-Zmniejszenie uwodnienia skratek z 90% do 50-60%
Zalety:
-zmniejszenie kosztów transportu i kosztów składowania o
około 75%,
-zmniejszenie dawek środków dezynfekcyjnych,
-zwiększenie sanitarnego bezpieczeństwa skratek i
warunków BHP,
-zwiększenie stopnia przygotowania skratek do spalania.
58
Praska do skratek
59
Praska z płuczką do skratek
60
ඐʺ
11
Praska z płuczką do skratek
61
Urządzenia do transportu skratek
1. Przenośniki taśmowe,
2. Przenośniki ślimakowe.
3. Podajniki hydrauliczne.
62
Przenośnik
ślimakowy -
schemat
63
Przenośnik
ślimakowy
64
Piaskowniki.
Zasady projektowania piaskowników.
65
PIASKOW+IKI - Definicje
Piaskownik – obiekt budowlany wraz z urządzeniami
wyposażenia technologicznego, przeznaczony do usuwania ze
ścieków piasku w wyniku procesu sedymentacji.
Piasek to umowna nazwa na zanieczyszczenia mechaniczne,
mineralne, składające się z cząstek ziarnistych (żużel, piasek
itp.). Są one niezagniwalne, posiadają większą prędkość
opadania niż zawiesiny organiczne.
Konieczność stosowania piaskowników:
- piasek ściera ruchome mechanizmy np.wirnika pomp, utrudnia
pracę zgarniaczy osadu w osadnikach,
- gromadzi się w przewodach tłocznych, na dnie osadników,
komór fermentacyjnych tworząc twardą scementowaną powłokę,
trudną do usunięcia.
66
։
僸
12
Ilość piasku
Ścieki spływające do do oczyszczalni z kanalizacji
ogólnospławnej mogą zawierać znaczną ilość piasku (np..
Podczas topnienia śniegu ścieki transportują dużo piasku z
posypywania ulic). Ilość zatrzymywanego piasku zależy od
rodzaju zabudowy terenu zlewni i wielkości powierzchni ulic.
Ilość piasku:
- wg Imhoffa: 2 – 5 dm
3
/Ma (mniejsze wartości odnoszą się do
zabudowy gęstej, duże do luźnej);
- wg ATV: 2 – 20 dm
3
/Ma – kanalizacja rozdzielcza, sieć
gospodarcza;
- wg danych amerykańskich:
3,75 – 75 dm
3
/1000 m
3
– sieć ogólnospławna,
5,0 – 35,0 dm
3
/1000 m
3
– sieć gospodarcza.
67
Skuteczność i zastosowanie piaskowników
Skuteczność:
- piaskowniki powinny zapewniać usuwanie piasku o średnicach
0,1-0,2 mm i większych ze skutecznością 65-75%,
- w zatrzymanych ziarnach piasku i innych częściach
mineralnych nie powinno znajdować się zbyt dużo cząstek
organicznych, powodujących zagniwanie osadu, zawartość
części organicznych < 10%,
Zastosowanie:
- piaskowniki stosujemy w oczyszczalniach o przepustowości
powyżej 300 m
3
/d;
- piaskowniki z ręcznym usuwaniem piasku stosujemy wyłącznie
w małych oczyszczalniach o przepustowości do 700 m
3
/d.
68
Podział piaskowników ze względu na
kierunek przepływu
1. Piaskowniki o przepływie poziomym:
-
poziome – podłużne,
-
poziomo – wirowe,
-
poziomo – śrubowe (piaskowniki napowietrzane).
2. Piaskowniki o przepływie pionowym:
-
pionowo – wirowe,
-
pionowe.
69
Piaskowniki poziome podłużne - budowa
Kanał dopływowy (1) i odpływowy (5), urządzenia do odcinania
przepływu – zastawki (6) i wpusty remontowe w odległości 1,0 –
1,2 m od zastawek,
Komora wlotowa (2) i wylotowa (4) – części piaskownika
usytuowane bezpośrednio przed i za komora przepływową (3),
Kanał odciekowy (7) – odprowadza odciek z procesu
odwadniania, (8) – zwężka Venturiego.
1
6
2
3
7
5
4
8
70
Piaskownik poziomy podłużny - budowa
1 – kanał dopływowy,
2 – komora wlotowa,
3 – komora przepływowa,
4 – komora piaskowa,
5 – komora wylotowa,
6 – kanał wylotowy,
7 – kanał odcieku,
8 – zwężka Venturiego
9 – wpust remontowy,
10 – zastawka,
11 – szyna jezdna,
12 – wózek z hydrocyklonem,
13 – odpływ z kanału
odciekowego,
14 – przewód odcieku z
hydrocyklonu
13
12
14
8
9
10
11
7
6
71
Piaskowniki poziome podłużne - budowa
Komora przepływowa (1) – część zasadnicza, o kształcie i
wymiarach zapewniających prawidłowy proces sedymentacji.
Komora piaskowa (2) – dolna część komory, przeznaczona do
gromadzenia się piasku.
Komora zbiorcza piasku – zbiornik na piasek zgarniany z komory
piaskowe, usytuowany na początku piaskownika.
1
2
72
։
僸
13
Piaskowniki poziome podłużne
Prędkość przepływu:
- pomimo zmiennego natężenia przepływu ścieków ma ona
być stała równa 0,3 m/s, dopuszczalne są wahania w zakresie
0,25 – 0,35 m/s;
- przy przepływie Q
minh
dopuszcza się spadek prędkości do
0,1 m/s.
Czas przepływu ścieków przez piaskownik ustalony
empirycznie:
- 40 – 60 s dla Q
minh
W celu utrzymania stałej prędkości dostosowuje się przekrój
poprzeczny piaskownika do urządzenia regulującego.
73
Obliczanie powierzchni przekroju
poprzecznego piaskownika
Przy obliczaniu powierzchni przekroju piaskownika należy
postępować zgodnie z następującymi zasadami:
- powierzchnią przekroju poprzecznego piaskowników
poziomych z regulowaną prędkością przepływu należy ustalać
tak, by prędkość przepływu mieściła się w przedziale
0,25 – 0,35 m/s;
- na podstawie wstępnych obliczeń należy wykreślić obrys
wewnętrzny komory przepływowej;
- w celu uzyskania optymalnej figury geometrycznej komory
przepływowej należy obliczyć prędkość przepływu ścieków
przez piaskownik dla różnych wartości przepływów.
74
Obliczanie przekroju poprzecznego
Przyjmujemy, że przekrój poprzeczny F, charakteryzowany
przez szerokość b dla napełnienia h zmienia się w zależności od
napełnienia h:
Ponieważ
to
Jeśli zastosujemy jako urządzenie regulujące zwężkę Venturiego
o równaniu:
∫
=
H
bdh
F
0
Fv
Q =
∫
=
H
bdh
v
Q
0
n
H
kB
Q
2
=
k– współczynnik zwężki
B
2
– szerokość przewężenia koryta
mierniczego
H – napełnienie kanału przed zwężką
n – wsp. zależny od kształtu koryta
b
H
h
75
Dobór przekroju poprzecznego
Otrzymujemy:
Zakładając, że napełnienie h w piaskowniku jest równe
napełnieniu przed zwężką H otrzymujemy:
dla n = 3/2 dla przekroju prostokątnego
∫
=
H
n
bdh
v
H
kB
0
2
b
H
h
równanie paraboli
1
2
−
=
n
H
nkB
b
2
/
1
2
2
3
H
kB
b =
76
Dobór przekroju poprzecznego
W tym przypadku przekrój poprzeczny jest zwykle
projektowany jako:
- trapezowy,
- złożony z trapezu i prostokąta.
Nachylenie ścianek trapezu nie powinno być mniejsze niż 60
o
,
a szerokość piaskownika nie powinna przekraczać 1.25 H
max
i
2m.
77
Urządzenia do regulacji prędkości
Kanał zwężkowy Venturiego
Stosowany na odpływie z
piaskownika.
Najczęściej stosowany, służy
jednocześnie do pomiaru
natężenia przepływu.
Powoduje niewielkie obniżenie
zwierciadła ścieków (1/3h).
Zajmuje większą powierzchnię
niż przelewy.
78
14
Urządzenia do regulacji prędkości
Kanał zwężkowy Venturiego
Koryto pomiarowe ze zwężką Venturiego - usytuowanie
79
Urządzenia do regulacji prędkości
Przelewy o ostrej krawędzi
Przelew Rettgera –
piaskowniki o przekroju
prostokątnym.
Przelew Sutro –
piaskowniki o przekroju
złożonym (prostokąt +
trapez).
80
Długość piaskownika
Orientacyjnie długość piaskownika:
L = v
x
t = 0,3 m/s
x
60s = 18 m
Ponieważ czas opadania cząstki piasku musi być równy czasowi
przebycia drogi równej długości piaskownika:
W rzeczywistości trzeba uwzględnić:
- strefy zakłóceń na wlocie i wylocie,
- fakt, że w piaskownikach istnieje ruch burzliwy (Re = 40000 –
250000), powstają prądy boczne zakłócające sedymentację,
- wpływ turbulencji na efekt wydzielania piasku zależy od
wartości v
o
/v
p
.
Wprowadza się wsp. zwiększający k = 1.3 – 2.0
Długość piaskowników L = 18 – 27 m.
H
v
v
L
v
H
v
L
o
p
o
p
=
→
=
A
Q
v
o
=
81
Komory wlotowe i wylotowe
Są to części piaskownika usytuowane bezpośrednio przed i za
komorą przepływową, z urządzeniami do zamykania przepływu.
Należy je tak projektować, aby umożliwić:
-równomierny rozdział ścieków na wszystkie komory
przepływowe,
-łagodną zmianę prędkości przepływu ścieków,
-równomierny rozdział ścieków na całą szerokość komory
przepływowej i piaskownika.
82
Projektowanie piaskowników
1. Przed doprowadzeniem ścieków do piaskowników należy
pozbawić je zawiesin o wymiarach większych od 20 mm.
2. Objętość komory piaskowej musi być wystarczająca dla
zgromadzenia piasku usuniętego ze ścieków pomiędzy
kolejnymi czyszczeniami komory.
3. Czas zatrzymania piasku w komorze piaskowej powinien być
krótszy niż czas zagniwania zatrzymanych osadów. Dla ścieków
bytowo-gospodarczych można przyjmować czas między
kolejnymi czyszczeniami komory 3 – 7 dni przy czyszczeniu
ręcznym i 8, 16, 24 lub 48 godzin przy czyszczeniu
mechanicznym lub hydraulicznym.
4. Urządzenia do usuwania piasku muszą być zabezpieczone
przez ujemnymi temperaturami zewnętrznymi.
83
Projektowanie piaskowników
5. Piaskowniki projektujemy jako obiekty niezagłębione, tzn.
posadowienie poziomu roboczego do 0,8 m p.p.t.;
6. W pobliże piaskownika należy doprowadzić energię
elektryczną i instalację wodociągową;
7. W pobliżu piaskownika powinno znajdować się składowisko
do tymczasowego magazynowania piasku, o nawierzchni
utwardzonej i odwodnionej.
8. Musi być zapewniony dogodny dojazd w celu wywożenia
piasku.
84
։
僸
15
Wymagania BHP
1. Piaskownik na całym obwodzie należy wyposażyć w
barierki ochronne o wysokości 1,1 m, co nie może
kolidować z pracą urządzeń do usuwania piasku.
2. Urządzenia do usuwania piasku powinny posiadać pomost
dla obsługi zabezpieczony balustradą.
3. Ściany piaskownika powinny być wyniesione minimum
0,15 m ponad teren.
85
Piaskowniki szczelinowe
Pod odcinkiem kolektora ze szczelinami znajduje się wydzielona
komora magazynowania piasku.
Szczeliny – 3-5 szczelin o szerokości 5-10 cm, w odległości
0.5 D
kan
, odcinki dna pomiędzy szczelinami nachylone w
kierunku spadku o ok. 2 cm.
Zmniejszenie prędkości przepływu uzyskuje się poprzez
powiększenie przekroju poprzecznego lub zmniejszenie spadku,
zalecane jest zmniejszenie prędkości w kanale do 0,4 m/s.
Zatrzymują tylko cięższe zawiesiny mineralne o średnicach
powyżej 0,4 mm.
Stosowane sporadycznie w bardzo małych oczyszczalniach
ścieków lub przed głębokimi komorami czerpalnymi pompowni.
86
Piaskowniki szczelinowe
87
Piaskowniki poziome – typu „Dorra”
Dno płaskie, kształt kwadratu, głębokość 0,5 – 1,5 m.
Ścieki dopływają otworami wlotowymi wyposażonymi w
kierownicę strug, odprowadzane są przelewami na całej
szerokości komory.
Obrotowe zgarniacze zgarniają piasek w kierunku odśrodkowym,
do dolnej części rynny klasyfikatora.
W klasyfikatorze piasek jest płukany, a odciek recyrkulowany
przewodem recyrkulacyjnym do odpływu.
Budowane w dużych oczyszczalniach w latach 50 – tych.
88
Piaskowniki pionowe
Czas przetrzymania ścieków 1 – 3 minut.
Obciążenie hydrauliczne Q
h
= 24-72 m
3
/m
2
h, co odpowiada
prędkości wznoszenia v
O
= 0,0067-0,02 m/s.
Dno osadnika powinno posiadać spadek od 1,5:1 do 2:1, tworząc
kształt stożka. Część stożkowa osadnika powinna natomiast
posiadać wymiary zapewniające przetrzymanie piasku przez
okres 2 dni.
Wymiar pionowy części cylindrycznej zależny jest od iloczynu
prędkości i czasu opadania ziaren piasku i wynosi mniej niż 3 m.
Do usuwania piasku stosuje się podnośniki powietrzne.
Często nie spełniają dobrze swojego zadania. Nie zatrzymują
piasku w dostatecznym stopniu. Stosuje się je w małych
oczyszczalniach.
89
Piaskowniki pionowe
Przegrody w postaci
współśrodkowych walców
posiadają górną krawędź
umieszczona nieco wyżej niż
poprzednia przegroda, licząc
ku środkowi.
90
։
僸
16
Piaskowniki o przepływie
poziomo-wirowym
Komora przepływowa ma kształt zbliżony do leja.
Ścieki są wprowadzane stycznie do obwodu komory i podobnie
odprowadzane, co wymusza ruch okrężny (poziomo-wirowy).
Z powodu wymuszonego ruchu okrężnego w strefie przyściennej
zwierciadło ścieków podwyższa się co powoduje powstanie
nadciśnienia w strefie przydennej i poprzeczny ruch strugi
skierowany w dół, co przyczynia się do lepszej sedymentacji
piasku.
Mogą być stosowane w przypadku, gdy są małe wahania
natężenia dopływu ścieków w ciągu doby.
91
Piaskowniki Geigera
Prędkość na wlocie 0,75 – 1 m/s, na odpływie < 0,8 m/s
t = 25 – 45 s (45 s dla Qmin)
Usytuowanie wlotów i wylotów 270
o
– 360
o
W części środkowej – lej na piasek
92
Piaskownik
Geigera
93
Piaskowniki Pista
Działa podobnie jak piaskownik Geigera. Jest wyposażony
dodatkowo w mieszadło wolnoobrotowe, które utrzymuje stałą
prędkość obiegową 0,3 m/s. Mieszadło wspomaga przesuw
piasku do leja centralnego.
Zaleta- zwarta konstrukcja umożliwia zastosowanie w trudnych
warunkach fundamentowania.
94
Piaskowniki wirowe
Dla małych natężeń przepływu wykonane są piaskowniki w
konstrukcjach stalowych, w wariantach z mieszaniem i
napowietrzaniem.
Wydajność separacji piaskownika jest zwiększona w sposób
znaczący poprzez ruch wirowy ścieków oraz rosnącą siłę
odśrodkową działającą na pojedyncze ziarna piasku.
Wspomaganie tego procesu może następować przy udziale
systemu napowietrzania, zapobiegającemu osadzaniu się
zawiesiny wraz z piaskiem.
95
Piaskownik
wirowy
96
㹐
ֺ
17
97
Piaskownik
wirowy z
separatorem
piasku
98
Piaskownik wirowy
99
Piaskowniki o przepływie
poziomo-śrubowym
Śrubowy ruch ścieków wywołany jest przez sprężone powietrze
oraz energię kinetyczną zasilającej strugi ścieków.
Wektor prędkości można rozłożyć na dwie składowe: poziomą i
cyrkulacyjną. Prędkość wypadkowa powinna utrzymać w
zawieszeniu związki organiczne i sedymentację piasku 0,25 –
0,3 m/s.
Warunek ten można łatwo osiągnąć zapewniając odpowiednio
dużą prędkość cyrkulacyjną.
Składowa pozioma prędkości nie powinna być > 0,2m/s. Czas
przepływu 1,5 – 2 min przy Qmax, ale gdy piaskownik pełni rolę
odtłuszczacza 5 – 15 min.
100
Piaskowniki o przepływie poziomo-śrubowym
Dwa typy piaskowników
napowietrzanych:
- z boczną komorą do
wydzielania olejów
(flotacja),
- bez komory do
gromadzenia olejów
Warianty umieszczenia
rusztu napowietrzającego:
- środkowe,
- boczne,
- boczne z przegrodą
cyrkulacyjną
101
Piaskowniki o przepływie
poziomo-śrubowym
Zalety:
-zapewniają zatrzymanie większych ilości drobnego piasku,
-zatrzymany piasek jest bardziej czysty, nie wydziela przykrych
zapachów bez dodatkowego płukania,
-nie wymagają specjalnych urządzeń do utrzymania stałej
prędkości przepływu,
-dzięki napowietrzaniu rozpoczynają proces odświeżania
ścieków
102
։
僸
18
Piaskowniki o przepływie
poziomo-śrubowym - projektowanie
Powierzchnię przekroju poprzecznego należy ustalać przy
poziomej prędkości przepływu 0,03 – 0,25 m/s,
Przekrój poprzeczny może mieć kształt owalny, elipsowaty,
półokrągły, prostokątny lub trapezowy.
Przekrój poprzeczny powinien mieć takie proporcje, by stosunek
części przepływowej do jej głębokości wynosił od 1:1,5 do 1:2.
Szerokość komory piaskownika < 4,0 m.
Szerokość komory piaskowej powinna mieścić się w granicach
0,3 – 0,5 m, spadek dna w kierunku komory piaskowej 10 – 45
o
w zależności od kształtu przekroju poprzecznego.
103
Piaskowniki o przepływie
poziomo-śrubowym - projektowanie
Odległość przegrody podłużnej od ściany bocznej piaskownika
powinna być 3-krotnie mniejsza od szerokości piaskownika.
Wprowadzenie sprężonego powietrza do komory powinno być
realizowane poprzez podzielony na sekcje ruszt napowietrzający,
usytuowany na głębokości wynoszącej około 3/4 wysokości
części przepływowej.
Czas zatrzymania ścieków 1,5 – 30 minut (przy czasie powyżej
10 min piaskownik spełnia rolę komory wstępnego
napowietrzania).
Długość piaskownika nie powinna być mniejsza niż 17 m.
104
Usuwanie piasku z piaskowników
Sposoby usuwania piasku:
-ręcznie,
-hydraulicznie,
-mechanicznie,
-mechaniczno – hydraulicznie.
105
Ręczne usuwanie piasku
Stosowanie w oczyszczalniach o przepustowości < 700 m
3
/d,
piasek usuwany jest nie częściej niż 1 raz na dobe.
Okresowa praca piaskownika:
1. odcięcie dopływu ścieków,
2. usunięcie ścieków z piaskownika za pomocą drenażu
ułożonego w dnie komory piaskowej,
3. ręczne usunięcie piasku z komory piaskowej,
4. włączenie piaskownika do pracy.
106
System hydrauliczny
Odpompowanie mieszaniny ścieków z piaskiem (pulpy
piaskowej) z komory piaskowej za pomocą pompy zatapialnej,
przewodu ssawnego pompy podwieszonej na pomoście.
Instalacja powinna zapewnić ciągły załadunek piasku na wózek.
Urządzenia montowane na ruchomym pomoście.
Każda komora przepływowa powinna być wyposażona w
oddzielną pompę, a urządzenia do zagęszczania i transportu
mogą być wspólne.
Ścieki z procesu odwadniania piasku należy odprowadzić na
początek piaskownika.
107
System mechaniczny
Zgarnianie piasku z komory piaskowej do komory zbiorczej
usytuowanej na początku piaskownika i wydobywanie z komory
zbiorczej za pomocą urządzeń mechanicznych, np. zgarniaczy
ślimakowych.
Dno komory piaskowej powinno posiadać spadek w kierunku
komory zbiorczej piasku nie mniejszy niż 0,2%.
108
ఐ
ֵ◌
19
System mechaniczno - hydrauliczny
Zgarnianie piasku z komory piaskowej do komory zbiorczej
usytuowanej na początku piaskownika za pomocą urządzenia
mechanicznego, np. zgarniacza lub czerpadła śrubowego.
Usuwanie piasku z komory zbiorczej za pomocą urządzeń
hydraulicznych – pompy o wale poziomym, pracującej pod
napływem, pompy zatapialnej, inżektorowej lub podnośnika
pneumatycznego typu Mamut.
109
Urządzenia do usuwania piasku
Usuwanie piasku musi być możliwe w czasie pracy
piaskownika.
Usuwanie piasku powinno odbywać się jednocześnie we
wszystkich komorach piaskownika.
Urządzenie nie powinno powodować nadmiernego
zmniejszenia pola przekroju komory przepływowej.
Konstrukcja mechanizmów i instalacji powinna być
dostosowana do różnych warunków atmosferycznych.
Ze względu na konieczność dokładnego prowadzenia urządzeń
usuwających piasek należy stosować szyny jezdne lub
prowadnice.
110
Zgarniacze
Podział zgarniaczy ze względu na sposób usuwania piasku:
-pompowe (hydrauliczne),
-pługowe,
-śrubowe.
Zgarniacze pompowe wykonywane są jako samojezdne –
wózkowe.
Zgarniacze śrubowe – wykonywane są w postaci przenośnika
ślimakowego zainstalowanego w komorze piaskowej.
111
Zgarniacz samojezdny hydrauliczny -
schemat
112
Zgarniacz samojezdny hydrauliczny
113
Zgarniacz samojezdny pługowy - schemat
114
20
Zgarniacz samojezdny pługowy
115
Zgarniacz linowy
Zgrzebło przymocowane jest do liny pracującej miedzy kołem
napędowym a kołami zwrotnymi.
Na początku piaskownika projektuje się komorę zbiorczą piasku,
do której spychany jest piasek.
116
Zgarniacz linowy
1. Dopływ
2. Koryto odpływowe
3. Rynna zbierająca kożuch
4. Zespół napędowy
5. Lina stalowa
6. Zgarniacz denny
7. Prowadnica
8. Zgarniacz powierzchniowy
9. Krążek liny
10. Wyłącznik krańcowy
11. Zgarniacz denny w
pozycji spoczynkowej
117
Zgarniacz łańcuchowy
Zgrzebło zamocowane jest do łańcucha pracującego między
kołem napędowym a kołami zwrotnymi, podobnie jak w
przypadku zgarniacza linowego.
Dno kanału wykończone ceownikiem przechodzi w pochylnię,
po której wgarnia się piasek na przyczepę.
118
Zgarniacz łańcuchowy
119
Zagospodarowanie piasku
Piasek musi być czysty, aby mógł być zagospodarowany, tzn. nie
zawierać substancji organicznych, stąd tez musi być dodatkowo
oczyszczony.
Wypłukany materiał organiczny powraca do procesu
oczyszczania ścieków i jest dodatkowym źródłem węgla dla
denitryfikacji.
Sposoby zagospodarowania:
-jako materiał wypełniający w pracach budowlanych (podsypka),
-rekultywacja gruntów lub wysypisk,
-wywożenie piasku na składowiska odpadów.
120
։
僸
21
Procesy przeróbki piasku
1. Przemywanie
2. Odwadnianie
3. Dezynfekowanie
Procesy te zapobiegają misji uciążliwych zapachów w
miejscu składowania piasku i przygotowują piasek do
zagospodarowania.
Korzyści z przeróbki piasku:
-
mniejsza objętość piasku (nawet do 80%),
-
mniejsze koszty składowania.
121
Urządzenia
1. Hydrocyklony (przemywanie, odwadnianie),
2. Separatory,
3. Płuczki (przemywanie, odwadnianie)
4. Urządzenia zgarniania piasku z dna i transportu do
kontenera
122
Separator piasku
Służy do odsączania piasku od pulpy wodno – piaskowej
(90% s.m.).
Ciecz po uspokojeniu wpływa do komory, w której następuje
sedymentacja piasku.
Odciek wraz z zanieczyszczeniami jest odprowadzany.
Zasada działania:
123
Separator piasku – schemat
124
Separator piasku
125
Płuczka piasku
126
օ
￨
22
Płuczka piasku - schemat
127
Płuczka piasku - schemat
128
Płuczka
piasku
129
Urządzenia do transportu
1. Przenośniki taśmowe,
2. Przenośniki ślimakowe.
3. Podajniki hydrauliczne.
130