Pomiary rzeczywistej (eksploatacyjnej) wydajności pneumatycznych urządzeń przewietrzających

Nasza spółka zajmuje się opracowywaniem mechanicznych urządzeń przewietrzających do mieszania i przewietrzania oczyszczalni ścieków już od 1998 roku. Ważnym parametrem, który jest śledzony u systemów i urządzeń przewietrzających jest zużycie energii el. oraz ogólna ekonomia eksploatacji np. przez okres 10 lat.

Dlatego też byliśmy zmuszeni podczas opracowywania naszych urządzeń do mierzenia wprowadzanego tlenu. W obecnym okresie jesteśmy wyposażeni w specjalne przyrządy pomiarowe do pomiaru rzeczywistego, eksploatacyjnego wprowadzania tlenu a więc do pomiaru uzysku tlenu w pneumatycznych systemach przewietrzających.

Powyższy pomiar jest przeprowadzany następująco:

• U konkretnej aktywacji zostanie podczas eksploatacji umieszczony na powierzchni specjalny dzwon do pomiaru powietrza, wydostającego się ze zbiornika. Powietrze wypływające ze zbiornika stopniowo wytłoczy powietrze pierwotne.
• Za pomocą urządzenia pomiarowego zostaje w sposób kontynualny zmierzona koncentracja tlenu (O2) w powietrzu, wypływającym ze zbiornika przez dzwon odbiorczy, który jest ograniczony przez umieszczenie na powierzchni aktywacji, żeby nie dostało się do niego powietrze z przestrzeni nad poziomem.
• Pomiar trwa do tej pory, dokąd nie zostanie ustabilizowana koncentracja O2, która jest mierzona kontynualnie.
• Powyższy pomiar zostaje przeprowadzony w wielu miejscach aktywacji wraz z oszacowaniem wielkości powierzchni i powierzchni poziomu aktywacji z daną intensywnością wypływającego powietrza.
• Jest zalecane, żeby powyższy pomiar był realizowany pod warunkiem, że zawartość rozpuszczonego tlenu w aktywacji będzie utrzymywana na wartości np. 2 mg/l - jest to najczęściej zalecana koncentracja O2 dla dobrej funkcji i ekonomicznej eksploatacji oczyszczalni ścieków.
• Na podstawie różnicy koncentracji tlenu z powietrza nad poziomem i z powietrza, wypływającego ze zbiornika aktywacyjnego oraz całkowitej ilości powietrza, dostarczanego do zbiornika aktywacyjnego, zostanie określona ilość O2, która pozostanie w wodzie. To znaczy, że zostanie określona rzeczywista wydajność oksygenacyjna urządzenia przewietrzającego przy danej koncentracji rozpuszczonego tlenu.
• Za pomocą powyższej metody zostanie realnie stwierdzone rzeczywiste zużycie tlenu w danych warunkach w konkretnej oczyszczalni ścieków.
• Za pomocą amperomierza należy zmierzyć rzeczywistą moc pobieraną urządzenia przewietrzającego ( u drobno-pęcherzykowych systemów dmuchawy). A przez wydzielenie OC i powyższej, zmierzonej mocy, zostanie obliczony rzeczywisty uzysk tlenu w danych warunkach u konkretnej aktywacji i konkretnego urządzenia przewietrzającego.
  
  

Uwaga:
Nasza spółka w wyżej podany sposób w dniu 10.10.2003 mierzyła rzeczywistą, eksploatacyjną OC oraz uzysk drobno-pęcherzykowych systemów przewietrzających u 4 dużych, komunalnych oczyszczalni ścieków na Słowacji. Chodziło o elementy przewietrzające, które były eksploatowane od 1,5 do 4 lat. Producentem elementów przewietrzających były firmy z Austrii, Finlandii i Czeskiej Republiki. Temperatura wody wynosiła od 130 °C do 180 °C. Wysokość nad poziomem morza wynosiła od 250 m do 500 m. Temperatura powietrza podczas pomiaru wynosiła od 200 °C do 280 °C. Rzeczywisty, eksploatacyjny uzysk tlenu w danych warunkach nigdy nie został stwierdzony powyżej 1,5 kg O2/kWh.

To znaczy:

• Rzeczywisty, eksploatacyjny uzysk tlenu w danych warunkach u drobno-pęcherzykowych systemów przewietrzających jest podawany w granicach wartości od ok. 2,0 do 3,0 kg O2 /kWh. Uzysk faktycznie zmierzony przez nas w danych warunkach był w rzeczywistości na poziomie ok. 50% powyższych wartości i wartości podawanych w dokumentacji projektowej wspomnianych oczyszczalni ścieków.
• Dlatego też rzeczywiste zużycie energii elektrycznej było ok. 2 razy wyższe niż podawane w dokumentacji projektowej.
• W takich wypadkach jest wtedy ekonomiczna bardzo pożądana wymiana takich elementów przewietrzających lub też całego urządzenia przewietrzającego (systemu) na nowe (bardziej efektywne ekonomicznie).
• Prawdopodobnie rzeczywiste zużycie jednostkowe energii elektrycznej w wypadku drobno-pęcherzykowych systemów przewietrzających jest o wiele wyższe niż podaje się w obecnym okresie (ogólnie) u firm, dostarczających i produkujących powyższe urządzenia.
  

Zalety opisywanego sposobu pomiaru:

• Powyższy system pomiaru jest obiektywny i bezpośredni. Bez konieczności stosowania jakichkolwiek wzorów, bardziej skomplikowanych obliczeń i analiz chemicznych, co by mogło prowadzić do pewnych błędów w obliczeniach.
• Zastosowane przyrządy pomiarowe posiadają wysoką dokładność i klient może kontrolować cały przebieg pomiaru – kontrolować badane wartości koncentracji O2, ilości powietrza i moc pobieraną.
• Cały pomiar nawet u większej oczyszczalni ścieków można przeprowadzić w ciągu jednego dnia i wyniki są natychmiast do dyspozycji.
• Opisywany system pomiaru informuje o rzeczywistym zużyciu energii elektrycznej u konkretnej oczyszczalni w rzeczywistych warunkach jej funkcjonowania. Zidealizowany parametr uzysku tlenu (lub wydajności oksygenacyjnej) w czystej wodzie jest w zasadzie informacją, która nic nie mówi inwestorowi o rzeczywistym, przyszłym zużyciu energii el. w jego oczyszczalni z mułem biologicznym.
  

W celu podwyższenia efektywności czyszczenia biologicznego może być bardzo korzystna zmiana systemu aktywacji na aktywację z zagęszczaniem mułu. Dalej opisany, powyższy system aktywacji jest chroniony zgłoszeniem wynalazku. Zasada jest prosta. Przez zmienne wyłączanie i włączanie przewietrzania oraz mieszanie aktywacji chodzi o uzyskanie zwiększenia koncentracji mułu w aktywacji i przez wytworzenie zmiennych warunków oksycznych i anoksycznych w jednym zbiorniku równocześnie o uzyskanie nitryfikacji i denitryfikacji.

Proces podwyższania koncentracji mułu jest następujący:

• Po wyłączeniu przewietrzania i mieszania dochodzi natychmiast do sedymentacji mułu i jego zagęszczania na dnie aktywacji. Rozpuszczony tlen najwcześniej wyczerpie się na dnie zbiornika i stopniowo (w interwale czasowym) granica strefy O2 przesuwa się w kierunku powierzchni przeciw warstwie sedymentującego i zagęszczającego się mułu.
• Tam, gdzie powstaną warunki anoksyczne zacznie przebiegać denitryfikacja. Odbiór mieszanki aktywacyjnej przebiega przy poziomie a więc jest odbierana mieszanka z najniższą koncentracją. Im dłuższy jest okres bez mieszania i przewietrzania tym większa jest uzyskana koncentracja mułu w stosunku do stanu pierwotnego.
• Zalecamy np. 1 godz. przewietrzania i 1 godz. zagęszczania bez przewietrzania i mieszania. Dlatego też urządzenie przewietrzające powinno być obliczone ‘na wyrost’ o ok. 100% a wydajność mieszania musi być również większa niż w wypadku systemów kontynualnych.
• W celu dalszego podwyższenia koncentracji mułu można wprowadzić tzw. cykliczne odczerpywanie wody ściekowej do aktywacji ewentualnie też tzw. cyklowanie recyrkulacji mułu ze zbiornika (DN). W okresie przewietrzania i mieszania aktywacji nie będzie do aktywacji czerpana woda ściekowa (OV) i ewentualnie nie będzie się również recyrkulował muł. Dopiero po krótkim czasie po wyłączeniu przewietrzania i mieszania zostanie wznowione czerpanie OV i recyrkulacja mułu. Dopływ wody ściekowej znajduje się przy tym na stronie odwrotnej aktywacji niż odbiór mieszanki aktywacyjnej z wyczyszczoną wodą i nie dochodzi do skrótowego przepływu OV bezpośrednio do DN. A więc występuje wytłaczanie mieszanki aktywacyjnej od poziomu aktywacji.
  Dzięki temu zostanie uzyskana maksymalna koncentracja mułu w aktywacji. W ten sposób jest możliwe – według naszych doświadczeń praktycznych – uzyskanie trwałego podwyższenia koncentracji mułu w stosunku do stanu pierwotnego aż o 100%. To znaczy tam, gdzie się pierwotnie uzyskiwało trwale koncentrację mułu 4 kg/m3 będzie możliwe osiąganie koncentracji aż 8 kg/m3.
  Mankamentem jest jednak to, że na wlocie oczyszczalni ścieków musi być zbiornik akumulacyjny ewentualnie zbiornik DN musi być odpowiednio obliczony ‘na wyrost’. Najkorzystniejszym systemem przewietrzania są mechaniczne urządzenia przewietrzające, gdzie nie jest problemem wyłączyć je i włączyć nawet parę razy na godzinę.
• Dalszym wariantem zagęszczania mułu jest system, kiedy mechaniczne urządzenie przewietrzające nie posiada dostatecznej zdolności mieszania. Jest przewietrzana i mieszana tylko górna część zbiornika, ale w części dolnej dochodzi tylko do sedymentacji i zagęszczania mułu. I tylko krótkotrwale (za pomocą innego, dostatecznie obliczonego urządzenia do mieszania) zostanie cały zbiornik intensywnie przemieszany. Np. 3 godz. zbiornik nie jest mieszany, przez 10 min. zostanie cały intensywnie przemieszany. Według naszych doświadczeń zwiększy się w ten sposób koncentracja mułu przez zastosowanie urządzenia PAMP w stosunku do stanu pierwotnego w zbiorniku głębszym niż ok. 4 m o 30%.
• Zagęszczanie mułu za pomocą powyższej, przemysłowo chronionej zasady, jest również możliwe do przeprowadzania nawet u aktywacji obiegowych z drobno-pęcherzykowym systemem przewietrzającym. Np. przewietrzanie jest włączone na stałe – w tej części zbiornika znacznie wzrośnie koncentracja O2. W części zbiornika, gdzie przewietrzanie nie przebiega (a więc też nie przebiega mieszanie) dochodzi do sedymentacji i zagęszczania mułu. Mieszanie (dostatecznie wzmocnione) jest włączane tylko cyklicznie do regularnego przemieszania całej objętości aktywacji w zależności od potrzeb efektywności nitryfikacji i denitryfikacji.