1. Wprowadzenie
Proces oczyszczania ścieków jest nierozerwalnie związany z powstawaniem osadów. Miejsca powstawania osadów w typowej mechaniczno-biologicznej oczyszczalni ścieków to osadniki wstępny oraz wtórny. W największym uproszczeniu osad powstający w osadniku wstępnym składa się z zawiesiny i adsorbowanych na jej powierzchni związkach, natomiast osad z osadnika wtórnego można określić jako osad nadmierny, powstały na skutek przyrostu biomasy, oraz osad biologicznie nierozkładalnej zawiesiny, która przedostała się z osadnika wstępnego.
Masa i objętość osadu nie jest stała i niezmienna w czasie. Zależność masy i objętości w procesach stabilizacji i odwodnienia osadów przedstawia wykres poniżej.
Powstające w procesie oczyszczania osady powinny być przetworzone na nieszkodliwe produkty końcowe i usunięte z terenu oczyszczalni.
2. Zagęszczanie osadów
Osady składają się z cząstek stałych i wody. Im więcej wody w osadzie, tym bardziej jest on płynny i bardziej uwodniony. Woda w osadzie występuje w trzech postaciach: wody wolnej (międzycząsteczkowej), wody kapilarnej i chemicznie związanej. W procesie zagęszczania tylko woda wolna jest usuwana z osadu. Woda wolna to jest woda, która oddziela się samorzutnie od osadu np. w czasie odstania czy odsączania. Woda wolna dominuje w osadach przy uwodnieniach od 80% do 99%
Zagęszczanie osadu może być:
(a) samoistne cząstki osadu sedymentują w wyniku działania siły grawitacji;
(b) flotacyjne cząstki osadu są wiązane czynnikiem flotującym, (najczęściej powietrzem) i wynoszone na powierzchnię zagęszczacza;
(c) mechaniczne woda wolna z osadu oddziela się w procesie wirowania lub filtracji;
3. Odwadnianie osadów
Odwadnianie jest procesem usuwania wody z osadu w celu zmniejszenia jego objętości. Woda wolna jest usuwana z osadu w procesie zagęszczania. Woda kapilarna jest usuwana w procesie odwadniania mechanicznego lub odwadniania naturalnego. Woda ta występuje w zakresie uwodnień od 50% do 80%. Woda związana (adsorpcyjna) usuwana jest w procesie suszenia. Woda związana występuje przy uwodnieniach 0,1% do 50%. Odwadnianie stosuje się zarówno do osadów surowych jak i stabilizowanych. Podstawowe procesy odwadniania osadów przedstawiono na schemacie poniżej.
Odwodnienie pozwala znacznie zmniejszyć ilość osadu do dalszego przerobu, dodatkowo osad po odwodnieniu zmienia konsystencję z płynnej na sypką co zdecydowanie poprawia możliwości transportu.
Na zdjęciu: osad po odwodnieniu na wirówce
Przy odwadnianiu mechanicznym stosuje się tzw. kondycjonowanie osadu, które ma na celu poprawę odwadniania w wyniku zmniejszenia oporu właściwego. Obecnie do kondycjonowania stosuje się głównie polimery. Polimery te należy dobierać indywidualnie dla każdego osadu. Należy podkreślić, że nie ma typowych dawek polimerów tak jak nie ma typowych osadów.
4. Warunki ekonomiczne
Kompletna instalacja do odwadniania osadów składa się z wielu urządzeń, których obsługa i eksploatacja wymaga specjalistycznej wiedzy technicznej. Instalacja ta obejmuje urządzenia mechaniczne do odwadniania (wirówki, prasy), układ roztwarzania i dozowania polimeru, układ podawania osadu, układ odbioru osadu odwodnionego oraz rozbudowany system kontrolno-pomiarowy.
Koszty budowy i wyposażenia stacji odwadniania osadu są znaczne. Do tego dochodzą koszty związane z amortyzacją urządzeń, obsługą, serwisem, naprawami i remontami. W związku z tym pojawia się pytanie o racjonalność budowy własnej, stacjonarnej stacji odwadniania osadu.
Rachunek ekonomiczny pokazuje, że dla oczyszczalni, dla których ilość i uwodnienie powstającego osadu lokuje się poniżej pewnej wielkości, uzasadnioną finansowo alternatywą dla budowy własnej stacji odwadniania jest korzystanie z usług firmy eksploatującej przewoźne stacje odwadniania osadu.
Przykładowa symulacja kosztów przeprowadzona dla oczyszczalni miejskiej o średnim dobowym napływie ścieków wynoszącym 7000 m3/d wykazała, że koszt odwodnienia osadu przez firmę usługową wynosi w stosunku rocznym około 10 % kosztów budowy własnej instalacji. Pełne wyliczenia, które biorą pod uwagę środki inwestycyjne oraz koszty bieżące związane z eksploatacją, naprawami bieżącymi, częściami zamiennymi, specjalistycznym serwisem oraz kosztami osobowymi, a także zakładające okres amortyzacji instalacji wynoszący 15 lat wykazują, że koszt odwodnienia osadu przez firmę usługową wynosi zaledwie 4% kosztów inwestycyjnych w stosunku rocznym. Oznacza to, że dla zakładanego okresu amortyzacji koszty usługowego odwadniania osadów wyniosą zaledwie 60 % kosztów budowy i eksploatacji własnej stacji odwadniania. Powyższa symulacja oparta jest o następujące założenia: na potrzeby stacji odwadniania zakupiono nowe urządzenia renomowanych firm, wybudowano od podstaw budynek wraz z instalacją, urządzenia własne pracują przez jedną zmianę pięć dni w tygodniu, są obsługiwane przez jednego operatora na zmianie oraz są serwisowane przez serwis producenta.
Porównanie rocznych kosztów utrzymania własnej instalacji OOS
do kosztów zlecenia odwadniania firmie usługowej
5. Przewoźna Stacja Odwadniania Osadu - porównanie prasy i wirówki
Z punku widzenia klienta, różnice techniczne pomiędzy stacjami zbudowanymi w oparciu o prasę i zbudowanymi w oparciu o wirówkę mają drugorzędne znaczenie. Natomiast ważne są osiągane parametry technologiczne i koszty eksploatacyjne.
Osiągane odwodnienie osadu dla obu urządzeń jest podobne, natomiast zużycie flokulantu a co za tym idzie całkowity koszt usługi, jest z reguły większe dla pras. Podobnie jest z zużyciem wody technologicznej, prasy wymagają okresowego płukania natomiast wirówki zużywają wodę jedynie do przygotowania roztworu flokulantu. Dodatkowo, prasy jako urządzenia gabarytowo znacznie większe, wymagają odpowiednio przygotowanego terenu.
Podsumowując można stwierdzić, że uwarunkowania techniczne wskazują na niższe koszty eksploatacji wirówek w porównaniu z prasami.
6. Inne zastosowanie stacji przewoźnej
Na zakończenie warto wspomnieć, że przewoźne stacje odwadniania osadu mogą być niezwykle pomocne podczas procesu decyzyjno-inwestycyjnego dotyczącego urządzeń stacjonarnych. Charakterystyka osadu zależy zarówno od procesu technologicznego jak i charakterystyki dopływu. Wartości te są różne dla każdej oczyszczalni, dlatego dobór urządzenia wg typowej charakterystyki osadu może być obarczony pewnym ryzykiem ponieważ typowe osady tak naprawdę nie istnieją.
Na zdjęciu: próby poligonowe w firmie Drobimex-Heintz Sp. z o.o. w Szczecinie Dąbiu
W związku z tym wydatkowanie niewielkich środków na przeprowadzenie prób z urządzeniem przewoźnym przed podjęciem decyzji, zarówno co do rodzaju urządzenia (prasa, wirówka) jak i konkretnego dostawcy, może w przyszłości oszczędzić kosztów i problemów.