Z uwagi na konieczność przeróbki i zagospodarowania osadów ściekowych, coraz częściej poszukuje się nowocześniejszych, bardziej ekonomicznych i efektywnych rozwiązań. Tradycyjne, powszechnie stosowane urządzenia wykazują szereg niedogodności, które przeważnie wiążą się ze wzrostem kosztów eksploatacyjnych. Przykładem może być prasa taśmowa, która zajmuje dość dużo przestrzeni, zużywa niemałe ilości wody płuczącej, wymaga nadzoru pracowników obiektu z uwagi na możliwość zsunięcia się taśm, a także ma otwartą konstrukcję sprzyjającą rozbryzgom osadu dookoła oraz powstawaniu odoru. Często stosowanym urządzeniem jest także wirówka, aczkolwiek odwadnianie osadu z jej pomocą jest procesem energochłonnym oraz wymagającym większych dawek flokulanta. Ponadto, nie zaleca się używania wirówki do odwadniania osadów tłustych czy oleistych.
Alternatywą w odwadnianiu osadów jest prasa śrubowo-talerzowa, opisany poniżej na przykładzie urządzenia MDQ produkowanego przez firmę ESMIL Prodeko-Ełk wspólnie z japońską firmą Tsurumi-Pump (rys. 1). Główną zaletą tego typu odwadniacza jest niski koszt eksploatacji dzięki oszczędności mediów i reagentów. Prasa śrubowo-talerzowa służy do odwadniania osadów z szerokim zakresem zawartości suchej masy na wejściu, nie tylko komunalnych, lecz także różnego rodzaju osadów przemysłowych. Urządzenie charakteryzuje zamknięta, kompaktowa konstrukcja, niskie zużycie energii elektrycznej i wody oraz niewielka zajmowana powierzchnia. Rezultaty odwadniania, w zależności od rodzaju osadu, mogą wahać się od kilkunastu do kilkudziesięciu procent suchej masy w odwodnionym cieście. Odwadniacz ten występuje w wielu wariantach, w zależności od oczekiwanej produktywności. Wydajność waha się w zakresie od około 6 do 288 kg sm./h w przypadku osadu nadmiernego, oraz od około 13 do 640 kg sm./h dla osadu poflotacyjnego z przetwórstwa mięsnego. Oznaczenie MDQ-101 wskazuje, iż urządzenie posiada jedną śrubę o średnicy 10 cm. Jest to najmniejszy model urządzenia, natomiast największy wariant to MDQ-354, czyli cztery śruby o średnicy 35 cm każda.
Rys.1. Odwadniacz śrubowy MDQ-353
Odwadniacz posiada wbudowane strefy zagęszczania, dzięki czemu nie ma konieczności instalacji dodatkowych urządzeń do zagęszczania osadu i pozwala odwadniać osad o wysokim uwodnieniu. Urządzenie wyposażone jest w zbiornik flokulacji, z którego osad trafia do bębna odwadniającego (rys. 2).
Rys. 2 Schemat bębna odwadniającego
Bęben ma właściwości samoczyszczące, wewnętrzna powierzchnia ruchomych płytek jest w stałym kontakcie z powierzchnią zewnętrzną zwojów ślimaka (śruby), a więc płytki są stale w ruchu (ślimak wypycha krawędzie ruchomych pierścieni, prowadzi to do ciągłego ruchu między szczelinami), co zapobiega zatykaniu. Konstrukcja została stworzona w taki sposób, że woda jest używana tylko do spłukiwania osadów z powierzchni bębna (rys. 3).
Rys. 3 Widok bębna odwadniającego oraz dysz płuczących
W celu doboru odpowiednich parametrów pracy odwadniacza na różnych typach osadów, a także zalecanego wariantu wykonania urządzenia zaleca się przeprowadzenie badań pilotażowych. Pozwala to na określenie efektywności procesu (zawartość suchej masy w cieście, zawiesina ogólna w filtracie, wydajność) oraz parametrów odwadniania takich jak optymalna dawka i rodzaj flokulanta lub koagulanta. Istnieje także możliwość zbadania specyficznych parametrów odcieku (ChZT, stężenie azotu, fosforu, metali itp.) .
Poniżej przedstawione są wyniki badań pilotażowych oraz badania już zainstalowanych odwadniaczy produkcji ESMIL-Tsurumi z różnych obiektów, głównie przemysłu spożywczego oraz komunalnych oczyszczalni ścieków. Parametry takie jak zawartość suchej masy oraz czystość filtratu mierzone były metodą wagową po wysuszeniu w temperaturze 105 ͦC.
Wyniki badań odwadniania osadu w komunalnych oczyszczalniach ścieków
Odwadniacz śrubowy MDQ został przetestowany na zagęszczonym osadzie nadmiernym z komunalnych oczyszczalni ścieków. Wyniki odwadniania są zbliżone, w każdym przypadku placek zawiera około 17 % s.m. Poniżej przedstawione są wyniki badań pilotażowych przeprowadzonych na oczyszczalniach komunalnych w Polsce oraz badania odwadniacza funkcjonującego na oczyszczalni ścieków na Węgrzech (tabela 1).
Tabela 1. Wyniki odwadniania osadu w komunalnych oczyszczalniach ścieków
| OŚ 1, Polska | OŚ 2, Polska | OŚ, Węgry | |
|---|---|---|---|
| Rodzaj osadu | nadmierny zagęszczony | nadmierny zagęszczony | nadmierny zagęszczony |
| Sucha masa osadu na wejściu | 2,0 – 2,5 % | 2,9 % | 2,0 % |
| Sucha masa osadu na wyjściu | 16 - 17 % | 17,0 – 17,5 % | 17 - 18 % |
| Zmniejszenie objętości osadu | ≈ 7 razy | ≈ 6 razy | 8,5 - 9 razy |
| Dawka flokulanta (kationowy) | 4,5 – 5,0 kg/t s.m. | 8,7 kg/t s.m. | 5,1 kg/t s.m. |
| Zawiesina ogólna (filtrat) | 120 - 260 mg/l | 50 - 100 mg/l | - |
Wyniki badań odwadniania osadu w zakładach przemysłu spożywczego
1) Zakład przetwórstwa drobiu – osad przefermentowany
Zakład zlokalizowany w Polsce zajmuje się zarówno ubojem drobiu, jak również przetwórstwem mięsa drobiowego. Odwadnianiu poddawano osad przefermentowany, będący mieszaniną osadu biologicznego oraz poflotacyjnego. Oczyszczalnia wyposażona jest w wirówkę, która osiąga stopień odwodnienia na poziomie 13-14 % s.m. Osad ten jest trudny do odwadniania, a z powodu wytrącania się struwitu przed odwadniaczem dodawany jest koagulant żelazowy. Wyniki badań przedstawione są w tabeli 2.
Tabela 2. Wyniki badań odwadniania osadu w zakładzie przetwórstwa drobiu, Polska
| Parametr | MDQ 101 | Wirówka | |
|---|---|---|---|
| Rodzaj osadu | przefermentowany (mieszanina biologiczny + poflotacyjny) | ||
| Sucha masa osadu na wejściu | 2,86 % | 2,99 % | 2,86 % |
| Sucha masa osadu na wyjściu | 19,45 % | 18,60 % | 13,2 % |
| Zmniejszenie objętości osadu | 6,8 razy | 6,2 razy | 4,6 razy |
| Dawka flokulanta (kationowy) | 8,4 kg/t s.m. | 6 kg/t s.m. | 19 kg/t s.m. |
| Dawka koagulantu PIX 113 (Fe2(SO4)3 | 2-2,5 l/m3 osadu | 2-2,5 l/m3 osadu | 1-1,5 l/m3 osadu |
| Zawiesina ogólna w filtracie | 40 mg/l | 490 mg/l | 110 mg/l |
Dla porównania rezultatów odwadniania zbadano też osad odwadniany w zainstalowanej na obiekcie wirówce, jednak mimo bardzo wysokiej dawki flokulantu placek osadowy odznaczał się niską zawartością suchej masy. Osad odwadniał się najbardziej efektywnie przy najmniejszej wydajności oraz przy wyższej dawce flokulantu spośród testowanych. Zwiększenie wydajności urządzenia spowodowało spadek efektywności odwadniania oraz wzrost zawiesiny w filtracie.
2) Zakłady przetwórstwa mięsnego – osad poflotacyjny
Poniżej przedstawiono wyniki badań odwadniania osadu poflotacyjnego z zakładów przetwórstwa mięsnego (tabela 3).
W zakładzie przetwórstwa drobiu na Ukrainie oraz w zakładach mięsnych w Polsce przeprowadzono badania w celu monitorowania parametrów eksploatacyjnych zainstalowanych odwadniaczy śrubowo-talerzowych – MDQ-353 oraz MDQ-203. Z kolei w innym przedsiębiorstwie drobiarskim na Ukrainie odbyły się badania pilotażowe prasy śrubowo-talerzowej MDQ-201. Zakład ten jest jednym z największych tego typu na Ukrainie, produkując ponad 60 ton mięsa rocznie. Zajmuje się głównie produkcją brojlerów, a także hodowlą i sprzedażą kurcząt oraz jaj.
Tabela 3. Zestawienie odwadniania osadu poflotacyjnego z przetwórstwa mięsnego
| Parametr | Przetwórstwo drobiu – MDQ-353, Ukraina | Przetwórstwo drobiu MDQ-201, Ukraina | Zakłady mięsne, MDQ-203, Polska |
|---|---|---|---|
| Rodzaj osadu | poflotacyjny | ||
| Sucha masa osadu na wejściu | 16 % | 14 % | 5,6 % |
| Sucha masa osadu na wyjściu | 44 % | 47 % | 38,2 % |
| Zmniejszenie objętości osadu | 2,8 razy | 3,6 razy | 6,9 razy |
| Zawiesina ogólna w filtracie | - | - | 713 mg/l |
| Dawka flokulanta (kationowy) | 1,5 kg/t s.m. | 2,4 kg/t s.m. | 4,2 kg/t s.m. |
W zależności od uwodnienia początkowego osadu, końcowy placek osiągał 38 – 47 % s.m. Prasa śrubowo-talerzowa bardzo dobrze sprawdza się w odwadnianiu osadów zawierających oleje i tłuszcze. Z przeprowadzonych badań wynika, że osad odwadnia się efektywnie nawet przy niskich dawkach flokulanta. Dosyć wysokie wartości zawiesiny ogólnej w filtracie spowodowane są dużą zawartością substancji organicznych w osadzie poflotacyjnym.
3) Zakład produkujący musztardy i przyprawy
W zakładzie usytuowanym w Polsce produkowane są przyprawy, musztardy, ketchupy, marynaty i różne rodzaje octu. Testowano osad będący mieszaniną osadu poflotacyjnego oraz osadu z reaktorów SBR (tabela 4). Osad magazynowany był w zbiorniku bez mieszadła, co powodowało jego niejednorodność i znaczne różnice w zawartości suchej masy.
Tabela 4. Wyniki badań pilotażowych w zakładzie przemysłowym
| Parametr | Rezultat | ||
|---|---|---|---|
| Rodzaj osadu | mieszanina poflotacyjny + biologiczny z SBR | ||
| Sucha masa osadu na wejściu | 1,11 % | 1,25 % | 1,39 % |
| Sucha masa osadu na wyjściu | 23,10 % | 23,48 % | 26,93 % |
| Zmniejszenie obj. osadu | 20,8 razy | 18,8 razy | 19,4 razy |
| Dawka flokulanta (kationowy) | 6 kg/t s.m. | 2,7 kg/t s.m. | 6,8 kg/t s.m. |
| Zawiesina ogólna (filtrat) | 320 mg/l | 410 mg/l | 280 mg/l |
Najlepszy rezultat odwadniania zaobserwowano przy dawce flokulantu około 6,0 – 6,8 kg/t s.m., co dało średnio 25 % s.m. w cieście przy stosunkowo niskiej zawartości zawiesiny ogólnej w filtracie – około 300 mg/l. Obniżenie dawki flokuanta do niecałych 3 kg/t s.m. spowodowało nieznaczne obniżenie efektywności odwadniania oraz wzrost zawiesiny w filtracie do ponad 400 mg/l. Objętość odwadnianego osadu zmniejszyła się średnio około 20 razy.
Przykładowa analiza kosztów eksploatacyjnych niektórych zrealizowanych projektów
Zakłady mięsne, Polska
| Model odwadniacza | MDQ-203 |
|---|---|
| Rodzaj osadu | Poflotacyjny, zawierający oleje i tłuszcze |
| Wydajność hydrauliczna | do 4 m3/h |
| Wydajność wg suchej masy | do 220 kg s.m./h |
| Zawartość s.m. w osadzie wejściowym | 5 % |
| Zawartość s.m. w odwodnionym cieście | 38 – 39 % |
| Koszt konserwacji po roku eksploatacji (naprawa lub wymiana części) | 0 EUR |
| Dzienne zużycie energii elektrycznej (praca 4 h/d) | 4 kW |
| Dzienne zużycie wody płuczącej | 130 litrów |
| Dzienne zużycie flokulanta | 3 kg |
| Przybliżony dzienny koszt serwisu i obsługi | 15 EUR |
| Generalny koszt funkcjonowania prasy śrubowej (energia, reagenty, woda płucząca, naprawa i wymiana części) | 19 EUR na 1 tonę s.m. osadu |
Komunalna oczyszczalnia ścieków, Węgry
| Model odwadniacza | MDQ-353 C |
|---|---|
| Rodzaj osadu | aktywny z reaktorów SBR |
| Wydajność hydrauliczna | do 18 m3/h |
| Wydajność wg suchej masy | do 220 kg s.m./h |
| Zawartość s.m. w osadzie wejściowym | 1 – 2 % |
| Zawartość s.m. w odwodnionym cieście | 18-19 % |
| Koszt konserwacji po roku eksploatacji (naprawa lub wymiana części) | 0 EUR |
| Dzienne zużycie energii elektrycznej (praca 4 h/d) | 16 kW |
| Dzienne zużycie wody płuczącej | 700 litrów (40 razy mniej niż poprzednio zainstalowana prasa taśmowa) |
| Dzienne zużycie flokulanta | 10 kg |
| Przybliżony dzienny koszt serwisu i obsługi | 35 EUR |
| Generalny koszt funkcjonowania prasy śrubowej (energia, reagenty, woda płucząca, naprawa i wymiana części) | 20 EUR na 1 tonę s.m. osadu |
Podsumowanie
Prasa śrubowo-talerzowa MDQ odznacza się efektywną pracą z osadem o koncentracji od 1 % do nawet 16 % s.m. Na podstawie wyników badań można stwierdzić, iż zarówno osady poflotacyjne pochodzące z różnego rodzaju przemysłu spożywczego jak też osady komunalne bardzo dobrze odwadniają się na tego rodzaju prasie, generując przy tym znaczne oszczędności w codziennej eksploatacji.
Zalety prasy śrubowo-talerzowa:
- Efektywne odwadnianie zarówno w małych, jak i większych oczyszczalniach;
- Kilkukrotne zmniejszenie objętości osadu;
- Od kilkunastu do nawet kilkudziesięciu % suchej masy w odwodnionym placku;
- Odwadnianie osadów zawierających tłuszcze i inne substancje oleiste;
- Odwadnianie osadów zawierających piasek i inne mineralne tworzywa ścierne;
- Niskie zużycie energii elektrycznej (moc zainstalowana od 0,64 do 4,1 kW);
- Niskie zużycie wody płuczącej (16 – 132 l/h);
- Stosunkowo niska dawka flokulanta w porównaniu z innymi metodami odwodniania;
- Mechanizm samoczyszczący – brak ryzyka zatkania urządzenia;
- Zwartość konstrukcji, niewielka zajmowana przestrzeń;
- Zamknięta konstrukcja – minimalizacja nieprzyjemnych zapachów i zanieczyszczenia w pomieszczeniu;
- Praca w trybie automatycznym – minimalizacja obsługi;
- Ograniczenie poziomu hałasu;
- Długa żywotność i bezproblemowa eksploatacja;
- Wykonanie ze stali nierdzewnej AISI 304 (AISI 316).
