Poprawa wydajności separacji w piaskownikach za pomocą sprężarek kłowych

Napowietrzane układy wychwytywania piasku stanowią kluczowy element pierwszego stopnia oczyszczania w oczyszczalniach ścieków, odgrywając istotną rolę w zapewnieniu optymalnego i ekonomicznego procesu oczyszczania. Oddzielanie piasku i innych minerałów chroni kolejne procesy oczyszczania przed uszkodzeniami spowodowanymi ścieraniem, zatykaniem i ostatecznie przed osadami. W piaskowniku w oczyszczalni ścieków w Poppenweiler w Ludwigsburgu dzięki zastosowaniu sprężarki kłowejMINK firmy Busch Vacuum Solutions zoptymalizowano oddzielania piasku, smarów i olejów. Osiągnięto to bez konieczności modyfikacji geometrii piaskownika.

Oczyszczalnia ścieków Poppenweiler

Oczyszczalnia ścieków Poppenweiler ma ekwiwalent populacyjny (PE) 31 000 i stanowi część wewnętrznej działalności komunalnego zakładu kanalizacyjnego w Ludwigsburgu obejmującej również oczyszczalnie ścieków w powiatach Eglosheim (PE 18 500) i Hoheneck (PE 167 000). Oczyszczalnia ścieków została uruchomiona w 1976 roku, a w latach 1994-1996 została znacząco rozbudowana i zmodernizowana. Wynikało to z faktu, że stara oczyszczalnia ścieków nie spełniała już wymagań dotyczących osiągów oczyszczania, głównie w kwestii rozkładu związków azotu i fosforu. Ponadto do oczyszczalni ścieków Poppenweiler podłączone zostały również gminy Affalterbach i Marbach-Siegelhausen. Obecnie na powierzchni 342 hektarów zlokalizowana jest oczyszczalnia ścieków o rozmiarze PE 31 000, klasy 4.

15-metrowy osadnik piasku (il. 1) z 1976 roku jest nadal używany. Podczas rozbudowy i modernizacji w latach 90. nie został zmieniony, w związku z czym osiągnął granicę wydajności. Stało się to widoczne z powodu osadów piasku w oczyszczalni wstępnej i kolejnych zbiornikach napowietrzania. Dlatego Walter Eichinger, kierownik ds. eksploatacji wszystkich trzech oczyszczalni ścieków komunalnego zakładu kanalizacyjnego w Ludwigsburgu, zaczął szukać rozwiązania, które możliwie najbardziej ekonomicznie zoptymalizuje osiągi oddzielania piasku.

Na podstawie wytycznych Niemieckiego Stowarzyszenia ds. Wody, Ścieków i Odpadów (DWA) Helmut Riegraf, kierownik projektu komunalnego zakładu kanalizacyjnego w Ludwigsburgu, obliczył wymagane wymiary cokołu, który umożliwiłby optymalne oddzielanie piasku i zawiesin, takich jak oleje i smary, z organicznych ścieków. W rezultacie piaskownik musiałby być dłuższy o co najmniej trzy metry, aby zmniejszyć prędkość przepływu i być zdolny do optymalnego oddzielania. Ze względu na wysokie koszty konstrukcji i czasy przestoju związane z rozbudową zbiornika piaskownika Walter Eichinger i Helmut Riegraf zastanowili się nad opcją optymalizacji obiegu ścieków za pomocą napowietrzania.
Chcieli zmienić turbulentną energię kinetyczną spowodowaną prędkością obrotowej ścieków poprzez zmianę przepływu objętościowego powietrza. Z tego powodu zamierzali wykorzystać prędkość przepływu, aby wpłynąć na pionowy obieg ścieków spowodowany napowietrzaniem i ich ruchem do przodu.

Rozwiązanie nadciśnieniowe firmy Busch i korzyści dla klienta

Już zamontowana dmuchawa rotacyjna lobowa nie była regulowana i zapewniała stały przepływ objętościowy przy nadciśnieniu 0,5 bara. Wtedy Walter Eichinger nawiązał kontakt z firmą Busch Vacuum Solutions. Firma zaleciła montaż sprężarki kłowej MINK (il. 2) z zewnętrznym napędem o zmiennej prędkości. Ta sprężarka zapewnia również stałe nadciśnienie 0,5 bara, ale przepływ objętościowy można regulować za pomocą przetwornicy częstotliwości, aby dokładnie dostosować go do wymagań istniejącego piaskownika. Dzięki zasadzie działania sprężarki kłowej można regulować jej pracę w szerokim zakresie 20–60 Hz bez wpływu na wytwarzane nadciśnienie.

Walter Eichinger przeprowadził kilkutygodniowe testy nowej sprężarki kłowej MINK firmy Busch, aby osiągnąć optymalną wydajność oddzielania w piaskowniku. Ostatecznie stwierdził, że najlepsze wyniki są osiągane, gdy sprężarka pracuje z częstotliwością 35 Hz, co jest w dużej mierze niezależne od zanieczyszczenia ścieków lub prędkości przepływu. W przypadku dużej ilości ścieków wystarczy wydłużyć okresy między odsysaniem piasku. Sprężarka kłowa MINK jest zamontowana w szafce akustycznej starej dmuchawy rotacyjnej lobowej, chociaż pracuje znacznie ciszej. Przetwornicę częstotliwości zamontowano na ścianie, dzięki czemu jest łatwo dostępna, a prędkość można w razie potrzeby łatwo zmienić za pomocą przycisku.
Teraz to rozwiązanie wprowadza dokładnie taką ilość powietrza, jaka jest potrzebna, za pomocą kilku dysz, które są zamocowane na całej długości piaskownika (il. 3) na głębokości 2,90 metra. Ruch obrotowy, który wywołują w ściekach, jest teraz regulowany przez prędkość obiegu w taki sposób, że piasek i inne materiały mineralne osadzają się w kanale piaskownika zbiornika. Jednocześnie materiały organiczne pozostają w zawiesinie i opuszczają piaskownik przez oczyszczalnię wstępną do zbiorników napowietrzania, gdzie są potrzebne do denitryfikacji. Zbyt słaby ruch obrotowy spowodowany niewystarczającym napowietrzaniem może prowadzić do niepożądanych osadów materiałów organicznych w formie osadu na dnie zbiornika i w kanale piaskownika. Poprawiono również oddzielanie olejów, smarów i innych substancji zawieszonych, dzięki czemu unoszą się one na górze odtłuszczalnika i mogą zostać oddzielone.

W ten sposób możliwe było zwiększenie wydajności ponad 40-letniego piaskownika przy stosunkowo niskich kosztach, tak aby możliwie maksymalnie ograniczyć ilość piasku i innych materiałów mineralnych dostających się do kolejnych etapów obróbki mechanicznej i organicznej. Poprawiło to również funkcjonalność i niezawodność całej oczyszczalni ścieków.

Walter Eichinger zauważył również kolejną zaletę nowej sprężarki kłowej MINK: w porównaniu z poprzednią dmuchawą rotacyjną lobową: sprężarka kłowa jest bardziej energooszczędna i wyposażona w silnik energooszczędny IE3, co przekłada się na oszczędność energii wynoszącą około 33%. Konserwacja ogranicza się do corocznej wymiany oleju wykonywanej przez technika serwisu firmy Busch.