Zwiększenie wydajności wychwytywania piasku dzięki regulowanej sprężarce kłowej

Miejska oczyszczalnia ścieków w duńskim mieście Kerteminde korzysta z napowietrzanego układu wychwytywania piasku od momentu jej uruchomienia w 1993 roku. Jednak nieustannie napotykała problemy podczas przenoszenia piasku z kanału układu, ponieważ piasek zbrylał się i nie mógł zostać usunięty przez pompę. Problem został rozwiązany, gdy oczyszczalnia zainstalowała sprężarkę kłową MINK firmy Busch Vacuum Solutions, ponieważ sprężarka jest sterowana ciśnieniowo i automatycznie zwiększa ciśnienie, aby unieść zbity piasek z dna komory.

Proces oczyszczania ścieków

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. System usuwania piasku w miejskiej oczyszczalni ścieków w Kerteminde, miasteczku na duńskiej wyspie Funen, jest wyposażony w dwuzadaniową sprężarkę. Podczas normalnej pracy napowietrza ona ścieki układzie wychwytywania piasku za pomocą dysz przymocowanych do podłoża. Taki przepływ powietrza powoduje cyrkulację ścieków, mechanicznie oddzielając piasek od substancji unoszących się na wodzie, takich jak smary i oleje oraz inne zawiesiny organiczne zawarte w ściekach. Ta sama sprężarka służy również do dostarczania sprężonego powietrza do pompy mamutowej, która służy do zasysania piasku z kanału układu wychwytywania i podawania go do zbiornika.

Pod względem wydajności oczyszczalnia ścieków Kerteminde została zaprojektowana z myślą o ekwiwalencie populacji (PE) liczącej 25 000 osób. Po rozruchu w 1993 r. układ wychwytywania piasku był zasilany sprężonym powietrzem przez dmuchawę typu turbo. Taka dmuchawa wytwarzała maksymalne nadciśnienie 0,6 bara, które było wystarczające do cyrkulacji ścieków i oddzielania piasku i smaru. Jednak kierownik operacyjny Erland Rasmussen (rys. 1) miał inny problem. Piasek zgromadzony w kanale zbrylał się, co oznaczało, że przywierał do podłoża i nie mógł zostać wypompowany przez pompę mamutową, ponieważ nadciśnienie dmuchawy turbo było zbyt niskie. Problem ten był szczególnie poważny podczas deszczu, który zwiększał ilość piasku w ściekach. Piasek można było usunąć tylko przez wyłączenie układu wychwytywania i ręczne rozbicie osadów piasku, a następnie odessanie ich za pomocą wozu asenizacyjnego. Prace te często trwały jeden lub dwa dni, a w tym czasie wychwytywanie piasku nie działało. Ponadto koszt wykonania tych prac przez firmę zewnętrzną był ogromny, a proces ten musiał być wykonywany kilka razy w roku.

Rozwiązanie sprężarkowe firmy Busch i jego zalety

Erland Rasmussen szukał lepszego rozwiązania i w 2014 roku skonsultował się ze specjalistami ds. próżni i nadciśnienia z firmy Busch Vacuum Solutions. W rezultacie dotychczasowa dmuchawa turbo została zastąpiona sprężarką kłową MINK (rys. 2) firmy Busch. Ta sprężarka kłowa wykorzystuje regulację częstotliwości,co umożliwia zmianę nadciśnienia poprzez zmianę prędkości obrotowej. Zasada działania umożliwia pracę sprężarki kłowej MINK w zakresie 20–60 Hz, co obejmuje zakres nadciśnienia 0,4–2,5 bara. Sterownik PLC programuje sprężarkę do napowietrzania wychwytywania piasku przez 40 minut (rys. 3) i w ten sposób do cyrkulacji ścieków. Erland Rasmussen obliczył, że 0,6 bara, które zaprogramował w systemie to idealne nadciśnienie do procesu optymalnej separacji piasku i smaru. Po upływie 40 minut następuje automatyczne przełączenie zaworów, a sprężarka kłowa MINK zwiększa nadciśnienie do 2,5 bara (rys. 4). W ten sposób piasek zebrany na dnie jest rozbijany i mieszany, dzięki czemu jest łatwo i bezpiecznie zasysany przez pompę mamutową i przenoszony do zbiornika. Po pięciu minutach odsysania piasku sterownik systemu napowietrzania przełącza go z powrotem na tryb standardowy, aby oddzielać piasek i smar.

Erland Rasmussen zauważył kolejną korzyść. Sprężarka kłowa MINK zużywa znacznie mniej prądu niż stara dmuchawa turbo. Sprężarka kłowa MINK jest wyposażona w silnik o mocy 9 kW. W fazie rozruchu w trybie 2,5 bara, trwającej tylko pięć minut, pobiera taki prąd znamionowy tylko przez krótki czas. Podczas 40-minutowego trybu standardowego z nadciśnieniem 0,6 bara silnik potrzebuje tylko ułamka tej wartości znamionowej. Dla operatora oczyszczalni ścieków oznacza to, że oprócz wyeliminowania kosztów ręcznego usuwania piasku nowe rozwiązanie pozwoliło również obniżyć koszty energii. Erland Rasmussen wyjaśnia, że sprężarka kłowa MINK jest również znacznie cichsza niż stara dmuchawa turbo, ponieważ jej prędkość obrotowa jest znacznie niższa.