MECHANICKÁ ČÁST ČOV SEDIMENTAČNÍ NÁDRŽE

Obsah MECHANICKÁ ČÁST ČOV SEDIMENTAČNÍ NÁDRŽE doc. Ing. Jaroslav Pollert, Ph.D.. hodina Mechanická část ČOV Lapáky štěrku a písku Lapáky tuků a olejů Sedimentační nádrže Primární sedimentace Vývoj koncepcí městského odvodnění stoková síť mech. ČOV biol. ČOV nové technické prvky nové technologie mechanické čištění Konvenční ČOV biologické čištění 150 1900 1950 2000 2050 Koncepce: rychlé odvedení všech odp.vod co nejpomalejší odvedení minima odp.vod omezení směšování vody a látek Metodika: lokální řešení integrované řešení principy trvale udrž. rozvoje 9 kalové hospodářství ČOV praxe, příklad technologického schématu velké ČOV, zkušenosti dle technologických částí ČOV praxe, čerpací stanice, lapák štěrku, česlovna Šneková čerpadla archimédův šroub vynese vše nižší účinnost, omezený výtlak Oběhová čerpadla vyšší účinnost nutno chránit vyšší účinnost nutno chránit, ulehčení obsluhy demontáží ochranných česlí se čerpadlo ucpe Externí materiál dovážený do přítoku by neměl obsahovat tuk- podpora vláknitého bytnění v aktivaci a vyplouvání tuku z dosazováků (DN) do odtoku. Tuk patří do vyhnívacích nádrží. Málo vyklízený lapák štěrku vede časem k obroušení lamel u lamelových česlí s následným sesunem ke kraji a zvětšenímezer mezi lamelami. Česle dnes mnoha typů lamely, rotační bubny, pásové. U většíchčov je lepší kombo hrubé + jemné mm česle(ochrana výměníků proti zanášení např. v kalovém hospodářství je pak účinnější a samotné jemné česle se nepoškodí při bouřce většímipředměty) Často problém, když po dlouhém suchu bouřky ucpání česlí tukovými nánosy. 1

ČOV praxe, lapák písku (LP), usazovací nádrže (UN) Lapák písku je na větších ČOV spíše podélný a na střednícha menších vírový pokud se dávkují chemikálie na zvýšení účinnosti UN, tak koagulant je vhodné dávkovat před LP (rozmíchávací a koagulační zóna) Pokud jsou na ČOV Vyhnívací náderže nebo se písek usazuje už v AN, pak je vhodně podélný LP z části neprovzdušňovat méně sedimentů v technologii jsou vhodné na ČOV, které se vypaltí vyrábět bioplyn primární kal z UN (surové organické látky) produkuje hodně bioplynu proti přebytečnému kalu z AN (těla baktérií a mikroorganismů) lepší je hůře postavená kruhová UN, než hůře postavená podelná UN nyní se dbá u větších ČOV na dostatečné zahuštění kalu v UN (pokud to stav UN dovolí tak na 6%), což při špatně nastavené a naprojektované trase primárního kalu vede k ucpávání už od koncentrace kalu -5% a výše. u malých ČOV často nejsou Mechanický stupeň (Lapák štěrku) Česle (hrubé, jemné) Lapák písku Primární usazovací nádrže Dno:surový kal, čerpán do anaerobního stupně Mechanicky vyčištěná voda postupuje do biologického stupně (10 % NL, ale velké množství koloidních frakcí a hlavně rozpuštěné nečistoty) 7 Mechanický stupeň ČOV Základem je sedimentace částic (gravitace) Zařízení (nádrže) musí být prostorné tak, aby se dostatečně snížila rychlost vody a byl dostatečný čas na sedimentaci částic Vlivy způsobující nerovnoměrnou usazovací rychlost: turbulentní charakter průtoku nádrží Změny ve viskozitě vody Změny v hustotě vody Mechanické čištění vod 1. stupeň čištění mechanické čištění předčištění městských odpadních vod způsobují mechanické závady a zanášení objektů a zařízení ČOV Procesy cezení, filtrace vzplývání, flotace usazování, zahušťování odstranění 60-0% suspendovaných látek 0 40 % organických látek BSK 5 odstranit hrubé, makroskopické látky stoková síť druh, charakter, stav zabezpečení s.s. před průnikem hrubých nečistot následující stupně č. ČOV druh a technologie biolog. č. sestava a technologie kalového hospodářství Typy suspenzí Zrnité Částice nemění během usazování tvar Rozhraní mezi tuhou a kapalnou fází tvoří plocha povrchu částic Patří sem i jílové částice, kaolín, uhelný prach, Vločkovité Částice netvoří pevné rozhraní s kapalinou; mění se jejich tvar a velikost Aktivovaný kal, hydroxidy těžkých kovů (úpravny vod), Typy sedimentace Prostá Částice se neovlivňují Zrnitý kal do koncentrace cca 0,5 % objemově Rušená Částice se ovlivňují, jejich rychlost sedimentace se snižuje Zahušťování Koncentrace suspenze je taková, že se tvoří fázové rozhraní mezi kapalnou a pevnou fází, tvoří se póry, ze kterých je kapalina vytlačována 2

F vz F g u 4. Základní fyzikální procesy F g... gravitační síla F F vz... vztlak (dle Arch. zákona) r F r... tření odporem prostředí V s... objem suspendované částice g... tíhové zrychlení ρ s... měrná hmotnost částice ρ... měrná hmotnost kapaliny FF g -F vz -F r V s.g.(ρ s -ρ)-f r ρ s > ρ sedimentace ρ s < ρ flotace pohyb F r opačný směr než pohyb částice pád částice rychlost a současně odpor prostředí F r až do stavu rovnováhy (F 0) částice pohyb konstantní rychlostí u F r - odporový součinitel k závisející nare i na rychlostisedimentaceu oblas sedimentace - laminární StokesRe 0,1 0,2 - turbulentní - přechodná Oseen1 Re obecné rovnice Newton Re 0,2; 1 Re 500; 500 Re 150 000 4.( ρč ρ ). g. d 24 k Re. ρ. k k k 0, 44 1,5 0,6 Re průměr částice (koule) Re u.d η kinematická viskozita Prostá sedimentace kulové částice v klidné kapalině. Stokesův zákon. F u.. Platí pro malé částice 50 100 μm Základní fyzikální procesy Výpočet rychlosti usazování částic Archimédovo kriterium A d.( ρč ρ). ρ. g r Re Ar 2 l.o. pro A r,6 > Re < 1 1 η p.o. pro,6 A r,4.10 5 Ar > 1 Re 500 Re 0,72 1. ( 1+ 0,125.Re ) t.o. pro,4.10 5 A r 7,4.10 9 >500 Re 1,5.10 5 1/ 2 Re 1,7. Ar Výpočet průměru částice d 2 u. ρ Ljaščenkovo kriterium LY η. g. ( ρ ρ ) l.o. pro L Y 2,22.10-4 > Re 1 Re 1.L y p.o. pro 2,22.10-4 < L Y < 2,91. 10 > 1 Re 500 Re 1. Ly.(1 + 0,125.Re t.o. pro 2,91.10 < L Y < 4,5.10 5 > 500 Re 1,5.10 5 Re 0,.LY Základní typy sedimentace (dle koncentrace suspenze) prostá - částice se neovlivňují - individuální charakter i sedimentační rychlost rušená - při nárůstu objemové koncentrace suspendovaných částic nad cca 0,5 % - dochází k vzájemnému ovlivňování x částice si zachovávají individuální charakter zahušťování suspenze vznik 2 oddělených prostředí - kapalina bez suspendovaných částic x suspenze částice tvoří pórovitou vrstvu, gravitační síly suspenze vytlačuje kapalnou fázi a zahušťuje se č 0,72 ) Lapák písku + odčerpávání Měl by zachytit částice d 0,2 0,25 mm Podélný lapák 0,15 0,45 m/s Vytěžený materiál co nejkratší skládkování; zneškodnění podobně jako shrabky z česlí Množství a složení písku Množství a složení kolísá podle typu kanalizační sítě (odlehčovací komory, ředění, uliční vpusti, udržování sítě, ) Za deště mohou být průměrné hodnoty překročeny až 0 x Složení písku 10 20 %sušiny, 50 % organických látek Množsví písku návrhové 5 12 l/obyv.rok Lapák tuku a olejů Princip jako u separace látek těžších než voda, ale obráceně: snížit rychlost průtoku a nechat lehčí látky vystoupat k hladině V městské čistírně tuky procházejí lapákem písku Pro městské odpadní vody se nejčastěji používají provzdušňované lapáky tuků (podpora vzestupné rychlosti nalepování na vzduchové bubliny) 17 1

Základní fyzikální procesy Flotace proces, jímž se oddělují pevné nebo kapalné částice nebo částečky od vodní fáze tak, že jsou zachycovány vzduchovými bublinami plovoucí částice se hromadí na hladině odstraňovány stíracím zařízením vznik mikrobublin- optimální velikost je 10 až 100 μm použití tam, kde nevyhovuje sedimentace částice mají špatné sedimentační vlastnosti velmi malý rozdíl mezi hustotou nerozpuštěných látek a hustotou OV daná lokalita je prostorově omezena mají být odstraněny oleje a mazací tuky druhy flotace podle vzniku mikrobublin volná flotace - jemnobublinnéprovzdušnění tlaková flotace- expanze vody nasycené vzduchem při zvýšeném tlaku vakuová flotace - snížení tlaku v systému biologická flotace- denitrifikační pochody v biomase - vznik plynného dusíku chemická flotace- přídaníchemikálií uvolňujících plyn elektroflotace - elektrolýza vody Lapáky písku zachytávání písku a min. částic ne kalových částic s vysokým org. podílem velikost zrn 0,2 až 0,25 mm v optim. 0, m.s -1 10 způsob odstraňování písku produkce písku a, ruční 5 až 12 l/1eo.rok čištění 1 2 x týdně b, strojní směr průtoku I, horizontální - komorový - štěrbinový II, vertikální - vírový (tangenciální) - provzdušňovaný 10 Lapáky písku povrchové hydraulické zatížení S h plocha hladiny 1 komory lapáku Q štěrbinový lapák písku n počet komor lapáku 2 1 v [ m. m. h ] Sh n optimální průřezová rychlost Q 2 1 v [ m. m. h ] S průřezová plocha 1 komory lapáku opt S n objem písku V p t p kapacita prostoru (2-4 dny),, doba zdržení n počet komor lapáku V objem usazovacího prostoru 1 komory lapáku EO, p EO v t p 10 100 v n V Θ Q V [ m ] oddílná s.s. v 1-6.10-6 m /1EO.den jednotná s.s. v 14 0.10-6 m /1EO.den [ s] v 0,05 0,60 m /100EO.den Lapáky tuků, škrobů a ropných látek gravitační separátory protékaná nádrž - zpomalí se průtok uklidní se hladina částice s ρ< ρ vody stoupá k hladině nejjednodušší zařízení typu Lapol - zpomalení proudu + norná stěna provzdušňování separátorů zvýšení účinnos separace flotace- separační proces - oddělení dispergovaných částic z kapaliny rotační šnek částice + mikrobublinaplynu flotační komplexy lehčí než voda 10 Lapáky tuků, škrobů a RoL koalescenčníseparátory koalescence sdružování vyšší účinnost odstranění ropných látek a tuků málo stabilních emulzí koalescečnífiltry shlukování ropných látek vyplavání na hladinu případné osazení sorpčních filtrů - odstranění nejjemnějších částic 1. nátok 2. norná stěna (usměrnění). sedimentační prostor 4. přepadová hrana 5. norná stěna (zachycení plovoucích nečistot) 6. norná stěna (usměrnění) 7. koalescenční filtr I. koalescenční filtr II 9. koalescenční prostor 10. přepadový žlab. odtok odlučovač ropných látek Primární sedimentace usazovací nádrže jsou navrženy pro separaci a částečné zahuštění primárního nebo směsného surového kalu Tvar nádrže, včetně všech detailů navržen tak, aby byla co nejvíce využita plocha a objem nádrže Střední doba zdržení (před aktivací) od 1 do hod 24 4

Teoretické doby zdržení UN Před aktivací průtok t (hod) Pro Q24 0,5 1,5 Pro Qmax 0,2 Zásady návrhu UN Obvyklé poměry při návrhu podélné UN: d : š : 1 a více; š : h 1 2,25 : 1 Obvykle obdélníkový půdorys Špatná funkce odstranění usazeného kalu způsobuje: Vyplavování již usazených částic Zmenšení průtočného průřezu vyšší rychlosti než návrhové 25 26 Usazovací nádrž návrh - usazovací rychlost částice - usazovací rychlost částice ve výšce h h výška nade dnem H celková hloubka usazovací nádrže t doba zdržení ( " ) ; objem nádrže V L x H x S! # $ 27 2 Vybavení UN Vybavení usazovacích nádrží: Vtokový objekt usměrnění vtoku tak, aby nenarušoval laminární proudění v usazovacím prostoru Zařízení na stírání kalu shrabovák(mostový, řetězový) Odtokový žlab na obvodu nádrže u kruhových - Na konci nádrže (pravoúhlé) 29 0 5

gravitační separace suspendovaných látek mostový shrabovák zařazení v technologické lince primární - separace suspendovaných částic z odpadní vody ( mech. čištění ) sekundární separace biologického kalu při biologickém čištění ( dosazovací nádrže ) dle tvaru a průtoku v nádrži pravoúhlé nebo kruhové s horizontálním průtokem kruhové s vertikálním průtokem UN s horizontálním průtokem štěrbinové usazovací nádrže (s kalovým prostorem) emšerská nádrž Doporučení ČSN 756401 prim. sedim. se zařazuje v ČOV za mech. předčištění do usaz. prostoru se nezapočítává kalový prostor stěny v kal. i usaz. prostoru hladké, min. sklon 1,7:1 sklon dna ke kalové prohlubni, 2 % pro horizontální UN 5 10 % pro vertikální UN hloubka usazovacího prostoru 2,0,0 m min. průměr potrubí na odběr kalu 0,15 m návrh přepadu přes hranu odtokového žlabu dokonalý (nebezpečí vzdutí hladiny v UN) před odtokem z UN osazeny norné stěny kruhová UN s radiálním průtokem povrchové hydraulické zatížení Q 2 1 F plocha hladiny nádrže v [ m. m. h ] doba zdržení Θ teoretická doba zdržení vody v nádrži Θ s doba zdržení skutečná η koeficient hydraulické účinnosti horizontální a radiální 0,4 0,5 vertikální 0,7 0, V objem nádrže Q průtokové množství vody Θ F Θ V Q s t v η. [ h] [ h] látkové zatížení povrchu [ ] 2 1 B A X. v kg. m. h X koncentrace kalové sušiny kal se vyváží cca 2x ročně anaerobně stabilizován štěrbinová UN emšerská velikost usazovacího prostoru Θ teoretická doba zdržení vody v nádrži [h] Q průtokové množství vody [m.h -1 ] Θ. Q V [ m ] η koeficient hydraulické účinnostinádrže [ - ] s objem kalu v k specifický objem kalu na 1 EO [m /1EO.d -1 ] 1 [ ]. V v. EO m d Teoretické doby zdržení a povrch. hydraul. zatížení UN (ČSN 7 6707) Zařazení UN Teoretická doba zdržení Q (h) k η k Povrchové zatížení v (m.m -2.h -1 ) Parametry Q V Q max Q V Q max - před biofiltry 1) 2,0-4,0 - před aktivací 2) 1,0 -,0 1,0 0,5 0,7-1,4 1,0-2, 1) Recirkuluje-li se v ČOV s biofiltry před usazovací nádrží s vyrovnáním průtoku na stálou hodnotu průtoku(přítok + recirkulace), má být doba zdržení v UN 2 hodiny. 2) Doba zdržení v UN před aktivací se volí s ohledem na navrženou technologii aktivace. 2,5 5,0 Konstrukce kruhové usazovací nádrže Průměr 40 m i více Hloubka 2 m Vtoková rychlost 0,2 m/s 5 6 6

Usazovací nádrž podélná, kruhová Jiné typy UN vertikální (dortmundské) Mohou být kruhové nebo obdélníkové V ČR nejčastěji čtvercové, l 6 m Kal se odtahuje na základě hydrostatického tlaku Celková hloubka 4 6 m, svislé stěny výška 0,6 1,5 m Výhoda malá zastavěná plocha, jednoduchá údržba Nádrže s přerušovaným provozem Nádrže s nepřerušovaným provozem 7 Jiné typy UN štěrbinové (emšerské) Speciální typ podélně protékané usazovací nádrže Nádrže, které mají sedimentační a vyhnívací prostor Štěrbina musí být zakrytá bubliny plynu narušují sedimentaci Sklon stěn min. 1,4 : 1 Nerovnoměrné rozdělení rychlosti v UN Vtoková a výtoková rychlost vody vyšší než má protékat nádrží Špatné hydraulické provedení vtoku a výtoku, špatné rozdělení (zkratové proudy) Proudy o různých hustotách mění průtokovou rychlost Nekryté nádrže vliv větru 9 40 Proudění v UN lapák štěrku 6. Rekapitulace mech. čištění hrubé/jemné česle lapák písku lapák tuků, ropných látek usazovací nádrž 41 štěrk shrabky písek tuky, rop. l. kal 7