Piaskowniki

Opis procesu

Zanieczyszczenia mechaniczne, mineralne generalnie są niezagniwalne, posiadają większą prędkość opadania niż zawiesiny zagniwalne, organiczne i składają z cząstek ziarnistych. W ich skład wchodzi żużel, piasek, drobne kamienie, zmielona kawa itd. które generalnie nazywa się piaskiem. Usuwanie pisaku ze ścieków zachodzi w urządzeniach zwanych piaskownikami i zabezpiecza kolejne obiekty oczyszczalni przed:

*zapychaniem rurociągów
*zacieraniem mechanicznym elementów pomp, a tym samym ich zużyciem,
*kumulacją piasku w komorach napowietrzania i komorach fermentacji prowadzących do zmniejszenia ich pojemności czynnej.

Podstawowym zadaniem piaskowników jest rozdzielenie zawiesin mineralnych od organicznych , które maja być oddzielone w osadniku wstępnym. W większości piaskowników prędkość przepływu ścieków wynosi 0,3 m/s co gwarantuje zatrzymanie piasku pozbawionego zanieczyszczeń organicznych. Prędkości mniejsze przyczyniają się do sedymentacji także zawiesin organicznych, natomiast prędkości przekraczające 0,3 m/s powodują wypłukanie piasku z komór piaskownika.
W zatrzymanych zanieczyszczeniach mineralnych nie powinno być więcej niż 10% (wagowo) zanieczyszczeń organicznych.

Przeciętny skład granulometryczny piasku usuwanego ze ścieków miejskich przedstawia się następująco:
*ziarna o średnicy >1mm - 5,4 %
*ziarna o średnicy 0,5-1 mm - 11,8 %
*ziarna o średnicy 0,25-0,5 mm - 34,4 %
*ziarna o średnicy <0,25 mm - 48,4 %

Zawartość piasku w ściekach zależy od systemu kanalizacji. W kanalizacji o systemie rozdzielczym ilość piasku wynosi średnio 35 dm /1000 m ścieków. Orientacyjnie można przyjmować:
*0,02 dm /(M*d) - kanalizacja rozdzielcza,
*0,04 dm /(M*d) - kanalizacja ogólnospławna.

Piasek usuwany jest ze ścieków w wyniku procesu sedymentacji w zbiornikach o kształcie w rzucie: kwadratowych, prostokątnych, okrągłych lub hydrocyklonach w wyniku działania sił odśrodkowych.

Wyróżnia się typy piaskowników:
*piaskowniki poziome podłużne oczyszczane ręcznie lub mechanicznie.
*piaskowniki napowietrzane ze zgarniaczem zgrzebłowym,
*piaskowniki o przepływie pionowo-wirowym (tzw. piaskowniki Geigera)


Najprostszym piaskownikiem jest rozszerzony odcinek kanału, w którym prędkość
obniża się na tyle , że piasek opada na dno, będąc 2,5-raza cięższy od zawiesin organicznych.

Piaskowniki oczyszczane ręcznie
Piaskowniki oczyszczane ręcznie stosowane są tylko na oczyszczalniach bardzo małych. Zbudowane są z przynajmniej dwóch , równoległych , wydłużonych komór, które są wyposażone w urządzenia do stałej prędkości przepływu na stałym poziomie 0,3 m/s , niektóre piaskowniki posiadają w dnie komorę do magazynowania zatrzymanego piasku, natomiast wszystkie inne posiadają drenaż do opróżniania reaktora przed przystąpieniem do wybierania piasku.

Piaskowniki oczyszczane mechanicznie
Piaskowniki oczyszczane mechanicznie są to najczęściej zbiorniki prostokątne w postaci wydłużonego koryta przekroju poprzecznym prostokątnym, trapezowym lub parabolicznym. Ich minimalna długość wynosi 18 m, co wynika z minimalnego przetrzymania ścieków w komorze- 60 s oraz zadanej prędkości przepływu- 0,3 m/s Większość z nich posiada urządzenia do utrzymania stałej prędkości przepływu ,mechanizm do zgarniania zgromadzonego na dnie piasku oraz urządzenie do usuwania piasku.
Piaskowniki w kształcie w rzucie kwadratowym lub okrągłym, stosowane są rzadziej, wyposażone są w obrotowy zgarniacz do usuwania piasku. Ścieki pozbawione na kratach większych zanieczyszczeń pływających doprowadzane są z jednego boku piaskownika lub w jednym punkcie na jego obwodzie. Ze studzienki piasek transportowany jest za pomocą pionowego przenośnika kubełkowego lub nachylonego przenośnika śrubowego do klasyfikatora piasku lub płuczki, gdzie następuje oddzielenie zawiesin organicznych i piasku. piasek doprowadzany może też tu być za pomocą pompy. Na większych oczyszczalniach, gdzie mamy do czynienia z piaskownikami o szerszych komorach , piasek zgarniany jest za pomocą zgarniacza linowego do głównego leja osadowego znajdującego się zwykle na początku komory.
Klasyfikator piasku może być wyposażony w urządzenie o ruchu posuwisto-zwrotnym lub przenośnik śrubowy. Każde z tych urządzeń dodatkowo wyposażone może być w dysze natryskowe do przemywania pisaku. Obydwa urządzenia nachylone są pod pewnym kontem ku górze w celu łatwiejszego odprowadzania wody i zawiesin organicznych. Oczyszczony piasek jest zrzucany następnie do kontenera lub zbiornika transportowego.
Na niektórych oczyszczalniach miejsca do składowania piasku znajdują się w pewnej odległości od klasyfikatora piasku. Wówczas pneumatyczne strumienice doprowadzają piasek do zasobników. Jeżeli zasobniki wyposażone są w zastawki wymagane jest doprowadzenie wody płucznej, żeby zapobiec ich zatkaniu.
Usuwanie piasku za pomocą pompy eliminuje konieczność stosowania podnośników kubełkowych jednak mogą pojawić się problemy operacyjne związane z zatkaniem przewodów ssących pompy.

Piaskowniki napowietrzane
W piaskownikach napowietrzanych ( przedmuchiwanych) występuje wytrącenie piasku ze ścieków na skutek wywołanego wprowadzeniem sprężonego powietrza. Prędkość wirowania ścieków 0,3 m/s pozwala na utrzymanie w zawieszeniu zawiesin organicznych więc wydzielony piasek jest bardzo czysty.
Sprężone powietrze jest wprowadzone do piaskowników za pomocą dyfuzorów w ilości, która nadaje ściekom taka prędkość, że następuje sedymentacja piasku. Piaskownik napowietrzany może również spełniać funkcję odtłuszczacza. Jest wówczas wyposażony w dodatkową komorę biegnącą wzdłuż komory właściwej oddzielonej luźno zwisającymi deskami, w której następuje flotacja tłuszczy. Obciążenie tej komory nie powinno przekraczać wartości 18 m /m h w trakcie pogody bezdeszczowej.

Piaskowniki o przepływie pionowo wirowym
Piaskowniki te maja kształt leja; z mieszaniem lub bez mieszania. Do piaskowników tych doprowadza się ścieki po stycznej do obwodu komory o kształcie kołowym. Ruch okrężny cieczy jest wymuszony i wskutek tego w miarę oddalania się od środka koła ma miejsce pewne podwyższenie zwierciadła cieczy. Wywołane w ten sposób, w strefie przyściennej, nadciśnienie powoduje poprzeczny ruch strugi skierowany w dół. Ruch ten przyczynia się do lepszej sedymentacji ziaren piasku, który gromadzi się w stożkowej części piaskownika. Wznoszące prądy poprzeczne, panujące w środkowej części komory, maja za zadanie zapobiegać wytrąceniu się zanieczyszczeń organicznych.

Piaskowniki szczelinowe
Niekiedy na bardzo małych oczyszczalniach lub przed głębokimi komorami czerpalnymi pompowni stosuje się piaskowniki szczelinowe. W dnie kolektora doprowadzającego ścieki na teren oczyszczalni, wykonuje się 3-5 szczelin poprzecznych. Pod odcinkiem kolektora, gdzie wykonano szczeliny znajduje się komora do magazynowania piasku. Materiał wleczony po dnie kanału spada przez nacięte szczeliny do komory , zaś lżejsze cząstki i zawiesiny przepływają do kolejnych etapów oczyszczania. Szerokość szczelin wynosi 5-10 cm, a odległość pomiędzy poszczególnymi połowę średnicy kanału. Odcinki dna kolektora pomiędzy szczelinami są nachylone w kierunku spadku kanału ok.2 cm, w celu ułatwienia obsuwania się cząstek do komory magazynowania piasku.

Hydrocyklon
W hydrocyklonach , zbiornikach w kształcie stożka w wyniku działania siło odśrodkowych następuje oddzielenie piasku od ścieków. Mieszanina ścieków i pisaku doprowadzana jest pompą w górnej części cyklonu. Prędkość zasilania wywołuje wir, który powoduje że piasek opada do dolnej zwężonej części, natomiast reszta mieszaniny zawierająca głównie materiał organiczny gromadzi się w górnej warstwie. Zagęszczony piasek odprowadzany jest dolnym otworem natomiast pozbawione piasku ścieki opuszczają cyklon otworem w górze urządzenia i powracają do ciągu ściekowego. W niektórych cyklonach zainstalowany jest mieszacz, który wspomaga efekt wirowania. Integralną częścią procesu odwadniania jest pompa. Ponieważ cyklon nie posiada żadnych elementów ruchomych ,jego działanie zależy od stałego zasilania. Objętość doprowadzanej mieszaniny i wysokość ciśnienia jest określona przez producenta. Wymiary otworów doprowadzających i odprowadzających mogą być zmienne i w zależności od temperatury, stężenia zawiesin i innych parametrów mieszaniny.



Przeróbka piasku
Wydobyty z dna piaskownika piasek po oddzieleniu od niego części organicznych
(np. w hydrocyklonie) często jest przemywany i dezynfekowany zanim trafi na wysypisko. Przepłukanie i dezynfekcja zapobiega emisji uciążliwych zapachów, które mają miejsce w przypadku gdy oddzielony piasek trafia bezpośrednio na poletka ociekowe. Poletka stosowane do odwadniania piasku nie spełniają zatem swojego zadania i są rozwiązaniem przestarzałym.

Kontrola procesu
Jeżeli piasek nie zostanie usunięty ze ścieków na początku procesu oczyszczania może spowodować wiele problemów w kolejnych fazach oczyszczania. Dlatego konieczna jest wysoka efektywność procesu eliminacji piasku. Jednak instalacja usuwania piasku zużywa się tym bardziej im wyższy jest stopień zawartości części organicznych w usuwanym piasku. Im więcej usuwamy piasku tym więcej równocześnie usuwamy zawiesin organicznych- co jest efektem nieporządnym. Właściwa eksploatacja płuczek minimalizuje ten problem. Oczyszczalnia, na której brak instalacji do separacji zawiesin organicznych może się spotkać ze skargami mieszkańców, zwłaszcza gdy cuchnący piasek jest transportowany ulicami miasta do miejsca składowania. Ponadto, w obliczu zaostrzenia wymogów co do jakości składowanych materiałów , mogą być trudności w uzyskaniu zgody na wywożenie piasku na miejsce składowania.