Ciała stałe przede wszystkim

W ciągu zaledwie dwóch lat od rozpoczęcia działania zakład odzyskiwania wody w mieście Middletown zainstalował wirówkę dekantacyjną, która skróciła czas produkcji o dwa dni w tygodniu, zwiększyła wydajność i pozwoliła zaoszczędzić tysiące galonów substancji chemicznych rocznie, przyczyniając się do znacznych oszczędności. 

Kevin Glidewell, operator w zakładzie WWTP w Middletown, przeprowadza konserwację wirówki.

Tło

Oddział oczyszczania ścieków miasta Middletown w stanie Ohio obsługuje i utrzymuje 26 milionów galonów wody z oczyszczalni ścieków dziennie. Oddział ten chroni zdrowie społeczności i środowiska, odzyskując każdego dnia średnio 14,5 miliona galonów ścieków ze  wszystkich źródeł: mieszkalnych, komercyjnych i przemysłowych. Z tego procesu dostarczane są dwa produkty z recyklingu: czysta woda odprowadzana do rzeki Great Miami oraz około 1500 ton suchej biomasy, które są stosowane w gospodarstwie do uzdatniania składników odżywczych i gleby.

Przepływ projektowy dla zakładu odzyskiwania wody wynosi 26 mgd i jest wystarczający dla 48 000 do 50 000 osób. System łączony oznacza, że przepływy mogą osiągać szczyt na poziomie od 48 do 50 mgd.

Wyzwanie i rozwiązanie

W zakładzie odzyskiwania wody używano wcześniej prasy taśmowej i wirówki, które nie działały prawidłowo. W 2018 roku firma usunęła prasę taśmową, ponieważ technicy mieli trudności z jej obsługą i produkowała ona zaledwie od 15 do 18% ciał stałych. Wirówka produkowała 30% ciał stałych. 

„Zależało nam na większej jednorodności naszych ciał stałych, co pozwoliło obniżyć koszty transportu” — powiedział Gerry Burris, kierownik WRF. “Chcieliśmy mieć coś podobnego do maszyny, którą już mamy. Jednakże dostępna maszyna stwarzała wiele problemów mechanicznych a producent nie zapewniał dobrej obsługi. 

 

W 2018 roku zakład zainstalował wirówkę Xelletor od Flottweg dzięki czemu skróciliśmy czas produkcji z pięciu dni w tygodniu do trzech dni w tygodniu (z 8 do 10 godzin dziennie). Zatrzymaliśmy starszą wirówkę jako urządzenie zapasowe. Usunęliśmy też prasę taśmową. 

„Dzięki krótszemu harmonogramowi mogliśmy nadal przemieszczać produkt bez zwiększania kosztów operacyjnych i chemicznych, pracując przez pięć dni w tygodniu” — wyjaśnia Burris. „Obecnie zużywamy mniej paliwa i osiągamy większą wydajność niż w przeszłości, gdy sprzęt pracował pięć dni w tygodniu”. 

Burris powiedział, że miasto zaoszczędziło pieniądze dzięki samodzielnej instalacji maszyny, która działała bezproblemowo. 

„Mieliśmy kilka problemów z uruchomieniem, ponieważ operatorzy próbowali obsługiwać ją jak poprzednią maszynę” — powiedział. „Byli przyzwyczajeni do elementów sterowania drugiej maszyny, ale firma Flottweg wykonała świetną robotę polegającą na zintegrowaniu ekranów i sprawieniu, że wyglądały one podobnie do poprzednich maszyn. To ułatwiło przejście”. 

Ponadto nowa maszyna zapewniła zakładowi możliwość wprowadzenia zmian w sposobie wykorzystania środków chemicznych. 

„To było jak noc i dzień” — mówi Burris. „Firma Flottweg zaoszczędziła nam tony substancji chemicznych. Nie używamy już tyle polimeru ani chlorku żelaza”.

 

W 2016 i 2017 roku zakład zużył 71,000 galonów chlorku żelaza w skali roku. W 2018 roku było to 112,00 galonów, ponieważ stosowana była prasa taśmowa i starszy model maszyny. W 2019 roku zużycie środków chemicznych wyniosło jedynie 49 000 galonów — to poważny spadek. W listopadzie 2020 roku użyto tylko 39 000 galonów. Chlorek żelaza jest substancją uzupełniającą. 

„W celu wyeliminowania patogenów w strumieniu ścieków stosujemy autotermalny proces trawienia aerobowego. w skrócie ATAD. Stosuje się w nim mieszanie i wysoką temperaturę, nawet do 140 stopni” — powiedział Burris. „Następnie odpady są przekazywane przez wymiennik ciepła w celu schłodzenia ich do około 100 stopni i wysłania do wirówki. Polimer nie ulega też odwodnieniu z powodu wysokich temperatur, dlatego na tym etapie procesu dodawany jest chlorek żelaza. Zapewnia  on niezbędne udoskonalenie  procesu odwadniania”. 

Zakład obniżył o połowę wykorzystanie chlorku żelaza. Znacznie obniżone zostało też zużycie polimerów. 

W 2017 roku w zakładzie użyto 102 000 galonów polimeru. W 2018 roku zużyto 59 000 galonów. W 2020 roku przez 11 miesięcy zużyto zaledwie 40 000 galonów. 

Jak działają wirówki dekantacyjne?

Odwadnianie szlamu ściekowego przynosi operatorom oczyszczalni ścieków ogromne oszczędności. Koszty transportu i utylizacji odwodnionego szlamu ściekowego stanowią często nawet 80% kosztów operacyjnych. W zależności od wydajności instalacji o 1% większa zawartość masy suchej w odwodnionym szlamie ściekowym może oznaczać nawet sześciocyfrową oszczędność na kosztach. 

W tradycyjnej konstrukcji wirówki mieszanina, która ma zostać rozdzielona, jest doprowadzana do maszyny rurą stacjonarną. Mieszanina przedostaje się do cylindrycznej części misy przez otwory w korpusie ślimaka, a następnie jest przyspieszana. Dzięki działaniu siły odśrodkowej w urządzeniu powstaje pierścień cieczy. Grubość pierścienia nazywana jest głębokością jeziorka. Frakcja stała, zwana także fazą ciężką, tworzy na ścianie misy koncentryczną warstwę. Frakcja stała jest usuwana przez ślimak w stożkowej części maszyny. Oddzielona ciecz jest odprowadzana przez odpływ znajdujący się po przeciwnej stronie. 

 

Kąt stożka, odpływ i korpus ślimaka ograniczają głębokość jeziorka. Niewielka głębokość jeziorka jest optymalna w przypadku mieszanin zawierających ziarnistą materię stałą, a bardziej stromy stożek lepiej sprawdza się w przypadku materii o neutralnej pływalności, ze względu na którą wymagany jest dłuższy czas pozostawania w urządzeniu w celu oddzielenia. W większości zastosowań związanych ze ściekami dobrze sprawdza się większa głębokość jeziorka.

Otwory w korpusie ślimaka, którymi mieszanina jest wprowadzana do wirówki, obłożone są twardymi okładzinami zwiększającymi odporność na zużycie. Geometria otworów została dostosowana w taki sposób, aby zapewnić łagodny przepływ cieczy, ale mimo to na mieszaninę działa siła ścinająca, co powoduje zmniejszenie skuteczności polimeru, a tym samym również skuteczności separacji. 

W przypadku konwencjonalnych wirówek dekantacyjnych korpus ślimaka ogranicza głębokość jeziorka. Konstrukcja urządzeń takich jak seria Xelletor eliminuje te ograniczenia. Po raz pierwszy możliwe jest zastosowanie pogłębionego jeziorka, co korzystnie wpływa na kompresję, strefę oczyszczania, a ostatecznie także na wydajność separacji. 

 

Firma Flottweg opracowała wirówkę przeznaczoną specjalnie do wydajnego odwadniania szlamu ściekowego. Czerpiąc inspirację z lekkiej konstrukcji superszybkich samochodów sportowych i motocykli, niemiecka firma inżynieryjna opracowała koncepcję konstrukcji wirówek o nazwie Xelletor. Serce nowej konstrukcji — wirnik i ślimak – zaprojektowano od podstaw. W wyniku tych prac powstał ślimak bez korpusu ślimaka.

W urządzeniu z serii Xelletor ciecz jest odprowadzana bezpośrednio do jeziorka w misie wirówki. Ciecz jest przyspieszana przy znacznie mniejszym ścinaniu, co skutkuje mniejszym zużyciem flokulantów. 

W pełni automatyczna regulacja prędkości misy i prędkości różnicowej przekłada się na zawsze optymalny poziom suchej masy w odwodnionej frakcji stałej – nawet w przypadku zmiennych warunków zasilania. 

Wirówka dekantacyjna marki Flottweg do odwadniania szlamu ściekowego

Wyniki

W mieście Middletown, gdzie wirówka z serii Xelletor wykorzystywana jest od 2018 roku, uzyskano oszczędności na kosztach, a także preferowaną zawartość frakcji stałej na poziomie 28–30%.

„Mieliśmy pewne problemy, ale zespół Flottweg reagował bardzo szybko” – wyjaśnia Burris, odnosząc się do sytuacji, w której wymagany był montaż specjalnej części. „Rano zadzwoniliśmy do firmy Flottweg, a w ciągu godziny był już u nas jej technik, który przeprowadził montaż nowej części. Maszyna została uruchomiona ponownie jeszcze przed końcem dnia. Byliśmy pod ogromnym wrażeniem poziomu obsługi”. 

W przypadku innej maszyny uzyskiwaliśmy nieco większy poziom frakcji stałej, ale wymagało to użycia znacznie większej ilości środków chemicznych tylko po to, aby poprawić wynik o około 1,5%.  

„Musieliśmy zadać sobie pytanie, czy naprawdę potrzebujemy aż 32% frakcji stałej” – wyjaśnia Burris. „Obecnie średni poziom uzysku materii stałej w urządzeniach marki Flottweg wynosi od 28 do 30%. O 1,5% większa wartość nie uzasadniała dodatkowych kosztów związanych z użyciem środków chemicznych. Doskonałym posunięciem było sięgnięcie po rozwiązanie firmy Flottweg, która błyskawicznie reaguje na nasze potrzeby. Technik przyjeżdża zawsze, gdy go potrzebujemy, i pozostaje na miejscu aż do przywrócenia właściwej pracy. To dla nas ogromnie ważne”.

Konserwacja urządzenia z serii Xelletor nie wymaga wielu czynności. 

„Po każdym cyklu pracy operatorzy nakładają dwie porcje smaru na koniec łożyska i to wszystko” – dodaje Burris. „Jesteśmy bardzo zadowoleni. Uzyskujemy dobry poziom frakcji stałej przy mniejszym zużyciu środków chemicznych i w krótszym czasie. Czy potrzeba nam więcej”? 

O autorze

Robert Rhea

Robert Rhea jest menedżerem sprzedaży w firmie Flottweg Separation Technology Inc.

Więcej o naszych rozwiązaniach