Napowietrzanie drobnopęcherzykowe

NAPOWIETRZANIE DROBNOPĘCHERZYKOW W SYSTEMIE E-FLEX

Ważny krok w kierunku optymalizacji membranowej techniki napowietrzania

Technologia E-FLEX®-

1. Wstęp

Dostarczanie tlenu do komór z osadem czynnym należy do podstawowych czynności, które są niezbędne w biologicznym oczyszczaniu ścieków. Dostępnych jest wiele systemów konkurencyjnych pod względem technicznym.

Wprowadzanie sprężonego powietrza w postaci drobnych pęcherzyków przy dnie komory z osadem czynnym należy do standardowych metod, które sprawdziły się już od dziesięcioleci. Konsekwentnie przez cały czas optymalizowano tego typu wyposażenie. To dotyczy również produktów INVENT AG opracowanych specjalnie do napowietrzania ścieków.


Rysunek 1: Próbne napowietrzanie w modułach E-Flex®

Przed laty podjęto intensywne prace badawcze w obszarze napowietrzania za pomocą drobnoporowatych membran. Celem tych badań było opracowanie nowoczesnego systemu napowietrzania w oparciu o elastyczne drobnoporowate membrany, który usuwałby wady istniejących systemów, a łączył skutecznie ich zalety.


Rysunek 2: Zastosowanie modułu E-Flex® w komorze osadu czynnego (oczyszczalnia Bernsburg).

System napowietrzania E-FLEX® opracowano na podstawie badań wymiany tlenu i tworzenia się pęcherzyków na elastycznych membranach, przeprowadzonych na uniwersytecie w Erlangen - Nürnberg i w IVENT.


Rysunek 3: Układ promieniowy modułów E-Flex® w okrągłym reaktorze SBR. Do mieszania podczas faz denitryfikacji są zamontowane dwa mieszadła HyperClassic.


Rysunek 4: Membrany rurowe E-Flex® w czasie próby pilotażowej.

Mając na uwadze konieczność standaryzacji poszczególnych elementów składowych, wybór materiałów, aspekt bezpieczeństwa pracy oraz odpowiednią mechaniczną wytrzymałość membran napowietrzających, przeprowadzone badania pozwoliły na stworzenie systemu napowietrzania E-FLEX® w wykonaniu wyjmowanym z membranami EPDM.

2. Charakterystyka systemu E-FLEX®


Rysunek 5: Zastosowanie systemu E-Flex® w pojedynczym reaktorze SBR (Oczyszczalnia Buchschwabach).

Systemy napowietrzania powinny wprowadzać do ścieków duże ilości tlenu jednocześnie zużywając jak najmniej energii. W tym celu na powierzchni membrany należy wytworzyć pęcherzyki powietrza o optymalnej średnicy, aby można było jak najlepiej wykorzystać tlen z powietrza w każdym przypadku zastosowania. Optymalną średnicę pęcherzyka zasadniczo określa głębokość napływu sprężonego powietrza, a tym samym poziom ścieków w komorze napowietrzania. W przypadku membran elastycznych wielkość pęcherzyków zależy od ustawionego punktu pracy systemu napowietrzania, tzn. od właściwego przepływu sprężonego powietrza.


Rysunek 6: Wyraźnie widoczny równomierny obraz tworzących się pęcherzyków powietrza.


Rysunek 7: Schematyczne przedstawienie przepływu pęcherzyków sprężonego powietrza w górę komory.

E-FLEX® jest to modułowy system napowietrzania składający się z pojedynczych, swobodnie drgających membran rurowych o średnicy 30 mm. Doprowadzenie sprężonego powietrza do membran powoduje ich wyginanie w rezultacie szczeliny otwierają się i powietrze uchodzi przez nie w postaci drobnych pęcherzyków.

Wymuszony przepływ ścieków pomiędzy poszczególnymi membranami wywołuje ich ruch oscylacyjny co pozwala uzyskać wysokie częstotliwości uwalniania pęcherzyków, jednocześnie zapewniając małe ich rozmiary.

Zalety w porównaniu do istniejących systemów:

  • w znacznym stopniu unika się koalescencji pęcherzyków, która występuje na powierzchni dyfuzorów tarczowych, płytowych czy też rurowych,
  • skuteczne zapobieganie pokrywania się membran osadem, jak to ma miejsce w przypadku membranowych systemów napowietrzających w kształcie dysków z powodu niedostatecznej możliwości ich wydłużenia,
  • uniknięcie wzrostu strat ciśnienia w wyniku pokrywania się membran osadem,
  • budowa modułowa umożliwia prosty montaż, również w przypadku napełnionej komory; unika się w ten sposób kosztownych urządzeń do wyjmowania, jak to ma miejsce w przypadku innych systemów,
  • nie są wymagane przewody na dnie komory,
  • uzyskanie wysokiego stopienia wykorzystania tlenu z doprowadzanego sprężonego powietrza, co znacznie zmniejsza jego zapotrzebowanie.

3. Podstawowe dane i wymiary modułu w systemie E-FLEX®

Na rys. 8 i 9 pokazane są charakterystyki przenoszenia tlenu i strat ciśnienia dla membran napowietrzających typu E-FLEX.


Właściwy przepływ powietrza [m3/m2h]
Rysunek 8: Straty ciśnienia na membranie.


Właściwy przepływ powietrza [m3/m2h]
Rysunek 9: Standardowy stopień wykorzystania, SSA.

Wymiary modułu w wykonaniu standardowym (wyjmowalne) - Model SMB-30A:

Długość: 3000 mm

Szerokość: 1450 mm

Powierzchnia napowietrzania: 5 m2


Rysunek 10: Izometryczny widok modułu E-Flex® (dającego się rozbudować).

Parametry membrany

Średnica wewnętrzna: 30 mm

Grubość membrany: 2 mm

Kolor: czarny


Rysunek 11: Widok rozdzielacza powietrza do poszczególnych modułów od strony centralnego pomostu obsługi (Oczyszczalnia Kaisten).

Urządzenie napowietrzające E-FLEX składa się z rozdzielacza z przyłączami powietrza i węży oraz jednej końcówki ze złączkami wężowymi. Rozdzielacz i końcówka są wykonane z wysokogatunkowej stali szlachetnej i połączone specjalnymi kątownikami.


Rysunek 12: Schematyczna budowa urządzenia napowietrzającego E-FLEX®

Specjalna konstrukcja końcówki węża zapewnia równomierny rozkład powietrza w module i jednocześnie pełni funkcję urządzenia zabezpieczającego w przypadku zakłóceń. W celu ograniczenia uwypuklania się membran, zastosowano uchwyty z polerowanej stali szlachetnej rozmieszczone w regularnych odstępach. Każdy moduł systemu napowietrzającego posiada oddzielne doprowadzenie powietrza i daje się pojedynczo odcinać.


Rysunek 13: Próba napowietrzania na krótko przed uruchomieniem.

Z powodu wysokich wymagań dotyczących wytrzymałości, sztywności oraz konieczności konserwacji, szybkiego i łatwego montażu zastosowano takie materiały, które spełniają wszystkie oczekiwania nawet w najbardziej niekorzystnych warunkach:

  • szczelinowa membrana rurowa typu E-FLEX jest wykonana ze sprawdzonego kauczuku EPDM,
  • rozdzielacz powietrza, końcówki i uchwyty są wykonane z wysokogatunkowej stali nierdzewnej,
  • przewody pionowe, łączniki zaciskowe i końcówki są wykonane z jednorodnych gatunkowo materiałów i łatwo poddających się recyklingowi.

Wszystkie elementy składowe są wykonane z materiałów przyjaznych środowisku i oszczędzających zasoby naturalne.


Rysunek 14: Przykład montażu modułów E-Flex® łącznie z mieszadłem HyperClassic (oczyszczalnia Arnach).

Moduł podstawowy jest dostarczany jako wstępnie zmontowany. Odpadają czynności klejenia i spawania. Montaż odbywa się bezproblemowo i łatwo w komorach o różnych kształtach.


Rysunek 15: Próba napowietrzania przy niskim poziomie ścieków (oczyszczalnia Arnach).


Rysunek 16: Zastosowanie modułów E-Flex® w okrągłej komorze z osadem czynnym (oczyszczalnia Bernsburg). Moduły można wyjmować bez przerywania pracy oczyszczalni.

Do modułu podstawowego można nabyć zestaw do wyjmowania, składający się z dwóch podstaw ze stali szlachetnej i jednego podnośnika. Ze względu na swój ciężar własny moduł napowietrzający stoi pewnie na dnie komory; nie jest potrzebne dodatkowe mocowanie.


Rysunek 17: Rzut oka na reaktor SBR w oczyszczalni Kaisten z dekanterem Biogestu.


Rysunek 18: Wyraźnie widoczny równomierny obraz pęcherzyków w reaktorze SBR oczyszczalni w Kaisten.