CERCETĂRI EXPERIMENTALE LA SCARĂ DE LABORATOR [310521]
Cap 4
CAPITOLUL IV
CERCETĂRI EXPERIMENTALE LA SCARĂ DE LABORATOR
4.1. Aspecte generale
Studiul experimental s-a [anonimizat] a anului 2008 până in luna iunie a anului 2009. [anonimizat].
[anonimizat], [anonimizat], soluția frecvent aplicată la distribuția aerului în bazinele de aerare.
Pentru a se proiecta un sistem de aerare eficient în procent de 100% [anonimizat], în vederea stabilirii parametrilor ce sunt necesari unui transfer maxim de oxigen în apa reactorului biologic.
În procesele microbiologice ce se desfășoară în treapta biologică a [anonimizat] a căror viteză variază în funcție de raportul ce există între concentrația substratului din influent și concentrația bimasei în reactor. [anonimizat], într-[anonimizat].
Pentru a menține această concentrație de O2 la valoare constantă (de ex. de 2,6 mgO2/l) [anonimizat] O2/[anonimizat].
4.2. Descrierea instalației experimentale
Pentru efectuarea experimentelor s-a realizat un stand de încercări (fig. IV.1.). Acest stand este compus din echipamentele menționate mai jos:
bazin din oțel și sticlă cu dimensiunile : lungimea L – 3,30 m, lățimea l – 1,00 m, înălțimea H – 4,10 m și capacitatea de 13,20 mc;
rețea culisantă (cu greutate) pentru a monta rapid difuzorii;
sursă de aer (compresor de aer);
indicator de debit diafragme etalon;
senzor online pentru a [anonimizat];
manometru diferențial (cu apă) pentru a determina presiunea aerului și a căderii de presiune pe difuzor.
Fig. IV.1. Stand de încercări difuzor elastic cu disc
4.3. Metodologia și etapele desfășurării cercetărilor
Pentru a [anonimizat], este necesara realizarea acestor cercetări experimentale.
[anonimizat].
[anonimizat].
Notații utilizate :
Pentru o mai bună înțelegere a [anonimizat] a unităților de masură folosite:
θapa = [anonimizat] ˚C;
θaer = [anonimizat] ˚C;
H = [anonimizat] m;
Hi = înalțimea de insuflare a aerului, în m. coloană de apă;
Hi = H – a
a = distanța dintre radierul bazinului și partea superioară a difuzorului, în m;
dC/dt = viteza de transfer a oxigenului ( [anonimizat] O2/h);
Odi = oxigenul dizolvat inițial în apa care va fi supusă aerării
Odt = oxigenul dizolvat din proba de apă prelevată la momentul T, măsurat în mg/l;
Cg10 = concentrația la saturație a oxigenului dizolvat în apă, măsurată în mg O2/l, la o presiune de 760 mm col. Hg și o temperatură de 10˚C;
Cg8 = concentrația la saturație a oxigenului dizolvat în apă, măsurată în mg O2/l, la o presiune de 760 mm col. Hg și o temperatura de 8˚C;
V = volumul de apă din bazin, măsurat în m3;
nd = numărul de difuzoare instalate în bazin pentru acest experiment;
Qaer= debitul de aer introdus de suflantă în bazin, măsurat în m3/h;
Pb = presiunea barometrică la fața superioară a difuzorului, măsurată în m;
Csm = concentrația de saturație medie (la mijlocul adâncimii de insuflare) a oxigenului dizolvat în apă, la presiunea existentă în bazin și la temperatura apei, ,măsurată în mg O2/l;
Ot = procentul de oxigen în aer la ieșirea din coloana de aerare; (Ot≈19%);
KLa10 = coeficientul global al transferului de oxigen la temperatura de 10˚C, măsurat în h-1;
KLa8 = coeficientul global al transferului de oxigen la temperatura de 8˚C, măsurat în h-1;
vO10 = viteza de oxigenare la presiunea de 760 mm col. Hg și temperatura de 10˚C, măsurată în g O2/ m3, apa, h;
CO10= capacitatea de oxigenare, la o presiune de 760 mm col. Hg și o temperatură de 10˚C, măsurată în Kg O2/zi;
C’O10= capacitatea specifică de oxigenare, la o presiune de 760 mm col. Hg și o temperatură de 10˚C, în g O2/m3 aer, m.ad. ins..
4.3.1. Metodologia desfășurării cercetărilor
Etapele desfășurării experimentului sunt:
1. Pregătirea instalației pilot pentru desfășurarea experimentărilor, în care sunt stabilite numărul de difuzoare folosite, înalțimea coloanei de apă ce urmează a fi aerată, debitul de aer insuflat, numărul de puncte pentru recoltarea probelor și frecvența prelevărilor.
2. Determinarea prin măsurare a următorilor parametri:
temperatura aerului;
temperatura apei;
presiuniea atmosferică.
3. Eliminarea în procent de 100% a oxigenului dizolvat din apa ce va fi supusă aerarii. În acest caz se folosește sulfitul de sodiu, precum și clorura de cobalt.
4. Aerarea apei din bazin. Pe parcursul acestei operațiuni se recoltează probe de apă din diferite puncte ale bazinului la intervale de timp stabilite anterior.
5. Fixarea cu clorură de mangan și iodură de potasiu a oxigenului care s-a dizolvat în probele de apă recoltate.
6. Determinarea oxigenului dizolvat (Odt) din probele prelevate pentru care s-a folosit metoda Winkler și înregistrarea valorilor concentrației oxigenului dizolvat de senzorii montați în punctele de prelevare.
7. Determinarea parametrilor oxigenării, aceștia fiind :
coeficientul global al transferului de oxigen (KLa),
viteza de oxigenare (vO),
capacitatea de oxigenare (CO),
capacitatea specifică de oxigenare (c’O).
4.3.2. Etapele cercetărilor desfășurate
Experimentările sunt realizate pe difuzoare cu membrană de cauciuc, aceste difuzoare fiind produse de S.C. IMAT S.R.L. Bistrița.
Ca fluid supus aerării s-a utilizat apă curată (potabilă) de la rețeaua de distribuție din oraș.
4.3.2.1.Variante în care s-au desfășurat experimentările
Determinarea parametrilor oxigenării difuzoarelor produse de S.C. IMAT S.R.L. Bistrița cu membrană din cauciuc, au impus o gamă largă de experimente, astfel încat rezultatele obținute să fie convingătoare.
Experimentele au fost realizate în următoarele condiții:
S-a testat un număr variabil de difuzoare fixate pe radierul bazinului. Dispunerea difuzoarelor s-a facut simetric. Dimensiunile în plan ale bazinului sunt de 3,3 x 1,0 m ceea ce a permis experimentarea următoarelor variante pentru numărul de difuzoare:
ciclul experimental numărul 1; 4; 8; … n = 3 difuzoare;
ciclul experimental numărul 2; 5; 9; … n = 5 difuzoare;
ciclul experimental numărul 3; 6; 10; … n = 7 difuzoare.
Debitul de aer insuflat printr-un difuzor
Pentru fiecare ciclu experimental s-au folosit 3 sau 4 debite specifice, având în vedere ca valorile acestor debite să se înscrie în gama 2…10 m3/h. Am folosit un dispozitiv format dintr-o diafragramă fixată pe conducta de refulare a suflantei cu prize branșate la un manometru diferențial cu lichid (apă) pentru determinarea mărimii debitelor specifice.
Pentru o apreciere mai bună a debitului de aer introdus în bazin s-au utilizat două diafragrame:
pentru experimentele 1,2,3,4,5 s-a utilizat o diafragramă standardizată cu diametrul Ф = 39,31 mm;
pentru experimentele 6 ÷ 10 s-a utilizat o diafragramă standardizată cu diametrul Ф = 17,46 mm.
Înălțimea coloanei de apă folosite pentru aerare, respectiv adâncimea de insuflare.
În timpul experimentelor realizate, au fost utilizate înalțimi ale coloanei de apă cuprinse între 3.87 m și 4.00 m și adâncimi de insuflare cuprinse între 3.64 m și 3.76 m.
Temperatura aerului și a apei.
Datorită duratei experimentelor, temperatura aerului și a apei a oscilat între 8 ˚C și 16 ˚C.
Presiunea atmosferică
De asemenea, presiunea atmosferică a avut oscilații între 753,5 și 770 mmHg.
Punctele de recoltare a probelor de apă aerată, identice cu punctele de amplasare a senzorilor de oxigen.
S-au recoltat probe de la trei niveluri din bazinul de testare, astfel:
Punctul P5 fiind situat la 1,40 m deasupra radierului bazinului;
Punctul P7 fiind situat la 2,35 m deasupra radierului bazinului;
Punctul P9 fiind situat la 2,85 m deasupra radierului bazinului.
Durata de aerare și frecvența de prelevare a probelor
Pentru experimentele 1…5 timpul de aerare a fost de 20 minute, iar prelevarea probelor s-a realizat în următorii timpi pe parcursul experimentelor: t1=0,5 min; t3=1,0 min; t4=3,0 min; t5=5,0 min; t6=10,0 min; t7=15,0 min; t8=20,0 min.
Pentru experimentele 6…10 timpul de aerare a fost de 20 minute, iar prelevarea probelor s-a realizat în următorii timpi pe parcursul experimentelor: t1=0 min; t3=0,5 min; t4=1,0 min; t5=2,0 min; t5….. t13 din două în două minute.
4.3.2.2. Elemente determinate prin măsurare directă
Pentru fiecare experiență au fost determinate, prin măsurare directă, următoarele elemente:
temperatura aerului (θaer – în ˚C) – cu ajutorul unui termometru cu alcool;
temperatura aerului (θaer – în ˚C) – cu ajutorul unui termometru cu mercur, scufundat în bazin;
presiunea atmosferică (Patm. – în mmHg) – cu ajutorul unui barometru;
înălțimea coloanei de apă (H – în m) care urmează să fie aerată;
adâncimea de insuflare (Hins. – în m) – a aerului comprimat;
volumul de apă (V – în m3) – care urmează să fie aerat.
În timpul fiecărei experimentări au fost determinate următoarele elemente:
diferența de presiune (Δp – în mm col. de apa) efectuată de manometrul diferențial cu apă, pentru care se determină debitul de aer introdus în bazin;
diferența de presiune (Δh – în mm col. de Hg) efectuată de manometru diferențial cu Hg ce reprezintă pierderea de presiune a aerului prin difuzorul cu membrană din cauciuc.
4.3.2.3. Elemente determinate prin analize de laborator
Înainte de începerea aerării, se determină oxigenul dizolvat (Odi în mg O2/l) în funcție de care se determină cantitatea de sulfit de sodiu și clorură de cobalt necesară pentru diminuarea oxigenului dizolvat inițial în apă.
După prelevarea probelor, s-a determinat oxigenul dizolvat (Odt în mg O2/l) folosind metoda Winkler, pentru fiecare probă în parte.
4.3.2.4. Elemente determinate prin prelucrarea măsurătorilor directe
Parametrii determinați prin metoda măsurării directe a permis calcularea următoarelor elemente:
Debitul de aer introdus în bazinul de testare:
Pentru determinarea debitului de aer în bazinul de testare s-a folosit un manometru diferențial cu apă, conectat la prizele diafragmei montate pe conducta de refulare a suflantei.
Pentru fiecare experiment s-au făcut mai multe măsurători (8…12), iar la fiecare din aceste măsurători s-a determinat diferența de presiune medie la manometrul cu apă (Δpm).
Pierderea de presiune (Δh) prin difuzorul cu membrană de cauciuc s-a stabilit ca fiind media pierderii de presiune înregistrată în diferite momente ale aerării (Δhp).
4.4. Metode de calcul utilizate pentru prelucrarea datelor
Rezolvarea ecuației transferului de oxigen s-a realizat prin două metode:
Prima metodă – metoda exponențială;
ln[(Cgm-Odt)/ Cgm] (IV.1)
A doua metodă – metoda logaritmului natural prin deficitul de oxigen.
ln(Cgm-Odt) (IV.2)
4.5. Rezultate obținute
Pentru prelucrarea datelor determinate experimental a fost folosit laptopul și un program de calcul automat Statwiew II TM și Microsoft Excel.
Pentru a afla valorile lui KLa, reprezentând coeficientul global al transferului de oxigen, s-a folosit metoda grafică (fig. IV.2) la care au fost notate, pe abscisă valorile timpului ( în minute ), pentru care s-a determinat oxigenul dizolvat, iar pe ordonată s-au trecut valorile coeficientului global de transfer al oxigenului.
în cazul metodei exponențiale:
Fig. IV.2. Valorile KLA evidențiate prin metoda exponențială, la temperatura de 80C
Au reieșit, în cazul ambelor metode, mai multe puncte, pentru care s-au trasat drepte de regresie, cu ajutorul calculatorului. De asemenea, programul de calcul folosit afișează ecuațiile dreptelor de regresie care arată astfel:
y = mx + n; r2 = k (IV.3)
unde : y = valoarea corespunzătoare pentru ln[(Cgm-Odt)/ Cgm], respectiv ln(Cgm-Odt),
m = panta dreptei de regresie, care reprezintă chiar valoarea lui KLa,
n = termenul liber al ecuației dreptei
r2 = valoarea coeficientului de corelație.
în cazul metodei logaritmului natural din deficitul de oxigen
Fig. IV.3. Valorile KLA evidențiate prin metoda logaritmului natural la T = 80C
Pentru viteza de oxigenare, vo, au reieșit valori cuprinse între 100 și 560 g O2/m3 aer.h, folosind metoda exponențială, respectiv valori între 98 și 600 g O2/m3 aer.h, folosind metoda logaritmului natural din deficitul de oxigen.
Pentru capacitatea de oxigenare (CO) au reieșit următoarele valori:
între 32 și 220 kg O2/zi, folosind metoda exponențială;
între 37 și 260 kg O2/zi, folosind metoda logaritmului natural din deficitul de oxigen.
Cel mai reprezentativ parametru pentru caracterizarea unui dispozitiv pneumatic de aerare este capacitatea specifică de oxigenare, c’o, pentru care au reieșit următoarele valori:
între 14,5 și 24,1g O2/m3aer, m ad. ins., folosind metoda exponențială;
între 13,6 și 24,7g O2/m3aer, m ad. ins., folosind metoda logaritmului natural din deficitul de oxigen.
CICLUL EXPERIMENTAL NR. 1
Tabel IV.1
θapa = 8 C H = 3.92 m
θaer = 15 C Hi = 3.68 m
patm = 768 mm Hg Odi = 12.5 mg/l
Cs 10 = 11.33 mg/l nd = 3
Cs 8 = 11.87 mg/l Qaer = 57.285 m3/h
V = 13 m3 qaer = 19.1 m3/h difuzor
Fig. IV.4. Reprezentarea grafică a oxigenului dizolvat în ciclul experimental nr. 1
CICLUL EXPERIMENTAL NR. 2
Tabel IV.2
Θapa = 8 C H = 3.91 m
Θaer = 15 C Hi = 3.67 m
patm = 770 mm Hg Odi = 12.30mg/l
Cs 10 = 11.33 mg/l nd = 5
Cs 8 = 11.87 mg/l Qaer = 85.42m3/h
V = 12.97 m3 qaer = 5.03 m3/h difuzor
Fig. IV.5. Variația oxigenului dizolvat pe durata ciclului experimental nr. 2
CICLUL EXPERIMENTAL NR. 3
Tabel IV.3
Θapa = 8 C H = 3.92 m
Θaer = 15.5 C Hi = 3.68 m
patm = 769 mm Hg Odi = 12.25mg/l
Cs 10 = 11.33 mg/l nd = 7
Cs 8 = 11.87 mg/l Qaer = 93.69m3/h
V = 13 m3 qaer = 5.51 m3/h difuzor
Fig. IV.6. Variația oxigenului dizolvat pe durata ciclului experimental nr. 3
CICLUL EXPERIMENTAL NR. 4
Tabel IV.4
Θapa = 10 C H = 3.92 m
Θaer = 14.0 C Hi = 3.68 m
patm = 769.5 mm Hg Odi = 12.80mg/l
Cs 10 = 11.33 mg/l nd = 3
Cs 8 = 11.33 mg/l Qaer = 62.11m3/h
V = 13 m3 qaer = 3.65 m3/h difuzor
Fig. IV.7. Variația oxigenului dizolvat pe durata ciclului experimental nr. 4
CICLUL EXPERIMENTAL NR. 5
Tabel IV.5
Θapa = 10.5 C H = 3.93 m
Θaer = 15.0 C Hi = 3.69 m
patm = 769.5 mm Hg Odi = 12.95mg/l
Cs 10 = 11.33 mg/l nd = 5
Cs 8 = 11.21 mg/l Qaer = 48.15m3/h
V = 13.03 m3 qaer = 2.83 m3/h difuzor
Fig. IV.8. Variația oxigenului dizolvat pe durata ciclului experimental nr. 5
CICLUL EXPERIMENTAL NR. 6
Tabel IV.6
Θapa = 9 C H = 3.92 m
Θaer = 18 C Hi = 3.68 m
patm = 755 mm Hg Odi = 12.18mg/l
Cs 10 = 11.33 mg/l nd = 7
Cs 8 = 11.21 mg/l Qaer = 48.52m3/h
V = 13 m3 qaer = 3.47 m3/h difuzor
Fig. IV.9. Variația oxigenului dizolvat pe durata ciclului experimental nr. 6
Fig. IV.10. Variația oxigenului dizolvat pe durata ciclului experimental nr. 7
CICLUL EXPERIMENTAL NR. 7
Tabel IV.7
Θapa = 10.0 C H = 3.91 m
Θaer = 20.5 C Hi = 3.67 m
patm = 756 mm Hg Odi = 12.68mg/l
Cs 10 = 11.33 mg/l nd = 14
Cs 8 = 11.33 mg/l Qaer = 40.23m3/h
V = 12.97 m3 qaer = 2.87 m3/h difuzor
CICLUL EXPERIMENTAL NR. 8
Tabel IV.8
Θapa = 12.0 C H = 3.88 m
Θaer = 23.0 C Hi = 3.64 m
patm = 756 mm Hg Odi = 11.50mg/l
Cs 10 = 11.33 mg/l nd = 3
Cs 8 = 10.77 mg/l Qaer = 28.80m3/h
V = 12.87 m3 qaer = 2.06 m3/h difuzor
Fig. IV.11. Variația oxigenului dizolvat pe durata ciclului experimental nr. 8
Fig. IV.12. Variația oxigenului dizolvat pe durata ciclului experimental nr. 9
CICLUL EXPERIMENTAL NR. 9
Tabel IV.9
Θapa = 13.0 C H = 3.92 m
Θaer = 18.0 C Hi = 3.68 m
patm = 762.5 mm Hg Odi = 9.10mg/l
CICLUL EXPERIMENTAL NR. 10
Tabel IV.10
Θapa = 16.0 C H = 3.89 m
Θaer = 18.0 C Hi = 3.65 m
patm = 758 mm Hg Odi = 11.20mg/l
Cs 10 = 11.33 mg/l nd = 7
Cs 8 = 9.95 mg/l Qaer = 36.62m3/h
V = 12.91 m3 qaer = 2.62 m3/h difuzor
Fig. IV.13. Variația oxigenului dizolvat pe durata ciclului experimental nr. 10
Performanțele difuzoarelor cu membrană de cauciuc, care reies din experimentările prezentate, sunt prezentate centralizat grafic și în tabelele IV.11…IV.20.
Fig. IV.15. Variația vitezei de oxigenare în cele 10 cicluri experimentale
Pierderea de presiune prin difuzorul cu membrană elastică are valori cuprinse între 29 și
47 mBarr (fig. IV.18).
PIERDEREA DE PRESIUNE PRIN DIFUZORUL CU
MEMBRANA ELASTICĂ
∆hm
∆hm
Nr. ciclul experimental
∆hm ( cm Hg ) ∆hm ( m Ba )
Fig. IV.18. Pierderi de presiune prin difuzorul cu membrană elastică în cele 10 cicluri experimentale
4.6. Interpretarea rezultatelor
Acest tip de difuzoare are performanțe deosebite, spre deosebire de alte dispozitive și materiale poroase folosite în aerarea pneumatică.
Rezultatele obținute sunt comparabile cu performanțele aparatelor de aerare pneumatică de același fel, produse și folosite în alte țări.
Rezultatele obținute pe parcursul experimentelor ne-au permis orientarea desfășurării viitoarelor experimente către un domeniu mai precis, astfel:
densitatea difuzoarelor amplasate pe radier să fie cuprinsă între 1,5 și 4 difuzoare/mp, ceea ce conduce, în condițiile dimensiunilor bazinului, la amplasarea de 4 până la 8 difuzoare;
testarea a cel puțin cinci debite specifice (mc/h difuzor), a căror valoare să fie cuprinsă între 2 și 7 mc/h;
numărul de recoltări pentru fiecare experimentare să fie căt mai mare.
Cap 5
CAPITOLUL V
CERCETĂRI „IN SITU” ASUPRA EFICIENȚEI DIFUZOARELOR CU
MEMBRANĂ ELASTOMER
STUDIU DE CAZ: STAȚIA DE EPURARE A MUNICIPIULUI VALCEA, JUD. VALCEA
5.1. Date generale
Pentru stația de epurare a apelor uzate menajere și industriale din municipiul Valcea au fost utilizate difuzoare cu membrană elastică, care pot funcționa chiar și în regim intermitent fără să apară pericolul înfundării lor, deoarece orificiile de evacuare a gazului (perforațiile) se deschid și se închid corespunzător fluxului de aer.
Difuzoarele cu membrană elastică DMB au o construcție simplă și se montează ușor prin înfiletarea lor în ștuțurile existente la rețeaua de distribuție a aerului.
Sistemul de funcționare al difuzoarelor DMB se bazează pe distribuția de bule fine de aer în masa de apă. Componența și forma produsului sunt arătate în figura V.1.
Fig. V.1. Difuzor cu membrană elastică DMB
Suportul (1), din material plastic, este prevăzut cu nervuri de rezistență și are forma ușor convexă, pentru ca membrana elastică să adere și să păstreze închis orificiul de ieșire a aerului în perioadele de timp în care difuzorul nu funcționează. Se evită, astfel, pătrunderea apei în conductele de distribuție. Pentru o etanșare suplimentară (în repaus) s-a prevăzut nervura profilată circulară (3). Membrana (2) este executată dintr-un cauciuc special, rezistent la ozon, cu un grad ridicat de elasticitate și o bună rezistență la rupere. Membrana este prevazută cu un număr mare de orificii de difuzie a aerului, care realizează o distribuție a acestuia în bule fine (mărimea bulelor la ieșirea din difuzor: 1…2 mm). Fixarea membranei de suport este asigurată de colierul (4), executat din material necorodabil. Introducerea aerului comprimat se face prin
ștuțul filetat (R = ½”).
Datorită convexității suportului, membrana este ridicată ușor de fluxul de aer și întinsă atât cât să poată ieși aerul în bule fine prin fante. O întăritură inelară în interiorul membranei îi conferă acesteia un bun comportament la deformare. La încetarea admisiei aerului, membrana elastică se destinde sub presiunea coloanei de apa de deasupra difuzorului, se aseaza pe nervura circulară centrală a suportului, corespunzător zonei neperforate a membranei.
Difuzoarele se montează orizontal, grupate modular, la 15…20 cm de radierul bazinului. Eficiența procesului de aerare este determinată de următorii factori:
adâncimea de insuflare;
mărimea bulelor de aer;
condițiile de curgere obținute prin introducerea aerului comprimat în bazinul de aerare.
Conținutul de oxigen în apă este mai mare pe fundul bazinului, unde, datorită presiunii
statice, se ating valori mai mari ale coeficientului de staturație cu oxigen.
Aceasta determină un deficit mai mare de oxigen la suprafață, deficit care este înlăturat prin circulația pe verticală a apei, generată de curenții ascensionali de amestec apă-aer. Cu cât bazinul este mai adânc, cu atât timpul de contact dintre bulele de aer și fluid este mai mare, acest factor fiind determinant pentru procesul de separare al impurităților și pentru eficacitatea aerării.
Sistemul de aerare trebuie să asigure atât cantitatea de oxigen necesară cât și omogenizarea conținutului bazinului. Pentru a impiedica depunerea nămolului în bazinele de aerare trebuie asigurat un debit minim de aer de cca. 2 Nmc/h la o suprafață de bazin de 1 mp.
Difuzoarele, dispuse într-o linie de aerare îngustă sau lată, realizează o mișcare circulară a apei, ce duce la micșorarea gradientului de oxigenare, la antrenarea și omogenizarea nămolului activ în apa uzată, la menținerea lui în suspensie, la creșterea intensității de reacție.
Difuzoarele trebuie să fie alimentate cu aer filtrat, fără ulei sau praf.
Rețeaua de distribuție se va calcula astfel încât să facă posibilă distribuirea uniformă a aerului în difuzoare. Instalația de aer comprimat trebuie să asigure o presiune care să acopere pierderile pe rețeaua de distribuție și pe difuzor și inalțimea colanei de apă. La racordul principal de aer se vor monta un manometru și un debitmetru de control.
Temperatura maximă a aerului la intrarea în difuzor nu trebuie să depășească 45 C (practic se face o răcire suficientă pe traseul dintre stația de suflante și bazinul de aerare ).
Temperatura din bazine trebuie să fie cuprinsă între 5…35 C.
Deoarece orificiile membranei se deschid numai în timpul exploatării, nu este posibilă obturarea lor, acest fenomen nefiind observat niciodată.
Eventualele depuneri de CaCO3 se sparg, datorită elasticității membranei.
Funcționarea intermitentă este posibilă fără probleme. Unele difuzoare pot fi închise fără a exista pericolul obturării lor.
Membrana este realizată dintr-un material elastic, durabil și rezistent.
Capacitatea de formare a bulelor rămâne neschimbată de-a lungul anilor dacă difuzorul va fi utilizat pentru epurarea apelor reziduale comunale. În cazul apelor reziduale industriale, se recomandă o analiză a compoziției apelor pentru a preveni o utilizare necorespunzătoare.
DESCRIERE SISTEM DE EPURARE A APEI UZATE MENAJERE ÎN STAȚIA DE EPURARE A LOCALITĂȚII DEJ, JUD. CLUJ
5.2.1. Descrierea stației de epurare
Stația de epurare biologică este proiectată pentru o capacitate maximă de 1500 dm3/s, apa uzata care intră în stație fiind compusă din ape uzate rezultate din procesele tehnologice ale combinatului de celuloză „SOMEȘ” și apele uzate menajere ale municipiului Dej, epurate mecanic.
Apele uzate ajung în bazinul de preaerare unde se amestecă și se tratează cu soluțiile de substanțe biogene (uree și complex NPK) în concentrație de 10%, pentru a asigura concentrația de azot și fosfor necesară sintezei de material nou de CBO5:N:P, în raport de 100:5:1 pentru a avea loc epurarea biologică.
Stația de epurare biologică este compusă din următoarele obiecte:
Pentru circuitul apei:
bazin de preaerare;
stație de pompare treapta I pentru trimiterea apelor uzate în bazinele cu nămol activat;
patru bazine cu nămol activat, fiecare având dimensiunile de 64 x 25 x 4,5 m (înalțimea activă Ha=3,5m), cu un volum total de 27.000 m3 și un timp de retenție de aproximativ 5 ore;
din cele patru bazine cu nămol activat bazinul nr. 2 este echipat cu difuzoare cu membrană elastică, aerul fiind asigurat de 3 suflante cu pistoane rotative produse de
TEHNOFRIG Cluj, cu un debit maxim de 40 m3/min fiecare (alte două suflante fiind rezervă);
decantoare secundare de tip longitudinal (8 bucăti), cu dimensiunile L x l x H de 60 x 10 x 4 m (ha = 3,7 m), prevăzute cu racloare mecanice cu colectarea nămolului prin sifonare în jgheaburi longitudinale laterale;
stație pompare ape epurate – treapta II – echipată cu pompe montate în camera umedă care intră în funcțiune numai în perioadele de creștere a nivelului râului Someș peste
limita critică, când descărcarea gravitațională a apelor uzate nu se mai poate realiza. Pentru circuitul nămolului:
stația de pompare nămol de recirculare și în exces are scopul de a trimite nămolul biologic de recirculare în bazinele cu nămol activat și nămolul biologic în exces în circuitul de tratare a nămolului;
concentratoare de nămol – 2 buc. cu D = 20 m care realizează o concentrare (îngroșare) a nămolului biologic în exces brut;
stație de pompare nămol concentrat – care trimite nămolul îngroșat spre bazinele de stabilizare a nămolului;
bazine de stabilizare biologică aerobă a nămolului biologic în exces, concentrat (îngroșat). Sunt executate două bazine având volumul total de 13.300 m3, ceea ce asigură un timp de retenție de cca. 5 zile;
bazinele de stabilizare biologică aerobă a nămolului biologic în exces sunt prevăzute cu aeratoare mecanice de suprafață de 22 kW pentru fiecare bazin;
bazine de elutriere a nămolului de tip radial cu D = 20 m și un volum total de 3.320 m3. În aceste bazine se realizează spălarea nămolului în vederea eliminării aminelor și a amoniacului care îngreunează procesul de deshidratare a nămolului și reduce consumul de reactivi chimici pentru condiționarea chimică a nămolului;
instalația de deshidratare mecanică a nămolului este prevazută cu 3 filtre cu vid cu S = 40 m2 fiecare;
halda de nămol deshidratat pentru colectarea pe o perioada mai lungă a nămolului deshidratat.
5.2.2. Funcționarea stației
Apele uzate epurate mecano-chimic sunt aduse în bazinul de preaerare (omogenizare) unde sunt introduse soluțiile de substanțe biogene și apele uzate menajere ale municipiului Dej. De aici sunt preluate de pompele aferente treptei I de pompare și trimise în bazinele cu nămol activat nr. 2 și nr. 3. În compartimentele bazinelor sunt amestecate cu nămolul activat colectat din cele 8 decantoare secundare, nămol pompat de stația de pompare nămol în exces și recirculare și sub influența bulelor de aer generate de difuzoarele cu membrană alimentează bacteriile aerobe cu aer și substanțe organice dizolvate și în suspensie.
La ieșirea din compartimentele de decantare apa trece peste pragurile deversoare prevăzute cu lame deversoare și ajunge în jgheabul de colectare amplasat transversal cu decantoarele secundare înspre partea de evacuare. Din acest jgheab apele epurate și decantate sunt preluate de stația de pompare treapta a-II-a și deversate în raul Someș.
Nămolul în exces este preluat de instalațiile existente unde este concentrat, stabilizat, elutriat, îngroșat și depus pe halda de nămol.
5.2.3. Descrierea instalațiilor ce echipează bazinul de aerare nr.3
5.2.3.1. Bazinul cu nămol activat nr. 3 – Descriere
Este o construcție din beton armat cu dimensiunile interioare LxBxH de 62×24,8×4,5m
(înălțimea activă Ha=3,5m), cu un volum total de aproximativ 6.050 m3 și un timp de retenție de aproximativ 2,5 ore, prevăzut la partea anterioară cu canale de aducțiune a apei uzate, la capătul celalalt cu canal de prelevare a apei epurate și canal de aducțiune și repartizare a nămolului activ, dispus longitudinal pe mijlocul bazinului între cele două șiruri de compartimente. Peste canalul de aducțiune și repartizare a nămolului activ, fiecare bazin este prevăzut cu o pasarelă din beton ce are lățimea de 1m și lungimea de 62 m (cât lungimea bazinelor).
Transversal, pe mijlocul fiecarui compartiment al bazinului și intersectând pasarela sunt construite platforme de beton susținute de doi stalpi din beton armat, fixate de radierul compartimentului pe picioare tronconice de 1,5×1,5m la bază.
Bazinul este compus din 10 compartimente (2 x 5) de 12,4×12,4m, care comunică între ele. Radierul fiecarui compartiment este plan, cu excepția marginilor care sunt înălțate cu 0.8m pe o adancime de aproximativ 2,4 m realizându-se astfel o pantă de 300.
Fig. V.2.
Bazinul de aerare nr. 2.
Stația de aer comprimat se va echipa cu două turbosuflante de 3500 m3/h/buc. asigurându-se necesarul de oxigen pentru întreaga cantitate de apă care se va epura biologic în bazinul nr.3.
Astfel stația de epurare se va compune:
pentru circuitul aerului din:
stație de turbosuflante cu o capacitate de maxim 7.000 m3/h aer la presiunea de 6 mcol.H2O;
magistrala de aer din otel inox, compusă dintr-un colector de aer cu Dn=400mm (rezultă Vaer=15m/s) și două conducte magistrale cu Dn=270mm (Vaer=17m/s) prevăzute cu ștuțuri de racordare Dn=4” (V=8,25m/s) și robineți de închidere cu sferă Dn 4” și robineți cu sertar Dn 4”. Colectorul este prevăzut cu două tronsoane de admisie a aerului de la turbosuflante.
rețea de aerare bazine cu nămol activat, compusă din module de aerare prevăzute cu 2200 difuzori, racordate la conductele magistrale (având ca priză robineții de 4”) prin conducte distribuitoare De 110 mm din polietilenă, prevăzute cu coturi mecanice De 110×4”.
Reglarea debitului de aer se face manual sau automat în funcție de concentrația de oxigen dizolvat în apa din bazinul de aerare, semnalată de o sondă montată în bazin.
Transferul de oxigen de la aer la apă, în aerarea pneumatică, este un proces complex în care apar o multitudine de factori ce-l influențtează.
Pentru a determina parametrii ce caracterizează transferul de oxigen de la aer la apă, specifici unui anumit dispozitiv de aerare, sunt necesare efectuarea de experimentări.
Rezultatele obținute prin efectuarea acestor experimentări insituu, sunt prelucrate, prin aplicarea ecuațiilor transferului de oxigen, ecuații unanim acceptate și prin măsurătorile și înregistrările directe ale echipamentelor de monitorizare și automatizare.
Fig. V.3. Bazinul de aerare nr. 3 echipat cu difuzori cu
membră elastică
5.2.3.2. Sistemul de aerare propus
Sistemul de aerare se compune din:
Stație de aer comprimat;
Magistrala de aducțiune aer la bazinul cu nămol activat;
Rețea de distribuție a aerului în bazin;
Sistem de automatizare pentru reglarea automată a debitului de aer și monitorizarea parametrilor de funcționare a întregului sistem.
5.2.3.2.1. Stația de aer comprimat
Aerul necesar epurării biologice va fi produs de 5 suflante cu pistoane rotative (existente) cu debitul Qmax=2400 m3/h/buc., la presiunea p=1,4 bar.
Pentru alimentarea sistemului de aerare din bazinul de epurare biologică nr. 2 se vor utiliza 3 din cele 5 suflante existente, iar pentru alimentarea cu aer comprimat a bazinului de epurare biologică nr. 3 se vor utiliza cele două turbocompresoare propuse. Din cele două suflante rămase una va alimenta bazinele de stabilizare biologică a nămolului în exces iar cealaltă se va păstra în rezervă.
Stația de aer comprimat se va echipa cu două turbosuflante de 3500 m3/h/buc. (debitul de aer crescând astfel de la 12.000 mc/h la cca. 19.000 mc/h), asigurându-se necesarul de oxigen pentru întreaga cantitate de apă care se va epura biologic în bazinele nr.2 și nr.3.
Bazinul nr.2 se va recondiționa, înlocuindu-se difuzoarele defecte, iar bazinul nr.3 se va moderniza prin echiparea cu un sistem de aerare cu difuzoare cu membrană elastică care va înlocui aeratoarele mecanice de suprafață.
Astfel stația de epurare se va compune -pentru circuitul aerului necesar bazinului de epurare nr.3 – din:
stație de turbosuflante cu o capacitate de maxim 7.000 m3/h aer la presiunea de 6 mcol.H2O;
magistrala de aer din oțel inox;
rețea aerare bazin cu nămol activat.
5.2.3.2.2. Magistrala de aducțiune aer
Magistrala de aer este compusă dintr-un colector de aer cu Dn=400mm (rezulta
Vaer=15m/s) și două conducte magistrale cu Dn=270mm (Vaer=17m/s) prevăzute cu ștuțuri de racordare Dn=4” (V=8,25m/s) și robineți de închidere cu sfera Dn 4” și robineți cu sertar Dn 4”.
Colectorul este prevăzut cu două tronsoane de admisie a aerului de la turbosuflante.
Pozarea magistralei de aer și a conductelor distribuitoare se realizează pe suporti metalici executați din profile laminate și țeavă pentru construcții, protejate la coroziune cu vopsele clorvinilice.
5.2.3.2.3. Rețeaua de distribuție și dispersie a aerului în bazinul cu nămol activat
Este compusă din module de aerare, racordate la conductele magistrale (având ca priză robineții de 4”) prin conducte distribuitoare D110 din polietilenă, prevăzute cu coturi mecanice de 110×4”.Ele sunt distribuite în compartimentele care compun bazinul cu nămol activat nr.3.
Rețeaua este realizată din 20 module de bază cu o construcție din conducte de polietilena PEHD cu D110 mm și D 50 mm și 10 module circulare cu D110 mm și D 75 mm, montate pe suporți metalici din oțel inox fixați de radier cu șuruburi autofiletante și dibluri. Pe conductele din polietilena se montează piese de branșare pe care se fixează difuzoarele de dispersie prin înșurubare cu nipluri.
Fig. V.4. Rețea de aerare – Detaliu de montaj modul de aerare
Modulele de aerare sunt legate la conductele distribuitoare prin tronsoane din polietilenă cu D 110 mm. Rețeaua este alimentată de la o conducta cu D110 mm prevazută cu piese de branșare D110 x 1 1/2”, racorduri de compresiune D 50 mm și robineti Dn 100 mm.
În fiecare compartiment, de formă aproximativ pătrată, dispersia se realizează prin intermediul a 2 module de bază prevăzute fiecare cu câte 84 de difuzoare tip DMB și un modul circular pe care sunt montate 52 difuzoare (total: 220 difuzoare/compartiment X 10 comp. =2.200 difuzoare).
Fig. V.5. Rețea de aerare – Modul de bază
Un modul circular este format din două conducte D110 mm cu lungimea de 4735 mm prinse între ele cu un teu egal D110 mm care se racordează la conducta de admisie aer D110 mm. Pe capetele libere ale conductelor se montează coturi D110 mm pe care se prind conducte D110 mm cu lungimea de 9.500 mm.
Pe conductele de baza astfel imbinate se monteaza la distante egale coliere de bransare
D110 x ½” de care se prind nipluri si difuzoare cu membrană elastică DMB½”.
Fig. V.6. Rețea de aerare – Modul inelar
În figura V.7. se vede un compartiment echipat cu un modul de aerare inelar și cu două module de bază.
Fig. V.7. Rețea de aerare – Compartiment echipat
Difuzoare de aerare
Difuzorii poroși cu membrane de cauciuc elastic pot funcționa în regim intermitent și nu necesită curățare. Aerul sub presiune pătrunde prin intermediul găurilor centrale de admisie din taler în volumul cuprins sub membrana aflată în expansiune, perforațiile fine ale acesteia lăsând să treacă în mediul lichid bule foarte fine.
La încetarea admisiei aerului membrana elastică se destinde și sub presiunea coloanei de apă de deasupra difuzorului se asează pe nervura circulară centrală a talerului, corespunzător zonei neperforate a membranei, împiedicând astfel accesul apei uzate în rețeaua de distribuție a aerului. Acest fapt permite și exploatarea discontinuă a sistemului de aerare.
Aerarea poate fi complet decuplată, neexistând pericolul înfundării.
Difuzoarele cu membrană elastică au o construcție simplă și se montează ușor prin înfiletarea lor în ștuțurile existente la rețeaua de distribuție a aerului.
Fig.V.10. Rețea aerare – Difuzor cu membrană elastică. Elemente componente
5.2.3.2.4. Sistem de automatizare pentru reglarea automată a debitului de aer și monitorizarea parametrilor de funcționare
Optimizarea fazelor procesului de automatizare comportă următoarele etape: 1- acționarea;
2- calcularea parametrilor de lucru;
3- reglarea;
4- poziționarea.
Raportarea parametrilor de funcționare fac posibilă reducerea costurilor și creșterea siguranței în funcționare. Pe lângă soluțiile standard de automatizare au fost asigurate și module
soft-ware și hard-ware pentru sisteme și instalații de comandă și automatizare centralizate sau individuale. Acestea trebuie dotate cu sisteme moderne de supraveghere și deservire. Aparatura de efectuare a măsurărilor și analizelor completează programul pentru tehnica protecției mediului în domeniul tratării apelor reziduale. Aceasta presupune asigurarea de traductoare și senzori adecvați pentru orice analiză a apelor reziduale.
În figura de mai jos este prezentat un sistem tipic de epurare a apelor uzate, cu plasamentul senzorilor utilizați pentru măsurarea principalilor parametri.
Fig.V.11. Sistem de epurare a apelor uzate, cu plasamentul senzorilor
Procesul din figura V.11. cuprinde următoarele utilaje:
1- sistem de grătare pentru reținerea corpurilor solide de dimensiuni mari;
2- deznisipator;
3- vas pentru flotație cu aer;
4- bazin pentru sedimantare primară;
5- bazin pentru epurare biologică aerobă cu nămol activ;
6- bazin pentru sedimentare secundară.
Monitorizarea în timp real a unui astfel de proces presupune utilizarea traductoarelor on-line, care sunt în general scumpe în comparație cu metodele de laborator pentru determinarea respectivilor parametri. Utilizarea lor este esențială atât pentru monitorizarea întregului proces la o stație de epurare cât și pentru reglarea unor parametri importanți în obținerea calităților impuse apei epurate. Un sistem de monitorizare complex în care semnalele unificate de la toate traductoarele sunt achizitionate la o stație de lucru (PC industrial) reprezintă primul pas spre conducerea automată a întregului proces sau măcar a utilajelor mai importante. În schema prezentată este necesară automatizarea bazinului de aerare și a decantorului secundar.
5.2.3.2.5. Descrierea lucrarilor de automatizare – dispecerizare din cadrul sistemului de aerare al stației de epurare din municipiul Dej
Stația de epurare este automatizată, cele mai multe procese sunt coordonate de un automat programabil (PLC) și nu este nevoie de prezența permanentă a unui operator. Automatul programabil (PLC) verifică și dirijează parametrii procesului de epurare, în caz de avarie trimite un mesaj de alarmă și dă alarma.
Funcționarea sistemului de automatizare este următorul:
În modul de funcționare ON toți consumatorii electrici (pompe, suflante, aparate de masură și control, etc.) sunt alimentați cu energie electrică, dar sunt în stare de stand-by.
În caz de avarie, pe panoul de comandă apar semnale de avarie, dar nu se efectuează nici
o operație.
În modul de funcționare MANUAL utilajele pot fi coordonate de la panoul de comandă separat și independent, fără separarea lor.
Modul de funcționare SERVICE este o fază intermediară între modul MANUAL și modul AUTO total automatizat. Cu acest mod operatorul poate alege o anumită stare de funcționare a unei anumite unități din stația de epurare.
Instalațiile de dispecerizare conțin lucrări specifice, enumerate după cum urmează:
Bazinele de aerare nr. 2 și nr. 3
Măsurarea continuă a concentrației de oxigen dizolvat în apă (inclusiv a temperaturii apei) în domeniu 0-5 mg/l, în cadrul bazinelor de aerare nr. 2 și nr. 3 și la ieșirea apei epurate din jgheabul colector al decantorului secundar (1 punct de măsurare);
Măsurarea continuă a PH- ului (inclusiv a temperaturii apei- utilizând același traductor) în domeniu 6-10 PH, la ieșirea apei din bazinele de aerare nr. 2 și nr. 3 (1 punct de masură);
Măsurarea continuă a turbidității la ieșirea apei din jgheabul colector al decantorului secundar (1 punct de măsurare);
Măsurarea continuă a debitului de aer vehiculat de suflante, prin intermediul unui debitmetru tip VORTEX( Dn 300 mm) pe fiecare magistrală. Domeniul măsurat este 0-20.000mc/h.
Măsurarea continuă a debitului de apă epurată, prin intermediul unui debitmetru pentru canale deshise (Arie x Viteză) pentru canale și conducte cu curgere gravitațională, fără a fi necesară o anumită geometrie de canal.
Contorizare ore de funcționare suflante la dispecer.
Comanda debitului de aer furnizat de suflante în funcție de oxigenul dizolvat în bazinele de aerare.
Dispeceratul instalației de aerare
Acesta asigură preluarea tuturor parametrilor achiziționați local în cadrul sistemului de
aerare și afișarea lor la cererea operatorului, asigurându-se o gestiune de timp real a întregului sistem de epurare biologică (bazine de aerare și decantor secundar), folosind un sistem format dintr-un automat programabil (PLC) cu configurație corespunzatoare, schema sinoptică și calculatorul de proces.
Comunicația dintre echipamentele montate local și dispecerat se face prin cabluri de semnalizare îngropate pentru transmisia semnalelor logice (0-15 Vc.c.) și analogice (4-20mA). Comunicația dintre calculator (PC) și automatul programabil (PLC) se face prin interfața serială de comunicație bidirecțională standard RS 232.
Instalațiile de automatizare – dispecerizare asigură:
supravegherea compartimentelor de aerare;
comanda automată a debitului de aer;
supravegherea automată a întregului flux de la dispeceratul existent.
Se precizează că a fost utilizată aparatură de înaltă fiabilitate furnizată de firme consacrate, astfel:
Aparate locale AMC
Debitmetru de aer tip VORTEX (pt. Dn 300 mm), cu iesire 4-20 mA:
Cod PROWIRL 70 Dn 300 mm – furnizor Endress + Hauser – Germania;
Debitmetru pentru canale și conducte cu curgere gravitațională, cu masură
Arie X Viteza , cu iesire 4-20 mA;
Cod SIGMA 950 AV –furnizor American Sigma.
Traductoare măsurare continuă concentrație oxigen dizolvat, PH, turbiditate, cu iesire 4-
20 mA și detecție, 2 trepte de nivel programabile:
Cod traductor PH [CPF 10-B3 (senzor) + CPM 252 (bloc electronic)], – furnizor Endress+ Hauser-Germania;
Cod traductor oxigen dizolvat [COS4(senzor) + COM 252(bloc electronic)], -furnizor Endress+ Hauser-Germania;
Cod traductor turbiditate [CUS 41(senzor) + CUM 252(bloc electronic)], -furnizor Endress+ Hauser-Germania.
Aparatura de achiziție date
Automat programabil (PLC) cu nrumăr variabil de intrări-ieșiri logice și analogice, inclusiv modulele aferente, amplasat în dulapul de la dispecerat, Furnizor – Groupe Schneider (Franta);
La dispecerat s-a prevăzut o schema sinoptică cu lămpi de semnalizare (diode luminiscente ) pentru informarea rapidă a operatorului asupra defectului.
b) Calculatorul de proces.
Dulap de automatizare AMC
În figura de mai jos este prezentat schematic un sistem de epurare biologică a apelor
uzate, cu plasamentul senzorilor utilizati pentru măsurarea principalilor parametri.
Fig.V.12. Sistem de epurare biologic a apelor uzate, cu plasamentul senzorilor
Procesul din figura de mai sus cuprinde următoarele utilaje:
1 – bazin pentru epurare biologică aerobă cu nămol activ; 2 – bazin pentru decantare secundară.
Porțiunea delimitată cu linie punct reprezintă treapta de epurare biologică pentru care este necesară automatizarea sistemului de aerare.
5.2.4. Etapele experimentărilor desfășurate
În acest studiu sunt prezentate experimentările efectuate pe difuzoare cu membrană elastomer, difuzoare produse de SC IMAT SRL Bistrița.
Ca fluid supus aerarii s-a utilizat apa uzată distribuită în treapta biologică de la stația de pompare ce preia apele uzate menajere ale municipiului Dej împreună cu apele uzate industriale de la SC SOMEȘ SA (fostul Combinat de Celuloză și Hârtie) din Dej.
Experimentările au fost făcute în următoarele condiții:
a. S-au testat un număr de 2200 difuzoare amplasate pe radierul bazinului
Dispunerea difuzoarelor s-a făcut simetric. Dimensiunile în plan ale bazinului sunt de (60×25)m, [10 compartimente ce comunică între ele de (12×12)m câte 5 pe două rânduri].
b. Debitul de aer insuflat. S-au realizat 8 trepte de funcționare pentru turbosuflanta cu debit reglabil, cea de a doua turbosuflantă funcționând la capacitatea maximă
Valorile debitelor de aer sunt determinate în funcție de temperatura aerului la admisie și de presiunea de refulare, arătate în diagramele de funcționare a turbosuflantelor.
Pentru o mai bună evaluare a debitului de aer introdus în bazin, (respectiv a debitului specific de aer) s-au utilizat două diagrame de funcționare a turbosuflantei EC 3.5-1.5 la presiunile de 0,40 bar și 0,50 bar și trei diagrame de funcționare a turbosuflantei EC10 -1.5 la presiunile de 0,40 bar, 0,45 bar și 0,50 bar.
Înalțimea coloanei de apă folosite pentru aerare, respectiv adâncimea de insuflare
În experimentările descrise au fost utilizate înălțimi ale coloanei de apă cuprinse între 3,80 m măsurată de la radier și 3,60 m măsurată de la nivelul de montare a difuzorilor;
Temperatura aerului și a apei
Datorită duratei în timp a experimentărilor temperatura aerului și a apei a avut valori
cuprinse între +7 ˚C și +15 ˚C.
Presiunea atmosferică a avut oscilații între valorile 753,5 și 770 mmHg.
Punctele de determinare a concentrației de oxigen dizolvat în apă.
S-au prelevat probe de la trei niveluri din bazinul de testare (spre gura de evacuare),
astfel:
punctul P1 – situat la 1,00 m deasupra radierului bazinului;
punctul P2 – situat la 2,50 m deasupra radierului bazinului;
punctul P3 – situat la 3,30 m deasupra radierului bazinului.
Durata de aerare și frecvența de citire a datelor.
Pentru ciclurile experimentale 1,2,3, durata de aerare a fost de 24 minute, iar citirea datelor afișate privind concentrația de oxigen s-a facut din 3 în 3 min.
Din prelucrarea datelor obținute în această situație a reieșit necesitatea unei durate mai mari de aerare pentru atingerea valorii de echilibru a oxigenului dizolvat în apă.
Astfel pentru ciclurile experimentale 4…8, durata de aerare a fost de 40 min. iar citirea datelor afișate privind concentrația de oxigen s-a facut din cinci în cinci minute.
Elemente determinate prin măsurare directă
Pentru fiecare ciclu au fost determinate, prin măsurare directă, următoarele elemente:
temperatura aerului (θaer – în ˚C) – cu ajutorul unui termometru cu alcool;
temperatura apei (θaer – în ˚C) – cu ajutorul unui termometru cu mercur, scufundat în bazin;
presiunea atmosferică (Patm. – în mmHg) – cu ajutorul unui barometru;
înălțimea coloanei de apă (H – în m) ce urmează să fie aerată;
adâncimea de insuflare (Hins. – în m) – a aerului comprimat;
volumul de apă (V – în m3) – ce urmează să fie aerat.
Elemente determinate prin prelucrarea măsurătorilor directe
Parametrii determinați ca urmare a măsurării directe a permis calcularea debitului de aer
introdus în bazinul de testare pentru care s-a folosit un manometru diferențial cu apă, branșat la prizele diafragmei montate pe conducta de refulare a suflantei.
Pentru fiecare ciclu experimental s-au făcut mai multe măsurători pentru care s-a determinat diferența de presiune medie la manometrul cu apă (Δpm).
Ca urmare, debitul de aer utilizat la fiecare experimentare este un debit calculat pentru valoarea medie a diferenței de presiune, comparat cu debitul total de aer determinat din diagramele de debit în funcție de temperatura aerului pe admisie, presiunea de refulare a aerului și unghiul α de deschidere a paletelor reglabile ale turbosuflantei ESC 3.5 – 1.5.
Rezultate obținute în cadrul experimentărilor
Orice sistem de aerare, mecanic sau pneumatic, se caracterizează prin anumite mărimi ce
reprezintă performanțele sistemului. Pentru aerarea pneumatică aceste mărimi sunt: Vo = viteza de oxigenare, în g O2/ m3, apă, h;
CO = capacitatea de oxigenare, în kg O2/zi;
c’o= capacitatea specifică de oxigenare, în g O2/m3 aer, ad. ins.
Condițiile în care s-au desfășurat experimentările, împreună cu rezultatele și prelucrarea lor sunt prezentate în tabelele V.1…V.8.
Astfel, pentru viteza de oxigenare, vo, s-au obținut valori cuprinse între 259 kg O2/m3 aer.h și 284 kg O2/m3 aer.h, utilizând metoda exponențială și valori de 234 kg O2/m3 aer.h și 269 kg O2/m3 aer.h, utilizând metoda logaritmului natural din deficitul de oxigen.
Pentru capacitatea de oxigenare (CO) s-au obținut următoarele valori:
între 6.216 kg O2/zi și 6.816 kg O2/zi, utilizând metoda exponențială;
între 5.616 kg O2/zi și 6.456 kg O2/zi, utilizând metoda logaritmului natural din deficitul de oxigen.
Parametrul cel mai reprezentativ pentru caracterizarea unui dispozitiv pneumatic de aerare este capacitatea specifică de oxigenare, c’o, pentru care s-a obținut următoarea gamă de valori:
Datele sunt pentru apa uzată provenită de la SC Someș SA Dej în amestec cu apa uzată menajeră provenită de la locuitorii municipiului Dej.
Diagrame turbosuflante
Caracteristici de debit pentru ESC 3,5-1,5
Presiunea de refulare: 0,40 bar
Presiunea ambianta: 760 mmHg Temperatura ambianta:
3500
30 °C
20 °C
10 °C
0 °C -10 °C
3000
2500
2000
20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90
Pozitie vana aspiratie (°)
Caracteristici de debit pentru ESC 3,5-1,5
Presiunea de refulare: 0,50 bar
Presiunea ambianta: 760 mmHg Temperatura ambianta:
30 °C
20 °C
10 °C
0 °C
-10 °C
3000
2500
2000
1500
20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90
Pozitie vana aspiratie (°)
Caracteristici de debit pentru ESC 10-1,5
Presiunea de refulare: 0,40 bar
Presiunea ambianta: 760 mmHg Temperatura ambianta:
30 °C
10000 20 °C
10 °C
0 °C
-10 °C
9000
8000
7000
6000
5000
4000
20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90
Pozitie vana aspiratie (°)
Fig.V.13. Variația oxigenului dizolvat din apă in cadrul ciclului experimental nr.1
Fig.V.15. Variația grafică a oxigenului dizolvat din apă în ciclul experimental nr.3
Fig.V.16. Variația grafică a oxigenului dizolvat din apă în ciclul experimental nr.4
Fig.V.18. Variația grafică a oxigenului dizolvat din apă în ciclul experimental nr. 6
Fig.V.20. Variația grafică a oxigenului dizolvat din apă în ciclul experimental nr. 8
Performanțele difuzoarelor cu membrană de cauciuc, ce reies din experimentările prezentate, sunt arătate centralizat în figurile de mai jos.
FIȘĂ DE MĂSURĂTORI INSTALAȚIE DE AERARE STAȚIE DE EPURARE
S.C. SOMEȘUL S.A. DEJ
Tabel V.1
Ta= 11˚C
Fig.V.21. Cantitatea de aer insuflat și presiunea aferentă a suflantelor
Tabel V.2
Ta = 14oC
Fig.V.22. Reprezentarea grafică a indicatorilor (Qaer, Paer)
aferenți ciclului experimental nr.2
Tabel V.4
Ta = 9˚C
/
/
Fig.V.24. Reprezentarea grafică a indicatorilor (Qaer, Paer)
aferenți ciclului experimental nr.4
Tabel V.5
Ta = 11˚C
/
Fig.V.25. Reprezentarea grafică a indicatorilor (Qaer, Paer) aferenți ciclului experimental nr. 5
Tabel V.6
Ta = 15˚C
///
/
Fig.V.26. Reprezentarea grafică a indicatorilor (Qaer, Paer) aferenți ciclului experimental nr. 6
Tabel V.7
Ta = 13˚C
///
/
Fig.V.27. Reprezentarea grafică a indicatorilor (Qaer, Paer) aferenți ciclului experimental nr. 7
/
Δ Testarea acestui tip de difuzor, a evidențiat o serie de calități, ce recomandă acest produs ca o soluție viabilă pentru procesul de aerare. Argumentele aduse în sprijinul acestei afirmații sunt:
Δ Performanțele deosebite în ceea ce privește transferul de oxigen în aerarea apelor uzate.
Δ Rezultatele experimentărilor efectuate, au condus la estimări pentru capacitatea specifică de oxigenare c’o de 12,5….14,1 g oxigen/mc, m ad.ins. în apa uzată, valoare superioară celei corespunzătoare difuzoarelor din materiale poroase, a căror capacitate specifică de oxigenare are valori cuprinse între 8 …10 g oxigen/mc, m ad. ins. în situația în care concentrația de oxigen în apa epurată este cuprinsă între 1,5…4,5 mg/L.
Difuzorul este confecționat din material plastic și cauciuc, ceea ce îi conferă atât rezistență mecanică bună cât și rezistență la coroziune ( în cazul folosirii lor în medii agresive);
Montarea și demontarea acestui difuzor este deosebit de simplă, putând fi adaptat cu ușurință la diametrul ștuțului existent pe conductele de distribuție a aerului;
Înlocuirea membranei de cauciuc se face într-un timp scurt, sistemul de prindere al membranei de difuzor fiind simplu și nu este afectat de coroziune.
Rezultatele obținute în această primă serie de experimentări constituie o bază solidă pentru ca aceste produse să fie utilizate.
Rezultate obținute în urma implementării soluției tehnice de aerare, cu membrane elastice, la stația de epurare din municipiul Dej
Rezultatele prezentate mai jos, în formă tabelară și sub forma graficelor, arată fără dubii eficacitatea epurării biologice a apelor uzate menajere cu sisteme de aerare cu randamente ridicate privind transferul oxigenului din aer în apa uzată menajeră, precum și importante economii în consumul de energie electrică.
Situațiile prezentate mai jos reprezintă valorile principalilor indicatori de calitate privind apa epurată pentru anul 2009.
În urma efectuării calculelor s-au obținut următoarele valori ale cantităților de poluanți:
Tab. V.9. Rezultatele parametrilor analizați în luna ianuarie 2009
Tab. V.10. Valorile parametrilor analizați în luna iulie 2009
Prezentarea sub formă grafică a acestor indicatori arată că apele epurate, folosind sistemul de aerare cu bule fine, se încadrează în limitele maxime admise de normativele în vigoare.
/
Fig. V.29. Variația concentrației parametrului CBO5 pentru anul 2009
/
Fig. V.30. Variația concentrației parametrului CCOCr pentru anul 2009
/
Fig. V.31. Variația concentrației parametrului MTS pentru anul 2009
/
Fig. V.32. Variația concentrației parametrului fosfor total pentru anul 2009
/
Fig. V.33. Variația concentrației parametrului amoniu pentru anul 2009
/
Fig. V.34. Variația concentrației parametrului azotiti pentru anul 2009
Din datele analizate rezultă următoarele aspecte:
Δ treapta mecanică de epurare funcționează cu o eficiență bună având oscilații între 50 și
70%;
Δ treapta biologică de epurare are o eficiență de peste 84 %;
Δ se impune epurarea terțiară pentru reținerea amoniului și fosforului total.
Interpretarea rezultatelor obținute
În condiții de 2 mg/l de oxigen dizolvat în bazinele de aerare s-a determinat un randament al transferului de oxigen de 6.8 kg de oxigen pe 1kw de energie folosită. Agitatoarele de la suprafață (din instalația inițială) au dat un randament de numai 2.5 kg de oxigen pe 1 kw folosit.
Eficiența sistemelor de aerare este des exprimată în termeni de kilograme de oxigen dizolvate la 1kw de energie folosită.
Bazinele de aerare pot avea orice formă cu condiția ca acestea să aibă baza orizontală. Eficiența procesului de aerare este determinată de următorii factori:
adâncimea de insuflare;
mărimea bulelor fine;
condițiile de curgere obținute prin introducerea aerului comprimat în bazinul de aerare. Conținutul de oxigen este mai mare pe fundul bazinului, unde, datorită presiunii statice, se ating valori mai mari ale coeficientului de saturație cu oxigen.
Acesta determină un deficit mai mare de oxigen la suprafață, deficit care este înlăturat prin circulația pe verticală a apei, generată de curenții ascensionali de amestec apă-aer. Cu cât bazinul este mai adânc, cu atât timpul de contact dintre bulele de aer și fluid este mai mare, acest factor fiind determinant pentru eficacitatea aerării.
Sistemul de aerare asigură atât cantitatea de oxigen necesară cât și omogenizarea conținutului bazinului.
Pentru a împiedica depunerea nămolului în bazinele cu nămol activat trebuie asigurat un debit minim de aer de 2 mc/h la o suprafață minimă de bazin de 1 m2.
Difuzoarele trebuie să fie alimentate cu aer filtrat, fără ulei sau praf.
La racordul principal de aer comprimat de la stația de compresoare, se va monta un manometru și eventual o diafragmă pentru măsurarea debitului de aer, dacă necesitățile o impun.
Deoarece orificiile membranei de cauciuc a difuzorilor se deschid numai în timpul funcționării, nu este posibilă obturarea lor. Eventualele depuneri de CaCO3 în zona orificiilor dispar datorită elasticității membranei.
Aerul sub presiune patrunde prin intermediul gaurilor centrale de admisie din corp în volumul cuprins sub membrană aflată în expansiune, perforațiile fine ale acesteia lăsând să treacă în mediul lichid bule foarte fine.
Zona centrală a membranei elastice nu este perforată și funcționează ca supapă de închidere în momentul în care se oprește admisia aerului, corpul (talerul suport) prezentând în această zonă orificiul de admisie a aerului sub presiune, zona delimitată de o nervură profilată, circulară ce facilitează o închidere etanșă.
La încetarea admisiei aerului membrana elastică se destinde și sub presiunea coloanei de apă de deasupra difuzorului se așează pe nervura circulară centrală a talerului, corespunzator zonei neperforate a membranei, împiedicând astfel accesul apei uzate în rețeaua de distribuție a aerului. Acest fapt permite și exploatarea discontinuă a sistemului de aerare.
Introducerea aerului comprimat se realizează printr-un ștuț filetat cu diametrul ½ “. Difuzoarele au următoarele caracteristici tehnice:
debit de aer pe aerator: Qmin – max = 2 – 18 Nm3/h;
debit de aer recomandat pe aerator: Qmed = 4 – 12 Nm3/h;
pierderea de presiune în funcție de debitul de aer: 10 – 25 mbar;
densitatea pe suprafață a aeratoarelor Ds = max. 9 buc/m2;
diametrul difuzorului D = 330 mm;
dimensiunea filetului de legatura ½”;
masa difuzorului cca 900 g;
capacitatea de oxigenare estimată: 15 – 20 gO2 / Nm3x m adâncime.
Avantajele sistemului de aerare cu difuzori poroși cu membrană elastică sunt următoarele:
rezistență hidraulică scăzută;
construcție simplă;
randament ridicat;
durată de viață superioară;
posibilitate superioară de reglaj;
nu necesită supraveghere;
montaj ușor.
Eficiența transferului de oxigen funcție de concentrație și de adâncime este prezentată în tabelul V.11.
Tab. V.30. Eficiența transferului de oxigen funcție de concentrație și de adâncime
Compoziția apei are o influență profundă pentru determinarea randamentului, de exemplu randamentul este redus progresiv cu concentrația de substanțe organice în apă și cu
Cap 6
CAPITOLUL VI
CONCLUZII
6.1. Concluzii generale
În procesul de epurare biologică a apelor uzate, cea mai imprortanta treapta este aerarea pneumatica. Prin aplicarea tehnologiei de oxigenare, se estimează o reducere a costului apei epurate cu 10%.
În ultimii 25 ani au fost realizate pe plan mondial, o serie de difuzoare cu membrană perforată, din cauciuc, ale caror performanțe în oxigenarea apei sunt superioare materialelor poroase.
Sistemele de aerare, utilizând difuzori disc cu membrană, sunt eficiente în aerarea apei de la suprafață. Aceste dispozitive se mai utilizează si pentru antrenarea apei de la fundul bazinului cu o viteza de 0,3 m/s.
Pentru a aera și a antrena toată apa din bazin, difuzorii de aer trebuie să fie situați în partea cea mai adâncă a bazinului la o departare de cel mult 0,3 m de radier și 0,5 m față de pereții laterali.
Cel mai important avantaj al acestor dispozitive de aerare este acela ca produc bule foarte fine. Pentru a menține la saturație concentrațiile de oxigen din apă, cantitatea de oxigen introdusă a fost de 3 până la 10 ori mai mare decât cea cerută pentru a menține niveluri de oxigen adecvate. S-a definit nivelul adecvat de oxigen ca fiind între 3 și 4 mg/l.
Eficiența aerării pneumatice (atât din punct de vedere al procesului biologic în sine, cât și din punct de vedere energetic (cost), depinde în cea mai mare măsură de performanțele dispozitivelor de aerare și a materialelor folosite.
Rezultatele experimentărilor efectuate, au condus la estimări pentru capacitatea specifică de oxigenare de 14….24 g O2/mc, m ad. ins, valoare superioară celei corespunzătoare difuzoarelor din materiale poroase, a căror capacitate specifică de oxigenare are valori cuprinse
între 8 …10 g oxigen/mc, m ad. ins.
Pierderea de presiune prin acest difuzor se înscrie în gamă 23…50 m Barr
valoare inferioară celei corespunzătoare difuzoarelor poroase, pentru care pierderea de presiune este de minimum 50 m Barr. Acest parametru influențează în mod decisiv randamentul energetic.
Pe lângă performanțele amintite mai sus, trebuiesc remarcate următoarele:
Δ difuzorul este confecționat din material plastic și cauciuc, ceea ce îi conferă atât rezistență mecanică bună cât și rezistență la coroziune ( în cazul folosirii lor în medii agresive);
Δ montarea și demontarea acestui difuzor este deosebit de simplă, putând fi adaptat cu ușurință la diametrul ștuțului existent pe conductele de distribuție a aerului;
Δînlocuirea membranei de cauciuc se face într-un timp scurt, sistemul de prindere al membranei de difuzor fiind simplu și nu este afectat de coroziune.
Efecte pozitive:
Δmicșorarea costurilor de exploatere cu cca. 15%;
Δmărirea eficienței de transfer a oxigenului dizolvat din aer în apă la cca. 30%;
Δreducerea consumului energetic specific pe m3 de apă epurată de la cca. 77 [W/m3] la 54 [W/m3], ca urmare a utilizării suflantei de aer cu turație reglabilă cu funcționare
automatizată.
Δreducerea impactului asupra mediului ca urmare a eficientizării funcționării stației de epurare în ceea ce privește oxidarea compușilor de natură organică și a celor de azot și înscrierea în limitele reglementate a efluenților epurați;
Conținutul lucrării
Lucrarea intitulată “ Contribuții la îmbunătățirea procesului de aerare a apelor uzate”
este structurată pe 6 capitole, dezvoltată pe 197 pagini, 102 figuri, 60 tabele, relații de calcul și o listă cu 148 titluri cu cele mai recente apariții științifice din țară și din străinătate. În partea finală se prezintă o Anexă cu imagini foto de la stația de epurare a apelor uzate menajere a municipiului Dej, jud. Cluj.
Capitolul I „Introducere” cuprinde noțiuni și definiții care se utilizează pe parcursul lucrării, termeni de actualitate și elemente relevante legate de dezvoltarea economică sănătoasă care nu se poate realiza decât între anumite limite impuse de :
→capacitatea sistemelor naturale de a furniza energie și materii prime;
→capacitatea mediului de a absorbi poluarea și deșeurile.
Se prezintă legislația României, elaborată în concordanță cu legislația europeană în
domeniul apelor și a poluării acestora, precum și angajamentele țării noastre privind alinierea legislației la Acquis-ul comunitar, incidența activităților umane asupra mediului.
De asemenea, sunt prezentate principalele motive care au fundamentat necesitatea și oportunitatea tematicii studiate în cazul tezei de doctorat.
Capitolul II „ Stadiul actual al sistemelor de epurare” prezintă stadiul actual al sistemelor de epurare atât la nivel național cât și la nivel mondial. Sunt studiate tipurile de tratări ale apelor uzate și dezvoltarea procedeelor în timp. Este prezentată sintetic soluția epurării biologice a apelor uzate menajere și în special procedeele de aerare (oxigenare) a apelor uzate menajere în bazinele de aerare.
Capitolul III „Bazele teoretice ale sistemelor de aerare a apelor uzate”. În acest capitol sunt prezentate succint echipamentele de aerare de toate tipurile. Acest capitol tratează detaliat procesele de transfer de masă și cantitate de mișcare, precum și bazele teoretice ale proceselor de aerare (oxigenare) a apelor uzate. De asemeni sunt studiate și prezentate detaliat sistemele de aerare în procesul de epurare al apelor uzate menajere, precum și aspecte practice de calcul al procesului de aerare a apelor uzate menajere.
Capitolul IV „Cercetări experimentale la scară de laborator” evidențiază cercetările experimentale de laborator și în instalația pilot, efectuate de autor, asupra dispozitivelor de aerare pneumatică cu membrană elastică. În acest capitol sunt prezentate sisteme de aerare pneumatică, echipamente pentru aerarea pneumatică, descrierea instalației experimentale, metodologia și etapele desfășurării cercetărilor, variante în care s-au desfășurat experimentările, metode de calcul, rezultate obținute și interpretarea acestora.
Capitolul V „ Cercetări „in situ” asupra eficienței difuzoarelor cu membrană elastomer. Studiu de caz : Stația de epurare a mun. Dej, jud, Cluj” prezintă continuarea
cercetărilor de la nivel de laborator și instalație pilot la experimentarea la scară naturală în stația de epurare a apelor uzate menajere și industriale de la SC Someș SA Dej din jud. Cluj. În acest capitol este prezentată stația de epurare și sunt descrise echipamentele și instalațiile realizate la sistemul de aerare ( transformarea de la aerarea mecanică la aerarea pneumatică), sistemul de automatizare, dispecerizare și monitorizarea parametrilor de funcționare.
De asemenea sunt prezentate etapele experimentelor desfășurate, rezultatele obținute în urma implementării soluției tehnice de aerare cu membrane elastice, interpretarea acestora precum și rezultatele obținute ulterior în derularea preocesului de epurare a apelor uzate din municipiul Dej.
Prezentarea indicatorilor de calitate privind descărcarea apei epurate în emisar pentru anul 2009, arată fără tăgadă, că utilizarea dispozitivelor de aerare cu membrană elastică rezolvă o mare problemă privind reducerea poluării mediului (apelor), dezvoltarea durabilă și economii energetice consistente.
Capitolul VI „Concluzii” prezintă conținutul lucrării, precum și contribuțiile autorului și originalitatea lucrării privind utilizarea membranelor elastice în procesul de epurare biologică a apelor uzate menajere.
6.3. Contribuții personale
Contribuția autorului are la bază producerea, testarea și experimentarea unui dispozitiv de aerare cu membrană elastică, la care se adaugă un amplu material bibliografic din țară și din străinătate sau preluate de pe internet, în limba română sau limbile de circulație internațională, referitor la tehnologii și sisteme de aerare utilizate în procesul de epurare al apelor uzate.
Teza este completată cu materiale care relevă experiența în domeniu tratării și epurării apelor, protecției mediului și implicit a gospodăririi apelor privind implementarea tehnologiilor noi de epurare în dezvoltarea infrastructurii localităților prin:
Δ Elaborarea unui studiu documentar asupra soluțiilor și dispozitivelor de aerare;
ΔSinteza studiului actual al tehnologiilor de aerare în varianta frecvent folosită, convențională cu nămol activat și aerare cu membrane elastice;
Δ Studiu asupra cineticii transferului aer – apă în bazinele de aerare cu nămol activ;
Δ Elaborarea, în cazul experimentărilor de laborator și la scară naturală, a unor concepte privind modul de proiectare și exploatare a sistemelor de aerare cu membrană elastică;
Δ Evidențierea avantajelor utilizării sistemelor de aerare cu membrană elastică în rezolvarea epurării biologice a apelor uzate.
Δ Autorul ajunge la concluzia că pentru promovarea și generalizarea utilizării sistemelor de aerare cu membrană elastică în alcătuirea unei stații de epurare, trebuie să se aibă în vedere:
Δ Alegerea echipamentelor de aerare (oxigenare) a apelor în funcție de transferul oxigenului din bula de gaz în apa uzată;
Δ Reducerea consumului energetic în stațiile de epurare prin utilizarea dispozitivelor de aerare cu bule fine (membrane elastice);
Δ Elementele conjuncturale impuse de costurile de investiții, de exploatare și consumurile energetice și perspectiva creșterii exigențelor în protecția calității apelor.
6.4. Propuneri și recomandări
Ca tendințe și perspective, soluția de aerare cu membrane elastice conduce la eficiență de epurare ridicată, la un cost de exploatare redus și la reducerea consumurilor energetice cu minimum 15%.
Având în vedere că acest tip de dispozitiv de dispersie a aerului în bazinul de aerare din treapta biologică a unei stații de epurare urbane, asigură o dispersie uniformă a aerului în apă și un transfer al oxigenului dizolvat cu 30 % mai ridicat față de dispozitive similare, precum și un consum energetic redus, aplicabilitatea lor în procesul de aerare a apelor uzate constituie o certitudine și ca atare trebuie generalizată la nivel național.
Rezultatele studiului efectuat la stația de epurare a municipiului Dej, indică
o eficiență energetică de 2,5 … 4,5 kg O2/kWh, comparabilă cu cea realizată de echipamentele de import.
Fig.VI.1. Difuzor disc cu membrană elastică în funcțiune cu apă uzată
Fig.VI.2. Difuzor disc cu membrană elastică în funcțiune cu apă curată
CAPITOLUL 1
Generalități
Controlul de supervizare și achiziții de date este prescurtat cu acronimul SCADA, care provine din limba engleză și corespunde termenilor “Supervisory Control and Data Acquisition”. Atunci când un computer monitorizează și controlează un process se face referire la un system de control industrial. Procesele din domeniul infrastructurii și din domeniul industrial pot fii monitorizate.
Componentele generale ale sistemului
Următoarele subsiteme alcătuiesc un sistem SCADA:
Modulul operator, interfața om- mașină. În acest modul datele afișate de dispozitiv pot fii controlate de un operator
Aplicația SCADA rulează pe un calculator care este legat la unitatea central de calcul și care achiziționează datele în proces. Aplicația controlează procesul, prin actionarea comenzilor specific elemntelor de acționare.
Există anumite unități terminale comandate la distanță (RTU- Remote Terminal Unit) acestea transformă semnalele electrice ale senzorilor în semnale electrice digitale prin conectarea senzorilor la proces. Aceste unități transmit semnalelle către sistemul SCADA.
Funcția de unitate terminală periferică (RTU) poate fi îndeplinită de o unitate de comanda logică (PLC- Programmable Logic Controller), ea mai poate fi folosită si ca element de process. Ea are avantajul unui cost scăzut atunci când este folosită ca element de process, precum și o bună versatilitate și flexibilitate în configurație.
Interconectarea elementelor sistemului SCADA este data de infrastructura de comunicații
Figura 1. Schema generala a sistemului de automatizare
Monitorizarea locală a parametrilor de funcționare, funcțiile sistemului SCADA (fig.1.)
Funcțiile sistemului SCADA sunt următoarele:
Eficiența și optimizarea parametrilor de ieșire prin controlarea automata a procesului tehnologic
Monitorizarea în timp real a stării procesului tehnologic
Elaborarea unor strategii de exploatare performante prin afișarea grafică a datelor de process
Monitorizarea și gestionarea stării echipamentului, a situației alarmelor, precum și a eficienței istoricului marimilor de process
Centralizarea datelor de la Controller-ere de teren sau direct de la senzori
Centralizarea și stocarea datelor obținute într-o bază de date
Formatarea măsurătorilor (digital, analogic, bar-graph, iar tendința este de grafică)
Atunci când este cazul se generează automat alarmele
Comenzile și alarmele sunt trimise la comanda manual sau automat
Monitorizarea parametrilor de funcționare ai instalației de epurare și emiterea unor rapoarte de activitate care sunt generate zilnic
Configurarea rețelei de date și controlarea accesului utilizatorilor pe bază de parole
Toate operațiile efectuate de utilizatori vor fi centralizate sub forma unor jurnale de activitate zilnică
Trei noduri PLC sunt prevăzute cu interfețe de comunicație Ethernet-Profinet, care sunt
conectate la câte un switch optic Ethernet. În interiorul unui tablou de automatizare MCC sunt plasate cele trei noduri PLC (fig.2).
Următoarele PLC-uri au fost alese: S7 317 – 2 PN/DP, S7 319 – 2 PN/DP și combinate.
Figura 2. Interfața principală a aplicației SCADA
Patru servere vor rula simultan și vor gestioana fiecare sarcinii specific, din structura internă a programului de aplicație (fig.3.). Aceste servere sunt configurate sa ruleze simultan pe același calculator.
În continuare vor fii descries cele patru servere:
Serverul de alarme – gestioneaza alarmele
Serverul de rapoarte – controleaza si administreaza generarea automata de rapoarte
Serverul de grafice – controleaza si administreaza acumularea si arhivarea datelor necesare reprezentarii grafice a marimilor de proces
Serverul de intrari-iesiri (I/O server) – este un server dedicat schimbului de date între dispozitivele din câmp, de tip PLC sau RTU si clientul SCADA.
Figura 3. Arhitectura software a sistemului SCADA
Figura 4. Repartizarea echipamentelor de proces pe tablourile de automatizare
Câte un UPS care este echipat cu module de intrare-ieșire și analogice de preluare de informații alimentează fiecare PLC. Nodurile PLC sunt interconectate pe o magistrala Ethernet pe suport FO (fibra optica), arhitectura de ansamblu find de tipul inel FO. Inelul de Ethernet-FO include un al patrulea nod, respectiv dispeceratul local al stației de epurare, unde sunt amplasate echipamentele SCADA: servere SCADA, server de arhivare, calculatoare operatori si imprimanta (fig.4).
Din considerente de reduntanță a fost aleasă arhitectura de tip inel, pe support de fibră optică din cauza vitezei de transimitere a datelor și din cauza eliminării perturbațiilor electromagnetice.
S-au ales tot din considerente de reduntanță doua servere SCADA si doua switch-uri Ethernet- Fibra optica pentru conectarea inelului la reteaua de servere si calculatoare din dispecerat.
CAPITOLUL 2
FUNCȚIONAREA SISTEMULUI DE AUTOMATIZARE
În figura 4 sunt prezentate repartizarea echipamentelor electrice de proces pe cele trei PLC-uri.
În tabloul MCC1 se găsește PLC care deservește consumatorii pe linia de tratare mecanică.
Următoarele zone sunt controlate: camera de intrarea în SE – camera deversoare, clădire gratare, desnisipator și separator grasimi, stație pompare apa uzată. S-a ales PLC-ul S7-317-2PN/DP sau similar.
În tabloul MCC2 se găsește PLC-ul care controlează zona de tratare biologică: stația de suflante bazine biologice, stația de dozare clorura ferică, echipamentele din bazinul anaerob, echipamente bazine aerare, echipamente decantoare secundare, echipamente stație de pompare apa tehnologică, echipamente stație de pompare spumă, echipamente stație de pompare nămol recirculare și nămol în exces, debitmetru efluent. S-a ales PLC-ul S7-319-2PN/DP sau similar.
În tabloul MCC3 se găsește PLC-ul care controlează linia de tratare a nămolului: stație îngroșare-deshidratare namol, bazin tampon namol în exces, stație pompare supernatant. S-a ales PLC-ul S7-317-2PN/DP sau similar.
În interiorul clădirilor vor fii amplasate tablouri care vor avea minim IP 44. În tablourile amplasate în exterior vor fii puse IP 65.
Dimensionarea cu o rezervă a tablourilor care conțin convertizoare de frecvență se face astfel încât să se mai pună încă un convertizor, precum și echipamente de comandă-alimentare ale acestuia.
14 tablouri de alimentare/ automatizare cuprinde instalația de automatizare:
2.1 Tabloul MCC1
În camera electrică din clădirea grătarelor este amplasat tabloul MCC1. Accesoriile cu care este echipat acest tablou sunt următoarele: elemente de ventilare, de încălzire și de iluminat.
PLC-uri și elementele de instrumentație (elementele de control) sunt alimentate din tabloul echipat cu UPS. Tabloul MCC1 are un transformator de izolare galvanică pentru comanda în câmp a echipamentelor. Fiecare grătar din clădirea grătarelor este echipat cu tablouri de automatizare proprii.
Tabloul din clădirea de recepție nămol fose septice, tabloul din clădirea desnisipatorlui transmit informații precum și tablourile de automatizare proprie a grătarelor transmit informații către tabloul MCC1. Transmiterea informațiilor se realizează prin semnale digitale. Rețeaua PROFIBUS face legătura cu tabloul desnisipatorului. Pentru treapta mecanică de tratare se va utiliza un tablou echipat cu Touch Screen, care va fi utilizat ca elemnt HMI local. În cadrul tabloului sunt mici panouri de protecție pentru circuitele de iluminat, prize, încălzire din clădirea grătarelor.
Tabloul din clădirea desnisipatorului
În clădirea desnisipatorului se găsește un tablou echipat cu elemente de ventilare, încălzire și iluminat. Elementele de control (Interfața PROFIBUS și modulele de intrare/ieșire) sunt alimentate de la tabloul echipat cu UPS. Acest transformator conține un transformator de izolare galvanică pentru comanda în câmp a echipamentelor. Prin semnale digitale se comunică cu tabloul de automatizare a podului raclor, care apoi comunică cu tabloul din clădirea desnisipatorului. Acest tablou controlează pompele de nisp, suflantele, pompele de apă și cu separatorul de grăsimi.
Pentru pompele din stația de pompare apă uzată sunt amaplasate și echipamente de control precum: protecții, contactoare, relee, convertizoare de frecvență etc. Din considerente climatice precum evitarea umezelii și radiațiilor solare au fost amplasate aceste echipamente de control în interiorul tabloului .
S-au montat cutii de comanda cu IP ridicat pentru fiecare pompă, pentru trecerea pompei în regim automat sau manual. Echipamentele pe care le conțin cutiile de comandă suntȘ butoane, selectoare de regim și butoane de urgență.
Tabloul MCC2
În camera electrică din clădirea suflantelor este amplasat tabloul MCC2, echipat cu elemnte de ventilare, încălzire și iluminat. Elementele de control și instrmentației sunt alimnetate prin intermediul unui UPS, din interiorul tabloului. Ca și în cazul tabloului MCC1, acest tablou conține un transformator de izolare galvanică pentru comanda în camp a echipamentelor. Treapta biologică a stației de epurare este controlată de PLC-ul acestui tablou.
Mai multe tablouri transmit informații către tabloul MCC2. Acestea sunt: tabloul bazinelor anaerobe, tabloul bazinelor de aerare, tabloul stației de pompare apă tehnologică, tablourile proprii ale podurilor racloare decantoarelor secundare, tabloul din gospodaria electrică și o cutie cu IP ridicat plasata în zona decantoarelor. Tablouri de automatizare proprii au doar podurile racloare aferente decantoarelor secundare. Legaturile între aceste tablouri descries mai sus se face prin semnale digitale. Prin rețeua FPROFIBUS se face legătura cu tabloul din gospodăria electrică și cu cutia cu IP ridicat amplasat în zona decantoarelor. Tot prin rețeaua PROFIBUS se mai face legătura sistemului SCADA cu instalația de dozare reactive pentru precipitare, deoarece așa s-a realizat proiectul. La achiziționarea echipamentului a fost cumparat modulul de interfațare Profibus.
Elementele de control pe care le conține acest tablou sunt următoarele: convertizoare de frecvență, contactoare, protecții etc, pentru suflantele amplasate în această clădire. Semnalul de current prin care se face comanda și feedback-ul este de 4- 20mA. Suflantele pot fii comandate atât manual cat și automat deoarece conțin cutii de comandă locală. La fel ca și în cazul MCC1, tabloul este echipat cu Touch Screen, care va fi utilizat ca element HMI local.
Tabloul din gospodaria electrică
Ca și în cazul MCC1 și MCC2 acest tablou este echipat cu elemente de ventilare, încălzire și iluminat, precum și cu un UPS din care sunt alimentate elementele de control.
În acest tablou sunt amplasate și echipamentele de control precum: protecții, contactoare, relee, convertizoare de frecvență etc., pentru pompele de recirculare nămol. Fiecare pompă are un convertizor de frecvență care comunică cu sistemul de control (PLC) prin semnale analogice (current). Tot din considerente climatice ca și în cazul MCC1 și MCC2 au fost amplasate în interiorul tabloului pentru a fii ferrite de umezeală și de radiațiile solare.
Pentru fiecare pompă sunt amplasate local cutii de comanda cu IP ridicat. Ele sunt dotate cu echipamentele (butoane, selectoare de regim, butoane de urgență) pentru trecerea pompei în regim manual și automat.
În tabloul electric din gospodăria electrică sunt amplasate dispozitivele de comunicație a sistemului SCADA cu grupul electrogen, disjunctoarele de alimentare normal și vitală și AAR. Prin semnale digitale (230 Vac) se realizeză comunicarea. Generatorul este achiziționat cu AAR propriu, deoarece așa s-a considerat în proiect. AAR transmite informația vitală către sistemul de automatizare. Rețeaua PROFIBUS face legătura cu centrala de măsură. Tot în cadrul proiectului s-a ales o central de măsură care poate comunica cu PROFIBUS. Echipamentul de control pentru bateriile condesatoare sunt conținute tot de tablou. În acest tablou mai sunt amplasate și protecțiile pentru circuitele de iluminat, prize, încălzire pentru toată clădirea din cadrul gospodăriei electrice.
Cutia din zona decantoarelor
Lângă alee, în exterior este amplasată cutia din zona decantoarelor. Este echipată cu sistem de încălzire și are cutie IP67. Această cutie conține interfața PROFIBUS, precum și module de intrare/ieșire analogică. Ea culege semnale analogice de curent de la traductoarele amplasate în zona decantoarelor, din cadrul stației de pompare apă tehnologică și comandă vanele de reglare a debitului de nămol recirculat.
Tabloul MCC3
În camera electrică din clădirea instalației de îngroșare/ deshidratare nămol este amplasat tabloul MCC3. Ca și în cazul celorlalte 2 tablouri și acest tablou este echipat cu elemnte de ventilare, încălzire și iluminat. Elementele de instrumentației și elemntele de control sunt alimentate dintr-un UPS, din interiorul acestui tablou. Linia de nămol din stație este controlată de PLC-ul acestui tablou.
Următoarele tablouri transmit informații către MCC3: tabloul bazinului de stocare nămol, tabloul stației de pompare supernatant, tablourile instalației de deshidratare/îngroșare nămol, precum și tabloul stației de dozare polimeri.
Singurele instalații care au tablouri de automatizare proprii sunt instalațiile de îngroșare/deshidratare nămol, precum și instalația de dozare polimeri. Prin semnale digitale se realizează comunicarea cu aceste tablouri. Pompele de nămol, pompele de dozare polimeri și convertoarele amplasate în această clădire conțin elementele de control în interiorul tabloului MCC3.
Deoarece au cutii de comandă locală pompele de nămol, pompele de dozare electroliți și convectoarele pot fii comandate în regim manual sau automat. Ca și în cazul MCC1 și MCC2, tabloul MCC3 este echipat cu un Touch Screen.
Tablou clădire recepție nămol fose septice
În interiorul clădirii de recepție nămol fose septice, este amplasat acest tablou. Echipamentele pe care le cuprinde acest tablou sunt: 1 grătar, 2 pompe nămol și 1 mixer, precum și echipamente de comutare comandă din regim automat în regim manual. Pe ușa tabloului va fii montat butonul de emergență, iar în interiorul tabloului celelalte butoane, precum și selectoarele.
Ca și în cazul celorlalte tablouri și acest tablou conține protecție pentru circuitele de iluminat, prize, încălzire din camera de recepție fose septice.
Tablou stație pompare apa tehnologică
Acest tablou este amplasat în exteriorul stației de pompare apă tehnologică și are IP65. El cuprinde următoarele elemente: 1 grup hidrofor și echipamente de comutare și comandă în regim manual. Tabloul de control al instalației UV se aleimentează de la acest tablou.
Tablou bazine aerare
În exteriorul bazinelor de aerare este amplasat acest tablou și are IP 65. Acest tabloul cuprinde următoarele echipamente: 4 mixere și echipamente de comutare și comandă în regim manual. Cele patru mixere au următoarea destinație: 2 mixere sunt pentru alimentare vital și 2 mixere pentru alimentarea nevital.
2.10.Tablou bazine anaerobe
În exteriorul bazinelor anaerobe este amplasat acest tablou și are IP65. Acest tablou conține următoarele elemente de forță pentru comanda bazinelor de aerare: două mixere și echipamentele de comutare din regim automat în regim manual.
2.11.Tablou bazine stocare namol
În exteriorul bazinului de stocare nămol este amplasat acest tablou și are IP65. Acest tablou conține elementele de comandă și control aferente bazinului de stocare nămol: un mixer și echipamente de comutare comandă automata în comandă manual.
2.12.Tablou camera deversoare
În exteriorul camerei deversoare este amplata acest tablou și are IP 65. Acest tablou conține elemnetele de comandă și control pentru camera deversoare: un grătar și echipamente de comutare și comandă în regim manual. Grătarul este singurul care poate fii mișcat și invers, deoarece el are comandă manual. Proiectul se modifică corespunzător dacă grătarul are comandă de supraîncărcare sau de spălare a unei vane.
2.13.Tablou decantoare secundare
Acest tablou este amplasat în exteriorul decantoarelor secundare și are IP65. Tabloul conține elemente de comandă și control pentru decantoarele secundare: două pompe spumă și echipamente de schimbare a comenzii automate în comandă manuală. Singurele echipamente care au tablouri de automatizare proprii sunt podurile racloare. Transmiterea și preluarea informațiilor se face în mod digital de la tabloul MCC2.
Tablou stație pompare supernatant
În exteriorul stației de pompare supernatant este amplasat acest tablou și are IP 65. Acest tablou cuprinde următoarele echipamente: trei pompe supernatant și echipamente de transormare a comenzii automate în comandă manuală.
Cu ajutorul unor cutii de distribuție (conform planurilor de alimentare vitală și normal) se face alimentarea celor 14 tablouri. Cu excepția cutiei din zona decantoarelor care se alimentează din tabloul MCC2. Conform schemelor de alimentare echipamente și control SCADA, tablourile de automatizare proprii se alimentează singure.
CAPITOLUL 3
SENZORISTICA
Linia stației de epurare este menținută în mișcare cu gama de echipamente pentru controlul proceselor. Aceste echipamente sunt presostate, senzori de nivel, termostate, senzori CO, traductoare de nivel, traductoare de presiune, traductoare de debit, traductoare de temperatură, traductoare de suspensii, traductoare de pH, traductoare de oxigen dizolvat, traductoare de NO3, traductoare CCO-Cr, traductoare PO4 și stații de prelevare probe.
Ca elemente de protecție a instalațiilor sunt amplasate preostate și senzori de nivel care comunică în regim digital.
Pornirea ventilatoarelor și a elementelor de încălzire din clădiri este dictate de termostatele și senzorii CO. Aceștia ca și cei menționați mai sus nu sunt poziționate în schemele de “Preluare semnale senzoristică SCADA”.
Pentru controlul și monitorizarea calității apei sunt utilizate: traductoarele de nivel, traductoarele de presiune, traductoarele de debit, traductoarele de temperatură, traductoarele de suspensii, traductoarele de pH, traductoarele de oxigen dizolvat, traductoarele de NO3, traductoarele CCO-Cr și traductoarele PO4. Aceste echipamente se alimentează la o tensiune continua de 230 Vac oferă un semnal unificat de 4-20mA. Cu ajutorul sistemului SCADA, aceste semnale sunt preluate și prelucrate, conform “ Schemelor de preluare semnale senzoristică SCADA “
Două stații de prelevare probe sunt prevăzute în proiect: unul la intrarea apei în stația de epurare (în clădirea gratarelor) și unul la ieșirea apei din stație de epurare (în zona stației de pompare apa tehnologică). Prin rețeaua PROFIBUS sunt preluate informațiile de la aceste două stații, precum și înformația de “Defecțiune” a stației atunci când este cazul.
CAPITOLUL 4
CONCLUZII
Un aspect esențial pentru asigurarea calității apelor epurate l-a constituit implementarea unui sistem SCADA asupra procesului tehnologic de funcționare a unei stații de epurare. Acest sistem poate gestiona datele de process cât și optimizarea funcționării, dacă este configurat corespunzător.
Avantajul major al acestui sistem constă în monitorizarea și centralizarea datelor de proces cu ajutorul funcțiilor de arhivare, prelucrare, analiză și de vizualizare a acestora. Un tehnolog poate optimiza și propune metode de colectare a acestor date de proces. Tehnologia de epurare a apelor uzate este un process de lungă durată care se poate întinde pe mai multe zile sau chiar luni,
Cel mai important avantaj al implementării sistemului SCADA a constat în optimizarea funcționării procesului. Sistemul SCADA va monitoriza parametrii de ieșire ai apei uazate, precum și evoluția acestora pe perioade extinse de timp și va aplica corecții parametrilor de ieșire la nivel de process tehnologic. Modificarea parametrilor de ieșire (corecții) se va face pentru a îmbunătății calitatea apei epurate conform normativelor în vigoare. Se dorește obținerea unui consum energetic cât mai redus. Cele mai mari echipamente consumatoare de energie electrică sunt suflantele din treapta biologică. Optimizările de process se vor realiza pe fiecare treapta a procesului de epurare.
În etapa de implementare de proces se dorește asigurarea securității procesului tehnologic de epurare. Pentru fiecare etapa a procesului tehnologic se vor monta alarme de proces care vor face posibilă transmiterea informațiilor necesare către operator. Sistemul trebuie să aibă autonomie proprie, în cazul unei deschideri accidentale a unui canal de evacuare, sistemul va acționa la închiderea de urgență a acelui canal de evacuare fară să mai întrebe operatorul. Pentru situații mai deosebite se întreabă operatorul cu privire la operația pe care trebuie s-o realizeze sistemul.
Performanțele și eficiența procesului tehnologic de epurare sunt îmbunătățite prin implementarea unui sistem SCADA, în cadrul unei stații de epurare.
CAPITOLUL 1
STADIUL ACTUAL AL TEHNOLOGIILOR DE EPURARE A APELOR UZATE DIN RÂMNICU VÂLCEA
1.1.Generalități din interiorul stației de epurare Râmnicu Vâlcea
În 1979 a fost pusa în funcțiune stația de epurare din Râmnicu Vâlcea. În prima etapă stația fost proiectată să funcționeze doar cu 510 L/ s, urmând ca în etapa a II-a debitul sa fie 1020 L/ s.
În anul 2001, debitul de ape pluviale, ape uzate menajere și ape uzate industriale care intra în camera deversoare era cuprins între 620 – 996 L/ s. Cantitatea de ape uzate industriale era de 20%, de ape uzate menajere de 60-70% și restul până la 100% erau ape pluviale.
Unitățile care deversau ape uzate industriale erau următoarele : Vâlceana, Carpatina, Favil, Minet, IAMC, Abator, Hervil etc.
Amplasarea stației este în partea de sud a orașului, mai exact pe malul drept al râului Olt. Stația preia apele uzate din rețeaua de canalizare a orașului Râmnicu Vâlcea și le tratează (fig.1.1.).
Fig.1.1. Stația de epurare a municipiului Râmnicu Vâlcea
Apele care intră în stație pot fi ape uzate industriale, menajere, meteorice și de infiltrație. Cu excepția zonei de Sud a orașului, toate apele din întreg sistemul de canalizare sunt colectate și epurate în stația de la Râmnicu Vâlcea.
Stației de epurare cuprinde 2 linii tehnologice, iar în continuare vor fii descrise (tabelul 1.1.)
Tabel 1.1. Conținutul celor 2 linii tehnologice ale stației de epurare
În principiu cele doua linii tehnologice ale stației sunt aproximativ identice ca principiu de funcționare, construcție și dotare tehnică.
Tabel 1.2. Conținutul apelor reziduale menajere care intra în stația de epurare
1.2. Descrierea circuitului apei uzate și echipamentelor din instalația de epurare
a) 1 bazin de retenție ce are rolul de a stoca apele meteorice, pentru a evita producerea unor accidente prin refularea instalațiilor. Bazinul de retenție joacă un rol important în randamentul operației de epurare.
camera deversoare
Are rolul de a regla debitele de ape uzate ce intră în stație și este construită din beton armat, capabilă să reziste la debite și mai mari decât cele existente (fig.1.2.). Un limnigraf cu diagramă de înregistrare măsoara debitele care intră în stația de epurare. Apa uzată careintră în stație este epurată biologic, iar surplusul de debit este retrimis în râul Olt.
Fig.1.2. Camera deversoare
Gratare rare
Aceste gratare rare au rolul de a regla debitele de apă uzată prin intermediul a două stăvilare. Corpurile solide cu dimensiuni mari sunt reținute pe aceste grătare (hârtii, cârpe, material plastic, materii în suspensie mari). Grătarele sunt curățate (zilnic) manual cu ajutorul greblelor. Ele sunt construite din bare de fier paralele, cu înclinare de 35 grade și cu o distanță între ele de 10 cm (fig.1.3).
Avantajele acestor grătare constau în prevenirea înfundării pompelor și a conductelor, prin reținerea corpurilor solide în circuitul tehnologic al stației de epurare.
Fig. 1.3. Instalație de gratare
Gratare dese
Avantajele gratarelor dese constau în reținerea corpurilor mari de 15mm-20 mm. În partea de jos a acestor grătare sunt montate două stăvilare, iar distanța între bare este de 1,2-2 cm și înclinare de 30 grade. Depozitarea materialelor reținute pe grătare se realizeaza în containere și apoi sunt duse la rampa de gunoi. Montarea stăvilarelor în aval închid canalul colector și au avantajul ca se pot efectua unele revizii sau reparații atuncii cand este necesar. Stăvilarele sunt dotate cu mecanisme de acționare manuala, iar frecvența lor de manevrare este rară.
Desnisipatoarele orizontale
3 linii desnisipatoare au fost construite din beton pentru a regla debitele celor 3 stăvilare montate în amonte. Desnisipatoarele au rolul de a reține materiile în suspensie, mineralele, granulele și sunt caracterizate prin lipsa de putrescibilitate și viteza mare de sedimentare (nisip, pietriș). Ele mai au rolul de a reține o cantitate mica și de substanțe organice (fig.1.4).
Depunerea gravitaționala din interiorul desnisipatorului se realizeaza cu o viteză de circulație a apei de 0,3 m/s. Nisipul este colectat în cuve și evacuat în containere, care mai apoi vor fii transportate la rampele de gunoi, printr-un sistem de insuflare cu aer-lift.
Avantajele desnisipatoarele constau în:
protecția instalației mecanice în mișcare;
reducerea posibilităților de înfundare a conductelor provocate de depunerea nisipului pe conductă.
Un dezavantaj al desnisipatoarelor este menținerea vitezei constante la variațiile de debit, în special pe timp de ploaie, la debite maxime.
Curățarea desnispatoarelor se aseamana cu cea a grătarelor, deoarece se utilizează aceleași tipuri de stăvilare. Iar depozitarea nisipului colectat se realizează tot în containere care apoi sunt trimise la rampa de gunoi.
Fig.1.4. Desnisipator orizontal
Separatorul de grăsimi
Separatorul de grăsimi este alcatuit din două cuve care au rolul de a opri produsele petroliere, grăsimile și uleiurile cu greutate specifică mică. Prin insuflarea aerului asigurat de un generator de aer comprimat, se formează o peliculă de grăsime pe suprafața apei, care apoi printr-un deversor este colectată în jgheaburi laterale și condusă într-un cămin de depozitare unde este vidanjată și apoi evacuată la rampa de gunoi.
Stația de suflante
Este echipata cu 2 electrosuflante de tip SRD 40 (fig.1.5) cu urmatoarele caracteristici:
Q = 1090 mc /ora; Presiune=5000 mm col H2O; P = 30 KV; Rot = 730 / min.
Fig.1.5. Suflantă SRD 40
Debitmetrul Parshal
Înregistrarea debitelor orare de apă uzată care intră în stație se realizează cu ajutorul unui limigraf. Construcția este de tipul unui camin în care este instalată o miră. Acest camin se află situat pe canalul deschis de legătură dintre separatorul de grăsimi și camera de distribuție.
Camera de distribuție
Atât în decantoarele primare, cât și în decantoarele secundare sunt prezente 2 camere de distribuție, care au rolul de a repartiza debitele de apă. Pentru închiderea, deschiderea și reglarea debitelor de apă uzată, camerele de distribuție sunt prevăzute cu vane 4 x 2 = 8.
Decantoare primare
Pentru reținerea suspensiilor, nămolurilor brute sau active se folosește decantorul primar, care este construit din beton armat. Decantarea gravitațională a suspensiilor mai mari decât coloizii, se realizează în decantoarele primare cu diametrul de 30 m și un volum unitar de 1500mc.
Decantoarele primare sunt alimentate printr-o conductă de apa care trece pe sub radier și se deschide pre centru decantorului sub nivelul apei. Apa este introdusă în bazin pe la partea inferioară a unui perete deflector circular, care distribuie apa în toate compartimentele decantorului. La partea inferioara a decantorului este montată o rigolă periferica de care este atașat un deversor reglabil (având muchia în formă de dinți de fierăstrău) și pe la aceea parte se evacuează apa (fig.1.6).
Fig.1.6. Decantor
Grăsimile și spuma de pe suprafața apei sunt culese de un răzuitor care este fixat de podul raclor, capabil să funcționeze aproximativ 12 ore/zi și care sunt transportate mai apoi către un jgheab la un cămin vidanjat periodic. În stația de nămol este colectat nămolul primar prin cădere liberă prin conul de colectare, capabil să funcționeze cu două rotiri pe oră (U=96%). Decantorul primar are o eficiență medie procentuală de 35%.
Bazine de aerare
Epurarea biologică a apei uzate decantate se face în bazinele de aerare. Alimentarea bazinului cu apă uzată se face pe la partea superioară, iar alimentarea bazinului cu oxigen se face pe la gurile de alimentare din dreptul turbinelor cu acționare mecanică.
Prin manevrarea vanelor se evacuează amestecul apă-nămol activ din bazin, pe la partea de sus a bazinului pe la partea de distribuție.
Decantoare secundare
Decantoarele secundare sunt prevăzute cu o instalație hidraulică de evacuare a nămolului, pentru a evita staționarea nămolului activ depus pe radier și apariția fenomenului de anaerobie. Au un volum de 1500mc și diametrul de 35m. Operația de clarificare apă-nămol se realizează în decantoarele secundare, după care apa este deversată în emisar la mal.
Reglarea debitului de nămol extras se realizează cu ajutorul unei instalații de extragere nămol, prevăzută cu vane telescopice. Nămolul activ colectat este evacuat către stația de pompare a nămolului activ prin intermediul unei conducte de oțel de D=400 mm. Doar o parte din nămolul activ este trimis la fermentare prin intermediul decantoarelor primare, restul de nămol este numit „namol in exces” și evacuat la stația de pompare nămol.
Stația de pompare namol activ
Stația este echipată cu următoarele echipamente: 3 pompe Cerna 200, Q= 260 mc / h; 15 KW/h și o 1 pompa ACV 200, Q= 189 mc / h; 10 KW/h
Recircularea nămolului activ este realizat în această stație (fig. 1.7.).
Fig.1.7. Stație de pompare nămol
1.3. Descrierea circuitului namolului din instalația de epurare
1.3.1.Principiul de funcționare și caracteristicile tehnice ale utilajelor /echipamentelor
Stație pompare nămol brut în îngroșator
Prin dirijarea gravitațională prin manevre de vană către stația de pompare a namolului brut se evacuează nămolul depus în decantor. El urmează apoi operația de îngroșare a nămolului.
Echipamentele din stația de pompare nămol sunt următoarele: 2 pompe Cerna 200 – 189 mc / h, 15 KW / h; 1 pompa ACV și 2 pompe NPF 5.
Îngroșător namol
Principalul scop pentru îngroșarea nămolului este reducerea cantității și volumului de apă din nămol, înainte de operația de fermentare. Îngroșatoarele de nămol conțin o serie de bare metalice perpendiculare pe radier, fixate de podul raclor, ce se deplasează cu o viteză de 1 rotatie / ora, care permit accelerarea îngrpșării nămolului. Ele sunt asemănătoare decantoarelor.
Avantajele barelor metalice consta în evitarea formării pungilor de gaze de fermentație și favorizarea îngroșării nămolului, precum și distribuției apei pe suprafața barelor.
Operația de îngroșare nămol în aceste bazine se realizează până ce conținutul de nămol se înjumătățește.
Din decantoarele primare se introduce nămolul brut cu ajutorul unor pompe în îngroșator, după ce se termina operația de îngroșare, namolul este evacuat gravitațional către stația de evacuare nămol brut.
Stația pompelor nămol îngroșat
Nămolul proaspăt îngroșat este introdus în metantancuri cu ajutorul unor pompe din stație.
Echipamentele din stația de pompare sunt următoarele: 2 electropompe ACV 200, Q=189 mc / h, H= 18 m și 1 pompa NPF 5
Metantancuri
În interiorul metantancurilor nămolul îngroșat este supus fermentării anaerobe la 35-40 0C. Acest nămol este trimis în metantancuri cu ajutorul stației de pompare nămol. Echipamentele din metantancuri sunt 3 electropompe Bicaz, Q= 80 mc / h, H=30m, N=1500 rot / min. Metantancurile au un volum de 1500mc, pereții exteriori sunt îmbrăcați în cărămidă și au formă circulară cu pereți cu grosime minimă de 80cm.
Cu ajutorul schimbătoarelor de căldură din interiorul centralei termice a stației se realizează încălzirea apei.
Avantajele recirculării nămolului:
menținerea temperaturii constante în întreaga masă prin transportul uniform de căldură
accelerarea fermentării prin amestecarea nămolului brut cu nămol fermentat
realizarea uniformității amestecului de material în metantanc
Prin recircularea nămolului se realizează reducerea susbtanțială a formării spumei, iar reglarea debitului de recirculare a nămolului se realizează cu ajutorul vanelor. Sunt 3 cote în circuitul de evacuare gravitațională al nămolului fermentat: -4; 0; +4.
Circuitul de evacuare a apei din nămol
Prin decantarea nămolului în metantancuri se acumulează apa în partea superioară. Această apa are un conținut de materii în suspensie mare și o culoare brun-verzuie. Apa rezultată din decantarea nămolului timp de aproximativ 4 ore este evacuată ca apă uzată. Această apă nu se întroduce în bazinul de aerare.
Circuitul evacuării gazelor de fermentare
Cu ajutorul unui gazometru, gazele care se acumulează în metantancuri în timpul operației de fermentare sunt evacuate printr-o conductă specială pentru gaze.
Platformele de uscare a nămolului fermentat
Namolul fermentat în metantancuri este evacuat și uscat pe niște platforme de uscare a nămolului. Dacă nu este bine fermentat nămolul nu este evacuat pe platforma de uscare. Mai multe tuburi perforate, 2 drenuri longitudinale compuse dintr-un strat filtrant prin care se drenează apa de nămol alcătuiesc instalația paturilor de uscare.
Nămolul nefermentat introdus accidental pe paturile de uscare degajă un miros neplăcut și se deshidratează încet. În schimb nămolul fermentat are un conținut de apa cuprins între 70-80%, este crăpat la suprafață și este spongios. Nămolul fermentat este uscat pe 14 platforme de uscare având o suprafață de 13.000 m2.
Gazometre
Gazele din metantancuri sunt colecate în gazometre care pot avea o poziție ridicată sau coborâtă. La partea superioară au o cuvă circulara din beton armat pe care se așează un clopot metallic cilindric și care este ghidată de un esafodaj metalic. Această cuvă circular este în permanență plină de apă. Cele două gazometre care preiau gazele din metantancuri au un volum de 2 x 500 mc. Echipamentele din interiorul instalației de gazometre sunt următoarele: gazometru propriu-zis, conducte gaze (intrare si iesire), conducta preaplin gaz, conducta apa-golire, supapa de închidere.
Centrala termică
Scopul centralei termice este acela de a încălzi apa la o presiune de 0,7 atmosfere, necesară în timpul fermentării nămolului prin încălzirea nămolului brut, încălzirea apei din interiorul gazometrelor, încălzirea apei calde menajere, încălzirea clădirilor din incinta stației de epurare etc. 3 cazane de joasă presiune produc apa caldă.
CAPITOLUL 2
STUDIU DE CAZ
2.1 Datele inițiale
În continuare se va prezenta o simulare a unei situații critice asupra stației de epurare.
Stația de epurare din Râmnicu Vâlcea are o acoperire de 100% a distribuției apei potabile și a canalizărilor, pentru cei 110.000 locuitori ai săi.
La 100m de stația de epurare se află situat râul Olt, în el vor fi evacuate apele epurate. Normativul NTPA001/2002 va trebuii să fie respectat de apele epurate care sunt evacuate din stație în râul Olt. Ape uzate cu debite cuprinse între Q med =2500 m3/zi și Qmax = 2800 m3/zi, sunt prevăzute să se prelucreze în stația de epurare într-o singură zi.
Etapele procesului de epurare sunt: acumularea, egalizarea, omogenizarea; tratarea fizico-mecanică pentru reducerea suspensiilor și a fosforului în exces; tratarea biologică – reducerea carbonului organic și a azotului; dezinfecția apei epurate cu ozon; îngroșarea și deshidratarea nămolurilor rezultate.
În continuare se va simula o stare critică a datelor de intrare a apelor uzate în stația de epurare, conform tabel 2.1.
Tabel 2.1. Date intrare
S-a dorit punerea în evidență a unei ape cu încărcătură organică foarte mare peste limita admisă în NTPA – 0002/2002, (HG nr. 352/2005).
2.2. Alegerea metodei de tratare
Pentru eliminarea sau reducerea agenților poluanți sub limita admisă în legislația de protecție a mediului apele reziduale sunt tratate prin metode chimice, biologice sau combinate. În funcție de caracteristicile apelor uzate, stabilite prin analize de laborator se face alegerea metodei de tratare a apei uzate.
Pentru tratarea biologica a apei uzate, efluenții trebuie să conțină doar substanțe organice biodegradabile sau amestecuri de subtanțe biodegradabile, precum și substanțe anorganice netoxice.
Tratarea biologica urmată de tratarea chimică se aplică atunci când efluenții conțin substanțe organice greu biodegradabile, amestecate cu agenți toxici (organici sau anorganici).
Aplicarea unor tratamente chimice, urmate de tratamente fizico-chimice se aplică atunci când efluenți conțin subtanțe care nu sunt biodegradabile și substanțe toxice. Pe baza unor analize de laborator se alege metoda de tratare a apei care trebuie să țină cont de: temperatura, pH-ul, conținutul de azot și de fosfor, cantitatea de solide în suspensie (SS), CBO5, CCOCr, natura și concentrația agenților toxici. Pe lângă aceste analize fizico-chimice se face și o analiză biologică.
Raportul dintre cantitatea de substanțe biodegradabile și cantitatea de substanțe nebiodegradabile din apele supuse tratării, este dată indirect de raportul CBO5/CCOCr.
Criteriu pentru alegerea metodei de epurare în condițiile în care apa nu este încărcată cu alți poluanți este dată de valoarea acestui raport:
CBO5/CCO ≥ 0,6, apele uzate se tratează ușor prin metode biologice, în prezența microorganismelor prezente în mod natural în aceste ape;
0,2 < CBO5/CCO < 0,5, se poate folosi o tratare biologică, dar cu microorganisme adaptate;
CBO5/CCO < 0, 2, apa nu mai poate fi tratată biologic.
CBO5/N = 20, respectiv CBO5/P = 100, nu este necesară adăugarea de substanțe nutritive pentru întreținerea activității biologice a microorganismelor.
Prezența azotului și fosforului este obligatorie în apele tratate biologic, ele sunt elemente nutritive nutritive pentru micoorganisme.
2.3. Determinarea gradului de epurare necesar
Evacuarea/descărcarea în receptorii naturali a apelor uzate orășenești și industriale cu conținut de substanțe poluante se face numai în condițiile respectării prevederilor legislației în vigoare și ale prezentului normativ (NTPA 001 din HG 188/2002, completată cu HG 352/2005), pentru protejarea sănătății populației și a mediului.
Tabelul 2.2. Valori-limită de încărcare cu poluanți a apelor uzate industriale și urbane evacuate în receptori naturali
Tabelul 2.3. Categorii de calitate a apelor de suprafață
Valorile pentru indicele de calitate a acestor trei categorii de ape trebuie sa se încadreze conform normativelor în vigoare pentru a fi evacuate în condiții controlate în râul Olt.
Autoepurarea care se realizează cu ajutorul proceselor biologice corespunde pentru condițiile de calitate a celei de-a III-a categorii de ape. În funcție de limitele categoriei a-III-a de ape uzate se realizează evacuările celorlalte două categorii de ape ca să se evite impurificarea emisarului.
În funcție de eficiența construcțiilor din interiorul stației de epurare se determină valoare gradului de epurare, procedeele de tratare si epurare precum și mărimea finală a stației de epurare.
În tabelul 2.4. sunt redate eficiența construcțiilor și a spațiilor de epurare.
Tabelul 2.4. Eficiența construcțiilor și spațiilor de epurare
2.4. Calculul gradului de epurare
Procentul de reducere a unei părți din elementele poluante de natură fizică, chimică și biologică din apele uzate, astfel încât apa epurată să aibă limite admise conform reglementărilor în vigoare (HG 188/2002, completat cu HG 352/2005), reprezintă gradul de epurare.
Gradul de epurare se calculează cu relația:
% (2.1.)
unde:
Ci – reprezintă valoarea concentrației inițiale a indicatorului din apele uzate, pentru care se determină gradul de epurare, (mg/l) ;
Cf –reprezintă valoarea concentrației finale a aceluiași indicator după epurarea apei uzate (valoarea maximă admisibilă, conform NTPA 001, mg/l.
Calculul gradului de epurare se face funcție de următorii poluanți: materiile în suspensie, CBO, oxigenul, azotul total.
Pentru efectuarea acestui calcul se parcurg următoarele etape: se determină diluția; se verifică dacă amestecul se face complet până la secvența de calcul; se determină diluția reală; se stabilește cantitatea maximă admisă de suspensii în funcție de diluția reală cu ajutorul calculelor; se determină gradul de epurare cu ajutorul ecuației:
(2.2.)
Raportul de diluție notat cu (d ) ( folosit în calculele de proiectare) este dat de relația :
(2.3.)
unde:
Q – debitul emisarului, (m3/s), Q = 5 m3/s;
q – reprezintă debitul maxim zilnic de ape uzate, (m3/s), q=0, 125m3/s.
m3/s (2.4.)
Pentru o secțiune intermediară de la gura de vărsare până la secțiunea de amestecare, raportul de diluție real, este exprimat prin relația:
(2.5.)
unde:
a – reprezintă coeficientul de amestecare corespunzător secțiunii considerate, a cărui valoare poate varia între 0, 7 – 0, 9; se adoptă a = 0, 80.
Coeficientul difuziei turbulente:
, m2/s, (2.6.)
unde:
v- viteza medie a receptorului, v = 1, 5 m/s
H – adâncimea medie a receptorului, H= 1, 8 m ;
q – debitul maxim zilnic al apei uzate, q = 0, 125m3/s;
m3/s; (2.7.)
L – distanța totală de la punctul de vărsare al apei uzate până la secțiunea examinată privind calitatea emisarului, m (secțiunea examinată se consideră situată la 1 km amonte de secțiunea de folosință).
L = 15Km – 1 km = 14 Km
Lungimea de amestecare se calculează cu relația:
(2.8)
(2.9.)
2.4.1. Calculul gradului de epurare pentru materii în suspensie:
(2.10)
unde:
;
– reprezintă cantitatea maximă admisibilă de materii în suspensie, ce poate fi evacuată în emisar, conform NTPA 001/2005;
(2.11.)
2.4.2. Calculul gradului de epurare necesar pentru substanțe organice (CBO5):
Varianta nr. 1: se iau în considerație diluția, amestecarea și procesul natural de autoepurare a apei, prin oxigenare, la suprafață.
Varianta nr. 2: se ține cont de diluție și amestecare; nu se ia în considerare procesul de autoepurare.
Varianta nr. 3: se iau în considerație condițiile impuse prin NTPA 001/2002.
Varianta nr. 1:
, (2.12.)
unde:
– CBO5 a.m – reprezintă cantitatea admisibilă pentru amestec, de CBO5, pentrua fi evacuată în
emisar : CBO5 a.m = 7 mg/l;
– k1 – coeficient de oxigenare sau constanta de consum a oxigenului în ape uzate;
k1 = 0, 1 zile -1 ;
– k2 – constanta de consum a oxigenului din apele emisarului în amonte de gura de vărsare; k2 = 0, 17 zile-1
– q – debitul de apă uzată ; q = 0, 125 m3/s;
– Q – debitul emisarului; Q = 5 m3/s;
– a = 0, 8;
– t – timpul de curgere a apei între secțiunea de evacuare și secțiunea de calcul;
– s (2.13)
– – cantitatea de substanță organică, în apele emisarului, în amonte de gura de vărsare, = 2 mg/l;
(2.14)
Din ecuația de bilanț rezultă:
(2.15)
– – viteza consumului de oxigen al apelor uzate , înainte de evacuarea acestora în emisar ;
– – viteza consumului de oxigen al apelor emisarului , în amonte de secțiunea de evacuare a apelor uzate ;
(2.16.)
Notație : , date proiectare.
Varianta nr. 2: se ia în considerare amestecarea și diluția:
(2.17.)
(2.18.)
mg O2/l
(2.19.)
Varianta nr. 3: se iau în considerație condițiile impuse prin NTPA 001/2002.
(2.20.)
Notație : , date proiectare.
2.4.3. Determinarea gradului de epurare necesar în funcție de oxigenul dizolvat
(2.21)
unde:
F – factor de diluție ; F are valori cuprinse între 1, 5 – 2, 5; se ia F = 2
Dmax- deficit maxim de oxigen în aval de secțiunea de evacuare;
(2.22.)
;
Concentrația CBO5 , într-o apă uzată, se determină cu relația:
Se calculează în continuare CBO20 pentru ape uzate:
(2.23.)
Se calculează deficitul de oxigen ca fiind :
DO = COs- COr (2.24)
DO=11, 35 – 6 = 5, 35 mgO2/l ˃ 4mg/l
Se determină timpul critic în care se realizează deficitul maxim de oxigen (după gura de vărsare) din apa râului:
(2.25.)
5.4.4. Calculul deficitului critic (maxim de oxigen):
(2.26.)
Se compară concentrația oxigenului necesar vieții acvatice într-o apă de suprafață (>4mg/l) cu concetrația minimă de oxigen.
COmin = COS – DOcr COmin = 11, 3- 4,45 COmin= 6,85mgO2/l (2.27.)
COmin ˃ 4 mgO2/l
2.4.5. Determinarea gradului de epurare în ceea ce privește consumul chimic de oxigen
Calcul consumului chimic de oxigen se face cu ajutorul relatiei:
(%) (2.28)
Unde: – concentratia initială a materiei organice la intrarea în stația de epurare, exprimată prin CCO-Cr; date proiectare;
– concentratia de materie organică exprimata prin CCO-Cr în apa epurată deversată în emisar, ce corespunde valorii din NTPA 001/2005;
= 125 mg/l
(%) (2.29)
2.4.6. Calculul gradului de epurare necesar pentru azot total
(2.30.)
în care:
azot total
Notație:*Ci_N =date proiectare.
= 0, 10 mg – reprezintă cantitatea maximă admisibilă de azot total, ce poate fi evacuată în emisar, conform NTPA 001/2005;
Nu sunt necesare restricții în ceea ce privește N total .
CAPITOLUL 3
ALEGEREA VARIANTEI TEHNOLOGICE OPTIME
3.1. Varianta nr. 1
unde:
G- gratar;
Tabelul 3.1.
Tabelul 3.2.
Tabelul 3.3.
3.2. Varianta nr. 2
Tabelul 3.4
Tabelul 3.5.
3.3. Varianta nr. 3
Tabelul 3.6
Tabelul 3.7.
Tabelul 3.8.
3.4. Varianta nr. 4
Tabelul 3.9.
Tabelul 3.10.
Tabelul 3.11.
3.5. Varianta nr. 5
Tabelul 3.12.
Tabelul 3.13.
Tabelul 3.15.
3.6. Alegerea variantei tehnologice optime și descrierea procesului adoptat
Conform NTPA 001 din HG 188/2002, completată cu HG 352/2005, doar variantele tehnologice IV-a și V-a, se încadrează din punct de vedere ecologic și al concentrațiilor admise.
Din punct de vedere ecologic și economic, dintre cele doua variante tehnologice, doar varianta IV-a se încadrează conform reglementărilor în vigoare și asigură un grad de epurare bun.
Pentru alegerea variantei tehnologice IV-a s-a ținut cont de debitul apei uzate și de gradul de diluție.
CAPITOLUL 4
CALCULUL UTILAJELOR TEHNOLOGICE
4.1.Schema tehnologică a stației de epurare
Fig.4.1. Schema tehnologică a stației de epurare apă uzată
4.2. Calculul utilajelor din cadrul treptei mecanice de epurare (grătare, deznisipator, bazin de egalizare, decantor primar)
4.2.1. Debite de calcul și de verificare utilizate în instalațiile de epurare municipale
Conform STAS 1343/0-89, STAS 1846-90 și STAS 1478-91, se face determinarea debitelor de ape uzate. În fiecare etapă a procesului de epurare se calculează debitele de apă uzată și se verifică limitele conform reglementărilor în vigoare.
Tabelul 4.1. Debite de calcul și de verificare
Conform normativului P 28-84 si NTPA-0011/2002, se iau încărcările cu poluanți:
Tabel 4.2.
4.2.2. Grătare
Pentru proteja mecanismele și utilajele din stația de epurare și pentru a reduce pericolul de colmatare ale canalelor de legătură dintre obiectele stației de epurare se folosesc gratare speciale. Ele rețin suspensiile mari din apele uzate, precum și corpurile plutitoare (crengi și alte bucăți din material plastic, lemn, animale moarte, legume, cârpe, resturi vegetale etc.).
La toate stațiile de epurare sunt prevăzute gratare, conform SR EN 12 255-1/2002, indiferent de debitele de intrare a apei în stația de epurare prin curgere sub presiune sau curgere gravitațională și îndiferent de sistemul de canalizare utilizat.
În interiorul stației de epurare se găsesc 2 tipuri de gratare: grătare dese și grătare rare, în continuare vor fii descrise fiecare în parte.
Primele gratare sunt gratarele rare care au rolul de a proteja gratarele dese împotriva corpurilor mari plutitoare. Gratarele rare au anumite bare de susținere cu distanța între ele cuprinsă între 50 -100mm.
A doua categorie de gratare este reperezentată de grătarele dese, care au două tipuri de curățare: mecanică și manuală. Deschiderile între barele metalice din interiorul grătarelor dese sunt cuprinse între 16-20mm la curățarea manuală și 25-60mm la curățarea mecanică.
Confecționarea grătarelor se realizează din bare de oțel care se sudează pe panouri metalice plane sau curbe, prin care sunt trecute apele uzate. Deosebirea între grătarele dese și grătarele rare este dată de distanța între barele de susținere.
În funcție de distanța dintre barele metalice, grătarele pot fi:
a) cu deschidere mare (2, 5 – 5 cm.);
b) cu deschidere mai mică (1, 5 – 2, 5 cm.).
Înaintea stației de pompare se plasează gratare cu distanța recomandată de: 5 -15 cm. În funcție de modul de curățare (mecanică sau manuală) se face înclinarea grătarelor față de orizontală. Pentru curățarea manuală se recomandă grătare cu înclinare de 30-75° și 45 – 90° pentru grătare cu curățare mecanică.
Pentru a evita depunerile se recomanda ca viteza apei prin grătare să fie între 60 -100 cm/s. Pentru a se favoriza curățarea grătarelor și scăderea presiuni pe grătar este indicat ca grătarul să aibă înclinări mai mici.
Pentru cantități mai reduse de materiale care se depun pe grătare se efectuează o curățare manuală cu o greblă, pentru instalațiile mai mici. Curățarea manuală se realizează doar la stațiile de epurare mici, care deservesc 100000 locuitori și au debite de 0,1m3/s. Pentru ușurarea exploatării se prevăd două panouri de grătare aferente debitelor respective, lățimea minimă a grătarului fiind de 0,8m, având în vedere variațiile mari de debite ce se înregistrează în perioadele ploioase sau uscate de-a lungul unui an calendaristic.
Curățarea mecanică se aplică la stațiile de epurare mari care deservesc peste 100000 locuitori, deoarece asigură condiții bune de curgere a apei prin interspațiile grătarului fără a exista riscul apariției mirosurilor neplăcute. Ea are avantajul că elimină necesitatea unui personal de deservire continuă.
Pentru canale mai mici de 1m se pot utiliza grătare cu curățare rotativă, iar pentru bazinele drepte cu adâncimi mari se pot utiliza greble de curățare cu mișcări de translație. Atunci când cantitatea de materii obținute este mare se utilizează curățarea mecanică, care trebuie să fie continuă și frecventă.
Proiectarea se realizează la debitul de calcul:
(4.11.)
Distanța dintre barele grătarelor (lumina grătarului) are valori diferite pentru cele două cazuri:
– pentru grătarele rare distanța dintre bare este: b = 2, 5….5 cm;
– pentru grătarele dese distanța dintre bare este: b = 1, 5….2, 5 cm.
Operația de reținere a materiilor grosiere din apa uzată întrată în stație este realizată de grătarele rare.
Operația de reținere a corpurilor grosiere din apa uzată este realizată de grătarele dese.
S-a ales un grătar de cu distanța între bare de b = 2, 5 cm = 0, 025m și lățimea barelor de s=1, 0 cm, s = 0, 01m față de lățimea universală a barelor de s=0, 8….1, 2 cm.
Grătarele trebuie să aibă o cameră cu o lățime mai mare decât canalul de acces, iar, imediat în aval de grătar, radierul trebuie să fie coborât cu 7, 5-15 cm.
Lățimea camerei grătarului este:
(4.12.)
vg max = 0, 4…1 m/s și am ales vg max = 0, 90 m/s.
hmax= înălțimea apei în fața grătarului care se alege ≈ 500-600 mm hmax = 600mm = 0, 6 m
B= este o lățime standard; Bcalculat se standardizează, Bst
m (4.13.)
B standardizat = 1, 0 m (4.14.)
Numărul de bare:
(4.15.)
Verificare:
Vg max = 0, 4 …1 m/s
Vg max (4.16.)
Pentru a nu se depune suspensiile din apă, viteza apei în amonte de grătar, Va, trebuie să fie suficient de mare și în același timp să nu depășească anumite limite, pentru a nu disloca reținerile de pe grătar.
Viteza apei în amonte de grătar trebuie să se încadreze în intervalul Va = 0, 4 ÷ 0, 9 m/s
(4.17.)
unde:
, (1/n se ia din catalog din “Îndreptarul de calcule hidraulice pentru cazul betonului de condiție medie”).
(4.18.)
I=0, 001.
S-a ales din îndrumar n = 0, 016
Va = (4.19.)
care aparține intervalului 0, 4÷ 0, 9 m/s
Din calcule rezultă că s-au verificat condițiile stabilite prin reglementările în vigoare; urmează alegerea tipului de grătar:
Tabel 4.2. Caracteristici gratare
În funcție de cantitatea de rețineri pe frătar se determină distanța dintre barele grătarului conform tabelului următor:
Tabel 4.3.
Pentru b =2, 5 cm 145 000 x 3, 5= 507500 dm3/loc.an.
Δh (pierderea de sarcină) trebuie aleasă astfel încât să nu se producă accidente și să elimine presiunea care exista la vanalul de ape uzate care intră în stație.
Pierderea de sarcină se calculează cu relația:
(4.20.)
α = unghi de înclinare a grătarului 450-900, pentru grătarele cu curățare mecanică
(se alege α = 750);
ξ = în funcție de mai mulți parametri;
ξ = k1k2k3,
unde: (4.21.)
k2- coeficient în funcție de forma barelor: pentru secțiune rotundă k2 = 0, 74
k3=f (a, b) (4.22.)
e =0, 025 cm;
hmax = 0, 6 m;
s =0, 01 m;
h = 1, 0 m
b = 0, 714 și a = 0, 616 prin interpolare din tabelul de mai jos k3= 0, 728
Tabel 4.4.
Cu cele 3 valori pentru k se obținem ξ= 0, 959
m (4.23.)
Din calculele de mai sus reiese că pierderile de sarcină rezultate din relația de mai sus se măresc de 3 ori (nu se vor lua mai mici de 15 cm), deoarece s-a ținut cont de pierderile de sarcină suplimentare date de înfundarea grătarului. De obicei mărimea pierderilor de sarcină calculate cu relația de mai sus nu depășesc 5 cm .
Din calcule a reieșit că radierul canalului în aval de grătar se va coborâ cu aceeași valoare:adoptat = 0,15m
Fig.4.2. Grătar plan cu curățire mecanizată cu cupă
1- cadru metalic; 2- grătar; 3 – cupa pentru reținerea depunerilor de pe greblă; 4 – descărcător al depunerilor; 5- rolă pentru cablu; 6 – limitator deplasare descărcător; 7- limitator deplasare cupă; 8- troliu pentru ridicarea greblei; 9 – jgheab de descărcare; 10 – construcție de beton.
4.2.3. Proiectarea deznisipatorului
În acest proiect s-a dorit stabilirea unui debit de apă uzată de 10800 m3/zi.
Deznisipatoarele sunt folosite pentru tratarea apelor uzate care depășesc debite de 3000 m3/zi (circa 10000 locuitori). În mod curent sunt folosite deznisipatoare pentru apele uzate provenite din rețele dimensionate atât în sistem unitar cât și divizor. Avantajele deznisipatoarelor constau în separarea din apele uzate a particulelor minerale mai mari ca 0,2mm. Un alt avantaj al lor constă în reținerea de cantități reduse de substanțe organice care sunt purtate de particulele minerale sau sunt antrenate de acestea în timpul căderii, în special la viteze mici, având o viteză de sedimentare egală cu cea a particulelor minerale.
Proiectarea deznisipatorului se realizează la debitul de calcul egal cu de 2 ori debitul orar maxim.
(4.24.)
În cadrul unui deznisipator trebuie prevăzute minim 2 compartimente, ele fiind exploatate periodic și alternativ, iar adâncimea lor trebuie să fie între 1, 5 și 4 m cu pasul de 0, 25.
Lățimea unui compartiment nu trebuie să depășească 3, 0 m, n compartimente = 2.
Secțiunea transversală a deznisipatoarelor orizontale se determină cu relația:
(4.25.)
unde: Qc – este debitul de calcul al deznisipatorului, [m3/s];
V0 – viteza orizontală, [m/s];
Viteza orizontală se va determina în funcție de diametrul particulelor reținute în deznisipator. Se consideră ca diametrul particulelor reținute este de 0, 2mm și din tabelul următor va rezulta viteza orizontală.
Tabel 4.5.
V0 = 19 mm/s = 0, 019 m/s
Calculul înălțimii totale a deznisipatorului:
H = hu + hd + hg + hs (4.26.)
Unde: hu – înălțimea zonei optime ( înalțimea în care stă apa), cuprinsă între 0, 60 – 2, 5 m; luăm hu = 1m;
hd – înălțimea spațiului de colectare a nisipului, depinde de încărcarea cu nisip și intervalul de evacuare a nisipului; se ia hd = 0, 20 m;
hg – înălțimea spațiului de siguranță pentru îngheț, cuprinsă între 0, 3 – 0, 5 m; se ia hg = 0, 5 m;
hs – înălțimea spațiului de siguranță suplimentară, cuprinsă între 0, 1 – 0, 15 m; se ia hs = 0, 1 m;
– adoptăm H = 1 + 0, 2 + 0, 5 + 0, 1 H = 1, 8 m – înălțimea totală a deznisipatorului
Din nomenclator se impune alegerea unei înălțimi H – cuprinsă între 0, 8 – 2, 5 m; se adoptă H = 2, 0 m
(4.27.)
B = 0, 80m (din catalog) se alege din catalog curățătorul deznisipator tip NA->Nd2-2 cu o suflantă tip SRD 20 -7, 5
Secțiunea orizontală a deznisipatorului se calculează după formula:
(4.28.)
unde: α = coeficient ce ține seama de mai mulți parametri, și de aceea se ia 2, 2 pentru o eficiență de 85%;
Vs = viteza de sedimentare, [m/s] care se determină tot în funcție de diametrul particulelor reținute în deznisipator;
Tabel 4.6.
d = 0, 2 mm Vs=2, 3 cm/s= 0, 023 m/s
(4.29.)
Lungimea deznisipatorului se calculează cu formula:
Se recomandă ca raportul între lungimea și lățimea deznisipatorului să fie cuprins între 10 și 15;
se încadrează între 10 și 15 (4.30.)
4.2.4. Coagulare – floculare
Alte metode de tratare a apelor uzate sunt reprezentate de procesele de coagulare-floculare, care facilitează eliminarea particulelor coloidale din ape uzate prin adăugarea de agenți chimici. Procesul de coagulare-floculare constă în aglomerarea particulelor coloidale și respectiv separarea lor ulterioară prin decantare, flotație cu aer dizolvat și filtrare. Un alt avantaj al acestui proces constă în reducerea turbidității din apele de suprafață , reducerea parțială a culorii, a gustului, a mirosului și reducerea parțială a microorganismelor prezente în apă.
Cele trei etape ale procesului de coagulare-floculare sunt următoarele:
a) Adaosul de agenți de coagulare pentru neutralizarea sarcinilor electrice. Avantajele acestei etape constau în îmbunătățirea posibilităților de aglomerare sub agitare intensă, într-un timp foarte scurt (30 s – 1min);
b) Aglomerarea particulelor lipsite de sarcina lor inițială prin formarea flocoanelor, mai întâi a microflocoanelor și apoi a flocoanelor voluminoase, separabile prin decantare.
În funcție de aglomerarea particulelor flocularea poate fi de două tipuri:
– floculare pericinetică, această fază începe imediat după terminarea agitării rapide și se produce numai pentru particule mai mici de 1 ;
– floculare ortocinetică, care conduce la formarea de microflocoane și se produce în practică datorită unui gradient de viteză produs prin curgerea lichidului sau prin agitare mecanică.
Pentru formarea flocoanelor mari, dense și ușor sedimentabile se realizează o agitare lentă, timp de 15-30 minute, aceasta reprezentând flocularea ortocinetică.
c)Sedimentarea, filtrarea sau flotația cu aer dizolvat pentru separarea flocoanelor.
Aceste trei operații se pot realiza în același utilaj sau în utilaje separate-
Pentru instalațiile de coagulare clasice se realizează dimensionarea următoarelor repere:
stația de preparare și dozare a reactivilor;
camera de amestec;
camera de reacție.
În interiorul stației de epurare există o stație mai mică de preparare și dozare reactivi necesari tratării apelor uzate. Acești reactivi sunt înmagazinați și pregătiți în forma în care urmează să fie administrați. Pe baza unor teste de laborator care se fac zilnic și pe baza metodei „jar test” se stabilesc dozele de reactivi.
Se pot admite doze orientative de , pentru predimensionarea acestor stații conform tabelului de mai jos:
Tabel 4.7
Pentru a impiedica scăderea pH-ului datorită introducerii agenților de coagulare este necesară alacalinizarea apei care se stabiliște conform formulei:
35,15mg/l (4.31.)
unde:
=doza de , respectiv , sau NaOH necesară în mg/l;
Ds =doza de coagulant, în mg/l;
Solide în suspensie: = 350 mg/l,
; ;
A = alcalinitatea naturală a apei, ca duritate temporară, în grade germane;
K = 10mg/l pentru ; 18,3mg/L pentru ; 14,3 pentru NaOH;
Dacă < 0, atunci nu este necesară adăugarea de soluții alcaline.
Trebuiesc luate în considerare următoarele aspecte la stabilirea dimensiunii depozitelor și a duratei de stocare a reactivilor:
posibilitățile locale de aprovizionare cu reactivi;
consumul zilnic de reactivi.
Trebuie să se asigure în depozite cantitatea de reactivi corespunzătoare consumului pentru 30 de zile.
Reactivii se pot doza astfel:
uscat, introducerea agentului de coagulare sub formă de pulbere prin dozatoare cu șnec, disc;
în soluție, cu doză constantă sau cu doză variabilă, prin dozatoare cu plutitor, dozatoare cu pompe, dozatoare cu orificii calibrare.
Pentru preparare de anumite concentrații de 20% sau 5-10% sunt necesare bazine ale căror volum se calculează astfel:
(4.32.)
unde:
Q = debitul apei, în m3/s;
D = doza de coagulant, în g/m3;
n = numărul de preparări, în 24h, (3-6); am ales n = 5;
c = concentrația soluției (5-10%);am ales c = 7%;
ρ = densitatea soluției utilizată, 1,22g/cm3.
Camere pentru amestecare
În cadrul stației de epurare se găsesc camere de amestecare a apei brute cu reactivii.
Operația de amestecare se poate realiza prin procedee mecanice sau hidraulice.
Alegerea elementelor constructive pentru camerele de amestec cu șicane se face ținând cont de de următorii factori:
viteza a apei la ieșirea din bazin se consideră între 0,4-0,6 m/s, astfel încât să se asigure o curgere liniștită a apei spre camerele de reacție, s-a ales=0,5m/s.
Pentru a se asigura un regim turbulent, viteza apei se consideră 0,8 m/s, în spațiile înguste dintre
șicane.
lățimea jgheabului, l, la plecarea apei se alege, l ≥ 6m, am ales l = 6m.
înlălțimea primei trepte de amestecare este dată de relația:
(4.33.)
unde:
;
= 0,5 m/s;
l = 6m.
Pierderile de sarcină în deschiderile l1….ln ale pereților în șicană sunt date de formula:
(4.34.)
unde:
= coeficient având valoarea 2-2,5 pentru înclinarea la 45° a șicanelor, am ales = 2,3;
= viteza apei în orificii, 1,5 m/s;
g = accelerația gravitațională, g = 9,81.
Deschiderile pereților în șicană se calculează cu relația:
0,073m (4.35.)
n = numărul de preparări, în 24h, (3-6); am ales n = 5 în 24h,
= viteza apei în orificii; =1.5 m/s;
= înlălțimea primei trepte de amestecare, =0,05m,
= pierderile de sarcină, = 0.2637m.
Putera amestecătorului pentru bazinul de amestecare: 0,55 KW.
Camerele de reacție
Operația de floculare se realizează în camere de reacție care sunt dimensionate pentru a permite formarea flocoanelor într-un interval de timp de 5-30 min. Camerele de reacție sunt adaptate tipului de decantor la care sunt utilizate, după ce se realizează în prealabil amestecarea reactivilor în apa brută.
S-au stabilit anumite limite pentru vitezele care trebuie sa existe în bazinele de reacție pentru a menține flocoanele în suspensie și a nu contribui la dezagregarea acestora. La intrarea în bazinul de reacție apa brută trebuie să aibă o viteza de 0,5 m/s, iar la ieșire trebuie sa aibă o viteză de 0,2-0,01 m/s.
Volumul camerei de reacție este dat de relația:
(4.36.)
unde: Q – debit de calcul, Q = 0,150m3/s;
t – timpul de staționare a apei în bazinul de reacție, t = 7200 s;
Decantoarele suspensionale în care se realizează combinat procesul de coagulare- floculare și sedimentare sunt proiectate în funcție de următoarele elemente:
forma bazinului,
timpul de staționare,
încadrarea hidraulică,
viteza apei în camera de amestec, reacție și în zona de sedimentare,
raportul de recirculare al nămolului,
concentrația nămolului,
volumul concentratorului de nămol. [proiect TBE].
retinerea solidelor in suspensie
= 249,37mg/l
= 74,8mg/l
Qc = 0,150 m3/s =540 m3/h
Reținerea: (4.37.)
4.2.5. Proiectarea decantorului primar
Decantorul primar este o proiectat sub forma unei construcții longitudinale și este folosit pentru separare particulelor din apele uzate brute. Acest decantor se utilizează pentru apele de consum în toate procesele de tratare. Avantajul decantorului constă în funcționarea în regim continuu și reținerea suspensiilor floculente din apele uzate.
Proiectarea decantorului primar se calculează la Qc este debitul de calcul = Qzi max=125 l/s=0, 125 m3/s.
Suspensiile solide separabile gravitațional au o concentrație de CSSG=350 mg/l.
Timpului de retenție tr va fi determinat astfel:
– se alege o valoare pentru eficiență, pentru ε și din tabelul următor se determină valoarea pentru w [m3/m3h];
Tabel 4.8.
ε = 55% – 60% w = 1, 5 m3/m2h (4.38.)
– pentru W găsit se alege o valoare pentru Hmed și din tabelul al doilea se va scoate valoarea corespunzătoare pentru tr:
Tabel 4.9.
Hmed= 3 m prin interpolare tr = 1, 928 h
Volumul decantorului: (4.39.)
Aria orizontală: (4.40)
Aria transversală: ; (4.41.)
-se alege vo= 8, 0 mm/s = 0, 008 m/s (4.42.)
Lungimea decantorului: 55, 53m (4.43.)
Înălțimea utilă: (4.44.)
Lățimea decantorului: m (4.45.)
din catalog avem lățimea standard BSTAS= 7 m cu Lmax= 60 m și P = 0, 4 kW. Se alege din catalog Raclorul de tip DLP7.
Se recalculează:
m2 (4.46.)
(4.47.)
(4.48.)
Verificare: (4.49.)
(4.50)
Volumul total de nămol depus: (4.51)
ε=55% ; ρn= 1100 kg/m3; P=95% ;CSSG=350 mg/l = 0, 350 kg/m3
ρn = densitatea nămolului, ρn = 1100 ÷ 1200 kg/m3. Se adoptă ρn = 1100 kg/m3;
P = umiditatea nămolului, P = 95 %;
GEss = gradul de epurare, GEss =55%;
Ciss =concentrația inițiala a solidelor în suspensie, Ciss=350mg/l.
Qc=0, 125 m3/s
Pentru determinarea timpului „t „ trebuie determinate:
t = tca + tcp + tm (4.52.)
– timpul cursei active, (4.53.)
-timpul cursei pasive, (4.54.)
-timpul mort = 5 min
t = tca+tcp+tm = 46, 27+23, 14+5 = 74, 41min = 4464, 6 sec (4.55.)
Geometria nămolului: nămolul se depune în decantor sub forma unei pene cu pantă 0, 008 determinată experimental.
(4.56.) (4.57.)
(4.58.)
(4.59.)
H = hu + hd + hs + hn = 2, 892 + 0, 0682 + 0, 4 + 0, 3 = 3, 7602 m (4.60.)
hu= înălțimea utilă;
hd = înălțimea depunerilor;
Debitul de nămol : (4.61.)
4.3. Treapta de epurare biologică
4.3.1. Bazin cu nămol activ
Procedeul cel mai utilizat în stațiile de epurare este epurarea biologică cu nămol activ a apelor uzate în bazinele de aerare. Operația de epurare biologică se realizează cu o eficiență ridicată atât iarna cât și vara și nu există miros neplăcut sau muște. Tot în cadrul operației de epurare se pot modifica caracteristicile apelor uzate, iar operația poate fi adaptată ușor la procesul tehnologic din interiorul stației de epurare.
Dezavantajul acestui procedeu cu nămol activ constă în consumul ridicat de energie electrică, iar această energie este absorbită de la utilajele care furnizează oxigenul necesar proceselor aerobe.
Bazinul cu nămol activ se prezintă sub forma unui bazin rectangular din beton armat din punct de vedere constructiv. În interiorul bazinului cu nămol activ are loc epurarea biologică între un amestec de nămol activ și apă uzată.
Pentru variațiile de debite și de concentrații ce apar în procesul tehnologic s-a impus construirea unui bazin de egalizare a debitelor respective. Proiectarea bazinului de egalizare debite este de formă cilindrică și se urmărește determinarea debitului și a înălțimii.
Se calculează volumul bazinului de egalizare ținând seama de:
-volumul cumulativ pentru fiecare interval orar;
-reprezentarea grafică a variației volumului cumulativ în timp, funcție de cronograme;
-reprezentare grafică a curbei debitului mediu;
-Se calculează volumul bazinului de egalizare;
-Se trasează tangenta de la punctul de maxim sau de minim a curbei debitelor realizate, distanța pe ordonată a acestei trepte reprezintă volumul bazinului calculat.
Volumul bazinului de egalizare este 3200 m3.(conform interpretării cronogramei).
Rezultă că diametrul D al bazinului de egalizare este 12, 67 m adică se încadrează în valorile 10-20 recomandate.
Pentru treapta biologică se consideră următoarele ipoteze:
În interiorul bazinului cu nămol există amestecare perfectă, iar concentrația substratului cât și a nămolului activ este egală cu cea de la ieșirea din bazin;
În bazinul de nămol activ și decantorul secundar se realizează epurarea biologică
c) Procesul biologic de degradare a materiei organice care are loc numai în bazinul de nămol activ, în decantorul secundar se realizează separarea flocoanelor biologice de apa epurată și recircularea unei părți a nămolului activ în bazinul de nămol activ;
d) În decantorul secundar, nămolul activ trebuie menținut în stare proaspătă prin evacuarea excesului și recircularea unei părți de nămol activ în bazinul de nămol activ în conformitate cu raportul de recirculare;
e) Principalele caracteristici ale nămolului activ ce sunt avute în vedere în proiect în treapta biologică, sunt:
indicele volumetric a nămolului IVN;
încărcarea organică a nămolului ION;
materiile totale în suspensie MTS.
Concentrația materiei organice exprimate în CBO5 ce intră în treapta biologică
114 mg/L
Debitul de calcul al instalației de epurare biologică:
(4.62.)
Global, eficiența epurării biologice :
(4.63.)
În bazinele de nămol activ se realizează un grad de epurare cuprins între 85 – 95 %, deoarece se reduce conținutul de CBO5 la valori mai mici de 25 mg/L, conform NTPA 001/2005.
Încărcarea organică a bazinului cu nămol activ (IOB)
Reprezintă cantitatea de CBO5 din influent care poate fi îndepărtată într-un metru cub de bazin de aerare. Datele din literatură oferă posibilitatea calculării IOB în trei variante:
Încărcarea organică a bazinului cu nămol activ (Iob)
Reprezintă cantitatea de CBO5 din influent care poate fi îndepărtată într-un metru cub de bazin de aerare. Datele din literatură oferă posibilitatea calculării IOB în trei variante:
Funcție de GE, de conținutul de materii în suspensie și de timpul de aerare:
K = coeficient de depinde de temperatură după cum urmează:
t = 10 – 20 °C → K = 5;
t = 20 – 30 °C → K = 6;
t = 30 – 40 °C → K = 7.
(4.64.)
Se calculează încărcarea organică a nămolului activ (Ion)
(4.65.)
(4.66.)
(4.67.)
Concentrația de substanță solidă uscată în amestecul din bazin:
Indicele volumetric al nămolului (IVN)
IVN reprezintă volumul unui gram de nămol de materie totală în suspensie după 30 minute de sedimentare.
IVN = 50 – 150 cm3/g în cazul în care nămolul activ acționează în condiții ce asigură o eficiență corespunzătoare a procesului biologic de reținere a CBO5;
IVN> 200 cm3/g în cazul în care nămolul activ se consideră că este „bolnav”.
Indicele de încărcare organică, variază în funcție de caracteristicile nămolului activ și de conținutul în materii totale solide (MTS).
Se alege indicele de nămol IVN =60 mg/l.
Conținutul în materii totale solide (MTS)
Volumul bazinului de aerare se calculează cu formula:
(4.68.)
Debitul de nămol activ recirculat (QR) se calculează cu formula:
0, 044m3/s (4.69.)
r = coeficient de recirculare:
(4.70.)
CR = concentrația nămolului activ recirculat
Se va adopta CR = 10 kg/m3
Se va verifica corespondența raportului de recirculare în conformitate cu datele din literatură.
Debitul total ce intră în bazin:
(4.71.)
Încărcarea organică totală ce intră în bazin într-o zi:
(4.72.)
Timpul de aerare
În situația în care se consideră că recircularea nămolului poate fi neglijată:
(4.73.)
Luând în considerare nămolul recirculat
(4.74.)
Se consideră că valoarea maximă ce poate fi recirculată este asigurată de o valoare rmax = 0, 7.
Pentru această valoare se calculează:
(4.75.)
(4.76.)
Se vor verifica datele cu cele existente în literatură.
Debitul de nămol în exces:
1581, 84kg/zi (relațiile lui Huncker).
(4.77.)
Se calculează debitul de nămol în exces
LSB = cantitatea de CBO5 pentru apa uzată ce urmează a fi prelucrată biologic, exprimat în kg/zi
Se calculează necesarul de oxigen (COxigen) necesar respirației endogene și în procesul de nitrificare.
Co reprezintă necesarul de oxigen pentru respirația substratului și a respirației endogene a microorganismelor, iar în cazul în care sunt luate în considerare procesele de nitrificare, se adaugă și necesarul de oxigen în nitrificare.
Calculul necesarului de oxigen l-am făcut pentru un proces de epurare fără nitrificare:
(4.78.)
a = coeficient corespunzător utilizării substratului de către microorganisme pentru apele uzate orășenești.
a = 0, 5 kg O2 / kg CBO5;
c = coeficient care definește cantitatea totală de materie organică adusă de apa uzată influentă;
(4.79.)
b = reprezintă oxigenul consumat de către microorganismele din nămolul activ aflate în BNA, într-o zi;
b = 0, 15 – 0, 17 kg O2/kg CBO5zi; se adoptă valoare de 0, 15 kg O2/kg CBO5
CN tot = cantitatea totală de nămol activ din BNA, exprimată prin fracțiunea volatilă.
(4.80.)
Capacitatea de oxigenare (CO) reprezintă cantitatea de O2 ce trebuie introdusă prin diferite sisteme de aerare:
(4.81.)
CO = necesarul de oxigen pentru consumarea materiei organice de către microorganisme;
α = raportul de eficiență al transferului de oxigen în apa epurată a unui sistem de oxigenare; α = 0, 9;
= concentrația oxigenului la saturație în condiții standard funcție de temperatură; = 11, 35 mg O2/l;
Csa = concentrația la saturație a oxigenului în amestec de apă uzată și nămol la temperatura de lucru; Csa = 7, 4 mg O2/l;
Cb= concentrația efectivă a oxigenului în amestecul de apă uzată și nămol activ;
Cb = 1, 5 – 2 mg O2/l; se adoptă valoarea 1, 70 mg O2/l
K10 și KT = coeficienți de transfer ai oxigenului în apă pentru t = 10 °C și respectiv t = 20 °C;
Radicalul raportului este 0, 83.
P = presiunea barometrică calculată ca o medie a valorilor zilnice în orașul în care se efectuează epurarea apelor uzate; variază între 780 și 785 mm Hg
P = 783 mmHg.
Sisteme de aerare pneumatică
Pentru aerarea pneumatică se folosesc dispozitive pneumatice de dispersie a aerului generat de compresoare sau turbosuflante. Dispersarea se poate face cu: bule fine (d < 0, 3 mm), cu bule mijlocii (d = 0, 3 – 3 mm) și cu bule mari (d > 3 mm). Se alege aerarea fină. Se utilizează sisteme de distribuție cu plăci poroase.
Capacitatea de oxigenare orară se calculează cu formula:
(4.82.)
d =1 zi=24h;
Debitul de aer necesar se calculează cu formula:
(4.83.)
H imersie = adâncimea de imersie a sistemului de distribuție a aerului.
H imersie = 3 m.
COsp = capacitatea specifică de oxigenare a sistemului de insuflare a aerului.
COsp = 8 – 10 g O2/m3 aer∙m. Se alege valoarea de 9 O2/m3 aer_m
-Suprafața plăcilor poroase (Ap) se calculează cu formula:
Poziționarea distribuitorului de aer se realizează la înălțimea de imersie pe toată suprafața bazinului de aerare:
(4.84.)
iaer = intensitatea aerării;
iaer = 1 m3/m2∙min = 60 m3/m2∙h.
-Energia brută a sistemului de aerare se calculează cu formula:
(4.85.)
ES = consumul specific de energie; se adoptă
ES = 5, 5 W∙h/m3.
Dimensionarea bazinului cu nămol activ
Se recomandă H bazin = 3 – 5 m., H bazin=3m
Înălțimea totală a bazinului va fi:
(4.86.)
H s = 0, 5 – 0, 8 m.
Lățimea bazinului:
(4.87.)
Lungimea bazinului:
Determinarea numărului de compartimente necesar:
(4.88.)
un singur compartiment
4.3.2. Decantorul secundar
Avantajul decantoarelor secundare este acela de a reține nămolul, materiile solide în suspensie, separabile prin decantare (flocoanele de nămol activ sau membrană biologică). Aceste echipamente sunt o parte deosebit de importantă a treptei de epurare.
Caracteristicile nămolului din decantoarele secundare:
-este puternic floculat;
-are un conținut mare de apă;
-este ușor;
-intră repede în descompunere.
Dezavantajul nămolului care rămâne un timp mai îndelungat în decantoarelele secundare constă în formarea bulelor mici de azot prin procesul chimic de reducere. Bulele de azot formate aduc nămolul la suprafața și astfel el nu mai poate fii evacuat.
La bazinele cu nămol activ, operația de evacuare a nămolului trebuie să se facă continuu și obligatoriu pentru a se asigura cantitatea și calitatea corespunzătoare de nămol în bazine. De evacuarea continuă a nămolului depinde gradul de eficiență al epurării.
În cazul filtrelor biologice, evacuarea nămolului se face într-un mod mai puțin continuu, în comparație cu bazinele de nămol.
În cazul stațiilor mari de epurare se recomandă decantoarele radiale sau longitudinale, iar cele mai recomandate sunt decantoarele verticale. Decanatoarele primare sunt asemanatoare cu decantoarele secundare.
Decantorul secundar radial
Avantajul decantorului secundar radial constă în viteza de circulație a apelor, care variază de la o valoare maximă în centrul decantorului până la o valoare minimă în dreptul colectorului.
Decantoarele radiale au formă circulară în plan și forma unor bazine prin care curge apa uzata prin conducte (partea inferioară) sau canale (partea superioară).
Debit de calcul și de verificare
(4.89.)
Stabilirea încărcării superficiale în bazinul de decantare secundar:
(4.90.)
(4.91.)
Au = suprafața utilă a decantorului radial din care s-a scăzut suprafața de sub jgheabul apei decantate.
În general, datele din literatură stabilite pentru încărcarea superficială în decantorul secundar au o valoare mai mică sau egală cu 1, 9 m3/m2 h pentru valori ale IVN< 100 ml/g.
În general
a) Încărcarea superficială a decantorului secundar cu materii solide se calculează
(4.92.)
Timpul de decantare
td = 3, 5 ÷ 4 h;
td = 3, 5 h.
c) înălțimea utilă și volumul decantorului se calculează
(4.93.)
;
Valorile obținute din calcul pentru fiecare componentă a utilagelor de standardizează conform STAS 4162/2-89.
Tabel 4.10
Tabel 4.11
d)Volumul de nămol se calculeaza
(4.93.)
GEDS= gradul de epurarea a decantorului secundar, GEDS= 85%
γn = densitatea nămolului, 1100÷ 1200 kg/ m3
p = umiditatea nămolului, p= 95%
= concentrația la intrarea în treapta biologică a materiilor solide
7. Reținerea solidelor în decantorul secundar
= 74, 81 mg/l
= 14, 96mg/l
m3/h
Reținerea: (4.94.)
CAPITULUL 5
CONCLUZII FINALE
5.1.Concluzii
Scopul acestui studiu a constat în proiectarea unei stații de epurare a apelor uzate industriale, eficient din punct de vedere economic și ecologic. Stația trebuie să asigure un tratament de epurare, eficient pentru îndepărtarea unor categorii de poluanți toxici. Acești poluanți trebuie îndepărtați pentru a nu produce efecte negative mediului înconjurător și oamenilor.
S-au propus mai multe variante tehnologice pentru construirea stației de epurare, care să fie optime din punct de vedere ecologic și economic. S-a ales varianta de stație de epurare care cuprinde 3 etape de epurare: mecanică-chimică-biologică și este avantajoasă din punct de vedere financiar.
Pentru apele uzate orășenești se aplică acelați tratament de epurare ca și pentru apele uzate industriale. Aceste tratamente sunt completate ulterior de procese fizico-chimice complexe: extracție lichid-lichid, schimb ionic, electrodializa etc. Procesele și tratamentele aplicate apelor uzate depind în general de categoria de poluant și de încărcătura organică pe care o are apa. Atunci când apa uzata are anumiți poluanți care depășesc limite admise în legislație, se aplică anumite tratamente asupra acestei ape ca sa scadă nivelul de poluant. Apoi această apă uzata care conține o încarcătura mică de poluant poate fi evacuată în râul Olt sau în alt afluent al lui.
Pentru acest studiu s-a ales o apă uzată cu încărcătura mare de materie organică, CBO5=400mg/L, care corespunde ca limită admisă în NTPA 002/2002 (HG 188/2002 completată cu HG nr. 352/2005). Limita pentru CBO5 este 300 mg/L, în normativul NTPA 002/2002, iar valoare aleasă este peste limita admisă în normativ (CBO5=400mg/L)
S-a analizat raportul CBO5/CCO ≥ 0, 6
Apa uzată cu încărcătură mare de materie organică nu trebuie să suporte un proces inițial de preepurare din cauza debitului de apă uzată ales: (0,125 m3/s).
S-au luat în calcul următorii parametrii pentru alegerea metodei de tratare a apei uzate:
caracteristicile fizico-chimice: pH-ul, temperatura, conținutul de azot și de fosfor, cantitatea de solide în suspensie (SS), CBO5, CCO-Cr, natura și concentrația agenților toxice, precum și metalele.
Pe lângă aceste analize fizico-chimice se vor mai efectua și analize biologice.
debitul apei uzate.
• eficiența metodei;
• modul de aprovizionarea și tipul de reactanți
• efectele secundare generate de metoda de epurare aleasă asupra mediului înconjurător
• construcția instalației din punct de vedere al eficienței epurării și al impactului asupra mediului înconjurător
• costurile de investiții;
• costurile de întreținere și exploatare
• impactul stației de epurare asupra mediului înconjurător
5.2 Determinarea costului apei epurate
Aspectele economice sunt cele care definesc construcția unei stații de epurare . Din aceste considerente trebuie să se stabilească clar costul de producere al apei potabile orășenești.
Apa potabilă orășeneasca trebuie în prealabil epurată conform legislației în vigoare, ea trebuie să îndeplinească anumite condiții de calitate.
Cheltuielile anuale de exploatare se calculează cu relația:
A = a + b + c + d + e + f + g + h – V (5.1.)
unde:
A – totalul cheltuielilor care se fac în timp de 1 an pentru exploatarea tehnică a
stației de epurare;
a – cotele de amortisment ale stației de epurare;
b – costul energiei electrice necesare pentru: pompare, mișcarea mecanismelor,
iluminat, semnalizări, încălzit tehnologic etc.;
c – costul combustibililor și energiei calorice consumate la fermentare, deshidratare,
dezghețare și încălzit;
d – costul reactivilor folosiți pentru epurare, dezinfecție și deshidratare;
e – costul apei potabile și de incendiu sau alte folosințe;
f – cheltuieli de transporturi tehnologice;
g – retribuții și alte drepturi bănești ale personalului;
h – cheltuieli generale de exploatare;
V – venituri rezultate din valorificarea produselor.
Calcul consumului energiei electrice se stabilește pentru un consum anual în vigoare de la data proiectului sau exploatării. Pentru fiecare echipament din stația de epurare se stabilește consumul pe durata de funcționare respectivă.
La fel ca și în cazul costului de energie electrică, costul energiei calorice se stabilește pentru fiecare echipament în parte.
Pentru achiziționarea reactivilor pentru epurare apei, se aplică prețurile de la magazia stației de epurare.
S-au luat în calcul și cheltuieli neprevăzute pentru costul apei folosite la stingerea incendiilor.
Pentru costul apei potabile s-a luat un exemplu de calcul de la alte stații de epurare, care include toate costurile necesare epurării și producerii ei în limitele admise conform legislației în vigoare.
Evacuarea gazelor rezultate în urma fermentării nămolului, precum și evacuarea și transportul nămolului la stațiile de nămol s-au luat în considerare alte calcule suplimentare.
Calcul cu personalul ce deservește stația se stabilește pe baza anumitor criterii privind experiența, orele de lucru, toxicitatea etc.
Gazele de la fermentarea nămolului deshidrat pot fi vândute și pot rezulta astfel venituri suplimentare pentru stație.
Pentru fiecare etapă a stației de epurare se stabilesc cheltuieli separate.
Costul apei epurate se calculează:
(5.2.)
unde:
A – cheltuielile anuale de exploatare;
Q – cantitatea de apă epurată într-un an.
Bilanțul energetic este cel care definește costul apei epurate și se ține cont de el.
Debitul mediu anual de apă epurată este:
Qm anual = Qzi med x 365 = 10800m³/zi x 365 = 3942000 m3/an 54000 e.l. (5.3.)
Prețul apei epurate se raportează la volumul cheltuielilor anuale la debitul mediu anual de apă epurată.
C = A/Qm = 1,32 lei/m3 (fără TVA) (5.3.)
Tabel 5.1. Costul lei/KWh la 01.01.2014
Tabel 5.2. Consum de energie
Tabel 3.3. Organigrama stației de epurare
Cheltuielile cu activitatea pe stație, calculate pe an sunt:
4083416 + 482824 + 631200 = 5197440lei/m3/an (5.4.)
Debitul mediu anual de apă epurată este: 0,125 3942000m3/an
(cu TVA) (5.5)
CAPITOLUL 1
Generalități
Controlul de supervizare și achiziții de date este prescurtat cu acronimul SCADA, care provine din limba engleză și corespunde termenilor “Supervisory Control and Data Acquisition”. Atunci când un computer monitorizează și controlează un process se face referire la un system de control industrial. Procesele din domeniul infrastructurii și din domeniul industrial pot fii monitorizate.
Componentele generale ale sistemului
Următoarele subsiteme alcătuiesc un sistem SCADA:
Modulul operator, interfața om- mașină. În acest modul datele afișate de dispozitiv pot fii controlate de un operator
Aplicația SCADA rulează pe un calculator care este legat la unitatea central de calcul și care achiziționează datele în proces. Aplicația controlează procesul, prin actionarea comenzilor specific elemntelor de acționare.
Există anumite unități terminale comandate la distanță (RTU- Remote Terminal Unit) acestea transformă semnalele electrice ale senzorilor în semnale electrice digitale prin conectarea senzorilor la proces. Aceste unități transmit semnalelle către sistemul SCADA.
Funcția de unitate terminală periferică (RTU) poate fi îndeplinită de o unitate de comanda logică (PLC- Programmable Logic Controller), ea mai poate fi folosită si ca element de process. Ea are avantajul unui cost scăzut atunci când este folosită ca element de process, precum și o bună versatilitate și flexibilitate în configurație.
Interconectarea elementelor sistemului SCADA este data de infrastructura de comunicații
Figura 1. Schema generala a sistemului de automatizare
Monitorizarea locală a parametrilor de funcționare, funcțiile sistemului SCADA (fig.1.)
Funcțiile sistemului SCADA sunt următoarele:
Eficiența și optimizarea parametrilor de ieșire prin controlarea automata a procesului tehnologic
Monitorizarea în timp real a stării procesului tehnologic
Elaborarea unor strategii de exploatare performante prin afișarea grafică a datelor de process
Monitorizarea și gestionarea stării echipamentului, a situației alarmelor, precum și a eficienței istoricului marimilor de process
Centralizarea datelor de la Controller-ere de teren sau direct de la senzori
Centralizarea și stocarea datelor obținute într-o bază de date
Formatarea măsurătorilor (digital, analogic, bar-graph, iar tendința este de grafică)
Atunci când este cazul se generează automat alarmele
Comenzile și alarmele sunt trimise la comanda manual sau automat
Monitorizarea parametrilor de funcționare ai instalației de epurare și emiterea unor rapoarte de activitate care sunt generate zilnic
Configurarea rețelei de date și controlarea accesului utilizatorilor pe bază de parole
Toate operațiile efectuate de utilizatori vor fi centralizate sub forma unor jurnale de activitate zilnică
Trei noduri PLC sunt prevăzute cu interfețe de comunicație Ethernet-Profinet, care sunt
conectate la câte un switch optic Ethernet. În interiorul unui tablou de automatizare MCC sunt plasate cele trei noduri PLC (fig.2).
Următoarele PLC-uri au fost alese: S7 317 – 2 PN/DP, S7 319 – 2 PN/DP și combinate.
Figura 2. Interfața principală a aplicației SCADA
Patru servere vor rula simultan și vor gestioana fiecare sarcinii specific, din structura internă a programului de aplicație (fig.3.). Aceste servere sunt configurate sa ruleze simultan pe același calculator.
În continuare vor fii descries cele patru servere:
Serverul de alarme – gestioneaza alarmele
Serverul de rapoarte – controleaza si administreaza generarea automata de rapoarte
Serverul de grafice – controleaza si administreaza acumularea si arhivarea datelor necesare reprezentarii grafice a marimilor de proces
Serverul de intrari-iesiri (I/O server) – este un server dedicat schimbului de date între dispozitivele din câmp, de tip PLC sau RTU si clientul SCADA.
Figura 3. Arhitectura software a sistemului SCADA
Figura 4. Repartizarea echipamentelor de proces pe tablourile de automatizare
Câte un UPS care este echipat cu module de intrare-ieșire și analogice de preluare de informații alimentează fiecare PLC. Nodurile PLC sunt interconectate pe o magistrala Ethernet pe suport FO (fibra optica), arhitectura de ansamblu find de tipul inel FO. Inelul de Ethernet-FO include un al patrulea nod, respectiv dispeceratul local al stației de epurare, unde sunt amplasate echipamentele SCADA: servere SCADA, server de arhivare, calculatoare operatori si imprimanta (fig.4).
Din considerente de reduntanță a fost aleasă arhitectura de tip inel, pe support de fibră optică din cauza vitezei de transimitere a datelor și din cauza eliminării perturbațiilor electromagnetice.
S-au ales tot din considerente de reduntanță doua servere SCADA si doua switch-uri Ethernet- Fibra optica pentru conectarea inelului la reteaua de servere si calculatoare din dispecerat.
CAPITOLUL 2
FUNCȚIONAREA SISTEMULUI DE AUTOMATIZARE
În figura 4 sunt prezentate repartizarea echipamentelor electrice de proces pe cele trei PLC-uri.
În tabloul MCC1 se găsește PLC care deservește consumatorii pe linia de tratare mecanică.
Următoarele zone sunt controlate: camera de intrarea în SE – camera deversoare, clădire gratare, desnisipator și separator grasimi, stație pompare apa uzată. S-a ales PLC-ul S7-317-2PN/DP sau similar.
În tabloul MCC2 se găsește PLC-ul care controlează zona de tratare biologică: stația de suflante bazine biologice, stația de dozare clorura ferică, echipamentele din bazinul anaerob, echipamente bazine aerare, echipamente decantoare secundare, echipamente stație de pompare apa tehnologică, echipamente stație de pompare spumă, echipamente stație de pompare nămol recirculare și nămol în exces, debitmetru efluent. S-a ales PLC-ul S7-319-2PN/DP sau similar.
În tabloul MCC3 se găsește PLC-ul care controlează linia de tratare a nămolului: stație îngroșare-deshidratare namol, bazin tampon namol în exces, stație pompare supernatant. S-a ales PLC-ul S7-317-2PN/DP sau similar.
În interiorul clădirilor vor fii amplasate tablouri care vor avea minim IP 44. În tablourile amplasate în exterior vor fii puse IP 65.
Dimensionarea cu o rezervă a tablourilor care conțin convertizoare de frecvență se face astfel încât să se mai pună încă un convertizor, precum și echipamente de comandă-alimentare ale acestuia.
14 tablouri de alimentare/ automatizare cuprinde instalația de automatizare:
2.1 Tabloul MCC1
În camera electrică din clădirea grătarelor este amplasat tabloul MCC1. Accesoriile cu care este echipat acest tablou sunt următoarele: elemente de ventilare, de încălzire și de iluminat.
PLC-uri și elementele de instrumentație (elementele de control) sunt alimentate din tabloul echipat cu UPS. Tabloul MCC1 are un transformator de izolare galvanică pentru comanda în câmp a echipamentelor. Fiecare grătar din clădirea grătarelor este echipat cu tablouri de automatizare proprii.
Tabloul din clădirea de recepție nămol fose septice, tabloul din clădirea desnisipatorlui transmit informații precum și tablourile de automatizare proprie a grătarelor transmit informații către tabloul MCC1. Transmiterea informațiilor se realizează prin semnale digitale. Rețeaua PROFIBUS face legătura cu tabloul desnisipatorului. Pentru treapta mecanică de tratare se va utiliza un tablou echipat cu Touch Screen, care va fi utilizat ca elemnt HMI local. În cadrul tabloului sunt mici panouri de protecție pentru circuitele de iluminat, prize, încălzire din clădirea grătarelor.
Tabloul din clădirea desnisipatorului
În clădirea desnisipatorului se găsește un tablou echipat cu elemente de ventilare, încălzire și iluminat. Elementele de control (Interfața PROFIBUS și modulele de intrare/ieșire) sunt alimentate de la tabloul echipat cu UPS. Acest transformator conține un transformator de izolare galvanică pentru comanda în câmp a echipamentelor. Prin semnale digitale se comunică cu tabloul de automatizare a podului raclor, care apoi comunică cu tabloul din clădirea desnisipatorului. Acest tablou controlează pompele de nisp, suflantele, pompele de apă și cu separatorul de grăsimi.
Pentru pompele din stația de pompare apă uzată sunt amaplasate și echipamente de control precum: protecții, contactoare, relee, convertizoare de frecvență etc. Din considerente climatice precum evitarea umezelii și radiațiilor solare au fost amplasate aceste echipamente de control în interiorul tabloului .
S-au montat cutii de comanda cu IP ridicat pentru fiecare pompă, pentru trecerea pompei în regim automat sau manual. Echipamentele pe care le conțin cutiile de comandă suntȘ butoane, selectoare de regim și butoane de urgență.
Tabloul MCC2
În camera electrică din clădirea suflantelor este amplasat tabloul MCC2, echipat cu elemnte de ventilare, încălzire și iluminat. Elementele de control și instrmentației sunt alimnetate prin intermediul unui UPS, din interiorul tabloului. Ca și în cazul tabloului MCC1, acest tablou conține un transformator de izolare galvanică pentru comanda în camp a echipamentelor. Treapta biologică a stației de epurare este controlată de PLC-ul acestui tablou.
Mai multe tablouri transmit informații către tabloul MCC2. Acestea sunt: tabloul bazinelor anaerobe, tabloul bazinelor de aerare, tabloul stației de pompare apă tehnologică, tablourile proprii ale podurilor racloare decantoarelor secundare, tabloul din gospodaria electrică și o cutie cu IP ridicat plasata în zona decantoarelor. Tablouri de automatizare proprii au doar podurile racloare aferente decantoarelor secundare. Legaturile între aceste tablouri descries mai sus se face prin semnale digitale. Prin rețeua FPROFIBUS se face legătura cu tabloul din gospodăria electrică și cu cutia cu IP ridicat amplasat în zona decantoarelor. Tot prin rețeaua PROFIBUS se mai face legătura sistemului SCADA cu instalația de dozare reactive pentru precipitare, deoarece așa s-a realizat proiectul. La achiziționarea echipamentului a fost cumparat modulul de interfațare Profibus.
Elementele de control pe care le conține acest tablou sunt următoarele: convertizoare de frecvență, contactoare, protecții etc, pentru suflantele amplasate în această clădire. Semnalul de current prin care se face comanda și feedback-ul este de 4- 20mA. Suflantele pot fii comandate atât manual cat și automat deoarece conțin cutii de comandă locală. La fel ca și în cazul MCC1, tabloul este echipat cu Touch Screen, care va fi utilizat ca element HMI local.
Tabloul din gospodaria electrică
Ca și în cazul MCC1 și MCC2 acest tablou este echipat cu elemente de ventilare, încălzire și iluminat, precum și cu un UPS din care sunt alimentate elementele de control.
În acest tablou sunt amplasate și echipamentele de control precum: protecții, contactoare, relee, convertizoare de frecvență etc., pentru pompele de recirculare nămol. Fiecare pompă are un convertizor de frecvență care comunică cu sistemul de control (PLC) prin semnale analogice (current). Tot din considerente climatice ca și în cazul MCC1 și MCC2 au fost amplasate în interiorul tabloului pentru a fii ferrite de umezeală și de radiațiile solare.
Pentru fiecare pompă sunt amplasate local cutii de comanda cu IP ridicat. Ele sunt dotate cu echipamentele (butoane, selectoare de regim, butoane de urgență) pentru trecerea pompei în regim manual și automat.
În tabloul electric din gospodăria electrică sunt amplasate dispozitivele de comunicație a sistemului SCADA cu grupul electrogen, disjunctoarele de alimentare normal și vitală și AAR. Prin semnale digitale (230 Vac) se realizeză comunicarea. Generatorul este achiziționat cu AAR propriu, deoarece așa s-a considerat în proiect. AAR transmite informația vitală către sistemul de automatizare. Rețeaua PROFIBUS face legătura cu centrala de măsură. Tot în cadrul proiectului s-a ales o central de măsură care poate comunica cu PROFIBUS. Echipamentul de control pentru bateriile condesatoare sunt conținute tot de tablou. În acest tablou mai sunt amplasate și protecțiile pentru circuitele de iluminat, prize, încălzire pentru toată clădirea din cadrul gospodăriei electrice.
Cutia din zona decantoarelor
Lângă alee, în exterior este amplasată cutia din zona decantoarelor. Este echipată cu sistem de încălzire și are cutie IP67. Această cutie conține interfața PROFIBUS, precum și module de intrare/ieșire analogică. Ea culege semnale analogice de curent de la traductoarele amplasate în zona decantoarelor, din cadrul stației de pompare apă tehnologică și comandă vanele de reglare a debitului de nămol recirculat.
Tabloul MCC3
În camera electrică din clădirea instalației de îngroșare/ deshidratare nămol este amplasat tabloul MCC3. Ca și în cazul celorlalte 2 tablouri și acest tablou este echipat cu elemnte de ventilare, încălzire și iluminat. Elementele de instrumentației și elemntele de control sunt alimentate dintr-un UPS, din interiorul acestui tablou. Linia de nămol din stație este controlată de PLC-ul acestui tablou.
Următoarele tablouri transmit informații către MCC3: tabloul bazinului de stocare nămol, tabloul stației de pompare supernatant, tablourile instalației de deshidratare/îngroșare nămol, precum și tabloul stației de dozare polimeri.
Singurele instalații care au tablouri de automatizare proprii sunt instalațiile de îngroșare/deshidratare nămol, precum și instalația de dozare polimeri. Prin semnale digitale se realizează comunicarea cu aceste tablouri. Pompele de nămol, pompele de dozare polimeri și convertoarele amplasate în această clădire conțin elementele de control în interiorul tabloului MCC3.
Deoarece au cutii de comandă locală pompele de nămol, pompele de dozare electroliți și convectoarele pot fii comandate în regim manual sau automat. Ca și în cazul MCC1 și MCC2, tabloul MCC3 este echipat cu un Touch Screen.
Tablou clădire recepție nămol fose septice
În interiorul clădirii de recepție nămol fose septice, este amplasat acest tablou. Echipamentele pe care le cuprinde acest tablou sunt: 1 grătar, 2 pompe nămol și 1 mixer, precum și echipamente de comutare comandă din regim automat în regim manual. Pe ușa tabloului va fii montat butonul de emergență, iar în interiorul tabloului celelalte butoane, precum și selectoarele.
Ca și în cazul celorlalte tablouri și acest tablou conține protecție pentru circuitele de iluminat, prize, încălzire din camera de recepție fose septice.
Tablou stație pompare apa tehnologică
Acest tablou este amplasat în exteriorul stației de pompare apă tehnologică și are IP65. El cuprinde următoarele elemente: 1 grup hidrofor și echipamente de comutare și comandă în regim manual. Tabloul de control al instalației UV se aleimentează de la acest tablou.
Tablou bazine aerare
În exteriorul bazinelor de aerare este amplasat acest tablou și are IP 65. Acest tabloul cuprinde următoarele echipamente: 4 mixere și echipamente de comutare și comandă în regim manual. Cele patru mixere au următoarea destinație: 2 mixere sunt pentru alimentare vital și 2 mixere pentru alimentarea nevital.
2.10.Tablou bazine anaerobe
În exteriorul bazinelor anaerobe este amplasat acest tablou și are IP65. Acest tablou conține următoarele elemente de forță pentru comanda bazinelor de aerare: două mixere și echipamentele de comutare din regim automat în regim manual.
2.11.Tablou bazine stocare namol
În exteriorul bazinului de stocare nămol este amplasat acest tablou și are IP65. Acest tablou conține elementele de comandă și control aferente bazinului de stocare nămol: un mixer și echipamente de comutare comandă automata în comandă manual.
2.12.Tablou camera deversoare
În exteriorul camerei deversoare este amplata acest tablou și are IP 65. Acest tablou conține elemnetele de comandă și control pentru camera deversoare: un grătar și echipamente de comutare și comandă în regim manual. Grătarul este singurul care poate fii mișcat și invers, deoarece el are comandă manual. Proiectul se modifică corespunzător dacă grătarul are comandă de supraîncărcare sau de spălare a unei vane.
2.13.Tablou decantoare secundare
Acest tablou este amplasat în exteriorul decantoarelor secundare și are IP65. Tabloul conține elemente de comandă și control pentru decantoarele secundare: două pompe spumă și echipamente de schimbare a comenzii automate în comandă manuală. Singurele echipamente care au tablouri de automatizare proprii sunt podurile racloare. Transmiterea și preluarea informațiilor se face în mod digital de la tabloul MCC2.
Tablou stație pompare supernatant
În exteriorul stației de pompare supernatant este amplasat acest tablou și are IP 65. Acest tablou cuprinde următoarele echipamente: trei pompe supernatant și echipamente de transormare a comenzii automate în comandă manuală.
Cu ajutorul unor cutii de distribuție (conform planurilor de alimentare vitală și normal) se face alimentarea celor 14 tablouri. Cu excepția cutiei din zona decantoarelor care se alimentează din tabloul MCC2. Conform schemelor de alimentare echipamente și control SCADA, tablourile de automatizare proprii se alimentează singure.
CAPITOLUL 3
SENZORISTICA
Linia stației de epurare este menținută în mișcare cu gama de echipamente pentru controlul proceselor. Aceste echipamente sunt presostate, senzori de nivel, termostate, senzori CO, traductoare de nivel, traductoare de presiune, traductoare de debit, traductoare de temperatură, traductoare de suspensii, traductoare de pH, traductoare de oxigen dizolvat, traductoare de NO3, traductoare CCO-Cr, traductoare PO4 și stații de prelevare probe.
Ca elemente de protecție a instalațiilor sunt amplasate preostate și senzori de nivel care comunică în regim digital.
Pornirea ventilatoarelor și a elementelor de încălzire din clădiri este dictate de termostatele și senzorii CO. Aceștia ca și cei menționați mai sus nu sunt poziționate în schemele de “Preluare semnale senzoristică SCADA”.
Pentru controlul și monitorizarea calității apei sunt utilizate: traductoarele de nivel, traductoarele de presiune, traductoarele de debit, traductoarele de temperatură, traductoarele de suspensii, traductoarele de pH, traductoarele de oxigen dizolvat, traductoarele de NO3, traductoarele CCO-Cr și traductoarele PO4. Aceste echipamente se alimentează la o tensiune continua de 230 Vac oferă un semnal unificat de 4-20mA. Cu ajutorul sistemului SCADA, aceste semnale sunt preluate și prelucrate, conform “ Schemelor de preluare semnale senzoristică SCADA “
Două stații de prelevare probe sunt prevăzute în proiect: unul la intrarea apei în stația de epurare (în clădirea gratarelor) și unul la ieșirea apei din stație de epurare (în zona stației de pompare apa tehnologică). Prin rețeaua PROFIBUS sunt preluate informațiile de la aceste două stații, precum și înformația de “Defecțiune” a stației atunci când este cazul.
CAPITOLUL 4
CONCLUZII
Un aspect esențial pentru asigurarea calității apelor epurate l-a constituit implementarea unui sistem SCADA asupra procesului tehnologic de funcționare a unei stații de epurare. Acest sistem poate gestiona datele de process cât și optimizarea funcționării, dacă este configurat corespunzător.
Avantajul major al acestui sistem constă în monitorizarea și centralizarea datelor de proces cu ajutorul funcțiilor de arhivare, prelucrare, analiză și de vizualizare a acestora. Un tehnolog poate optimiza și propune metode de colectare a acestor date de proces. Tehnologia de epurare a apelor uzate este un process de lungă durată care se poate întinde pe mai multe zile sau chiar luni,
Cel mai important avantaj al implementării sistemului SCADA a constat în optimizarea funcționării procesului. Sistemul SCADA va monitoriza parametrii de ieșire ai apei uazate, precum și evoluția acestora pe perioade extinse de timp și va aplica corecții parametrilor de ieșire la nivel de process tehnologic. Modificarea parametrilor de ieșire (corecții) se va face pentru a îmbunătății calitatea apei epurate conform normativelor în vigoare. Se dorește obținerea unui consum energetic cât mai redus. Cele mai mari echipamente consumatoare de energie electrică sunt suflantele din treapta biologică. Optimizările de process se vor realiza pe fiecare treapta a procesului de epurare.
În etapa de implementare de proces se dorește asigurarea securității procesului tehnologic de epurare. Pentru fiecare etapa a procesului tehnologic se vor monta alarme de proces care vor face posibilă transmiterea informațiilor necesare către operator. Sistemul trebuie să aibă autonomie proprie, în cazul unei deschideri accidentale a unui canal de evacuare, sistemul va acționa la închiderea de urgență a acelui canal de evacuare fară să mai întrebe operatorul. Pentru situații mai deosebite se întreabă operatorul cu privire la operația pe care trebuie s-o realizeze sistemul.
Performanțele și eficiența procesului tehnologic de epurare sunt îmbunătățite prin implementarea unui sistem SCADA, în cadrul unei stații de epurare.
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: CERCETĂRI EXPERIMENTALE LA SCARĂ DE LABORATOR [310521] (ID: 310521)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.