Osadniki wstępne

Opis procesu
Po usunięciu piasku na większości oczyszczalni ścieki płyną do osadnika wstępnego, w którym następuje maksymalne usunięcie zawiesin łatwoopadających , głównie organicznych w wyniku fizycznego procesu sedymentacji. Żeby efektywność usuwania zawiesin była zadowalająca w osadnikach wstępnych musi być zapewniony odpowiednio długi czas przetrzymania ścieków w osadniku oraz musza być zminimalizowane zaburzenia turbulentne, czyli zapewniona odpowiednio mała prędkość przepływu. Drugim istotnym zadaniem osadników wstępnych jest usuwanie ze ścieków zawiesin lżejszych od wody- tłuszczy i części pływających, które nie zostały oddzielone w urządzeniach poprzedzających osadnik wstępny (głównie w piaskownikach napowietrzanych lub wydzielonych odtłuszczaczach). Cząstki te flotują ku powierzchni ścieków tworząc tzw. kożuch. Sedymentacja wstępna ma wpływ na dalszy przebieg oczyszczania ścieków.
Właściwie eksploatowany osadnik wpływa korzystnie na dalsze oczyszczanie oraz właściwa praca obiektów przed i za osadnikami zapewnia właściwą pracę osadnika.

Efektywność pracy osadnika zależy od:
*obciążenia hydraulicznego powierzchni zbiornika,
*czasu przetrzymania ścieków,
*konfiguracji zbiornika,
*rodzaju ścieków,
*rodzaju zawiesin,
*temperatury,
*udziału ścieków przemysłowych.

Obciążenie powierzchni osadnika i konfiguracja zbiornika.
Efektywność pracy osadnika zależy od powierzchni czynnej zbiornika (długość, szerokość), objętości zbiornika (powierzchnia i głębokość) i rozmieszczania doprowadzenia i odprowadzenia ścieków. Powierzchnia osadnika ma wpływ na wielkość osadnika hydraulicznego natomiast objętość wpływa na czas przetrzymania ścieków.

Obciążenie hydrauliczne
Dla osadników wstępnych powinno wynosić 0.8-4.0m /m h w zależności od kształtu osadnika i urządzenia jakie po nim następuje (złoże biologiczne, komora osadu czynnego). Konstrukcje wlotów i wylotów, zaopatrzone w specjalne osłony spełniają ważną rolę w procesie sedymentacji. Wloty dzięki zainstalowaniu deflektorów kierownic i innych elementów zmniejszają prędkość flotową i równomiernie rozprowadzają ścieki. Odprowadzanie ścieków realizowane jest za pomocą pojedynczych lub kilku przewodów najczęściej pilastych, które zapobiegają dostawaniu się do odpływu części pływających. Właściwe warunki odpływu zapewniają odprowadzenie sklarowanych ścieków z jednakowym natężeniem zapobiegają powstawanie osadników obszarów o większej prędkości przypływu.

Stopień zagnicia ścieków.
Zawiesiny w ściekach zagniły sedymentują znacznie gorzej niż w ściekach świeżych, ponieważ biologiczna fermentacja cząstek zmniejsza ich rozmiar. Na zagniwanie ścieków ma ich charakter systemu kanalizacyjnego-spadki kanałów, długość kanałów i ich przepompowni. Udział bardzo łatwo rozkładalnych ścieków przemysłowych, które zużywają tlen również przyspiesza zagniwanie ścieków.

Charakter ścieków.
Zawiesiny o dużej gęstości opadają znacznie szybciej niż zawiesiny lekkie; zawiesiny o nieregularnym kształcie opadają wolno z powodu dużego oporu tarcia. Wymiar, kształt, gęstość cząstek zależy od systemu kanalizacyjnego i rodzaju procesu poprzedzającego sedymentację wstępną. Procesy zachodzące przed wstępną sedymentacją tak jak pompowanie czy rozdrabnianie redukują zdolność zawiesin do sedymentacji.

Temperatura.
Wysokie temperatury obniżają szybkość sedymentacji, ponieważ przyczyniają się do zagniwania ścieków. Powstałe wówczas gazy unoszą zawiesiny ku powierzchni osadnika tworząc pływający kożuch. Z drugiej strony mniejsza lepkość ciepłych ścieków w porównaniu z zimnymi przyśpiesza opadania zawiesin. W okresach zimowych z powodu wyższej lepkości ścieków sedymentacja przebiega nieco wolniej. Różnica temperatur i związana z tym różnica gęstości pomiędzy ściekami zawartymi w osadniku a dopływającymi ściekami przyczynia się do powstania prądów gęstościowych, które również wpływają ujemnie na proces usuwania zawiesin.

Udział ścieków przemysłowych.
Ilość i rodzaj ścieków przemysłowych wpływa na proces sedymentacji. Często notowanie na oczyszczalni jednostkowe zrzuty ścieków przemysłowych, przyczyniają się do okresowego zwiększenia ładunku hydraulicznego i organicznego. Ten nagły zrzut może spowodować zagniwanie ścieków, a co za tym idzie pogorszenie własności sedymentacyjnych i skrócenie przetrzymywania ścieków w zbiorniku. Ta sytuacja ma również miejsce podczas okresów deszczowych mamy do czynienia z kanalizacją ogólnospławną.

Efektywność procesu
W dwugodzinnej sedymentacji zawiesin zawartych w odpływających ściekach miejskich w osadnikach wstępnych można uzyskać 70% ich redukcji i ok. 30% redukcji całkowitego BZT5. Ponieważ jednak proces sedymentacji może być zakłócony przez różnego rodzaju czynniki opisane powyżej , uzyskiwane efekty są mniejsze i wynoszą 50-65% usunięcia zawiesin i 25% redukcji całkowitego BZT5.



Budowa osadnika wstępnego
Osadniki wstępne mają w planie kształt prostokątny, okrągłych lub kwadratowy. W osadnikach prostokątnych ścieki dopływają z jednego końca zbiornika a odpływają z przeciwnego, natomiast osad gromadzący się na dnie jest zgarniany na początek w
pobliżu strefy wylotowej. W zbiornikach okrągłych lub kwadratowych ścieki dopływają do środka i równomiernie odpływają w kierunku ścian, natomiast osad zgarniany jest z całej powierzchni do dna środka zbiornika gdzie znajduje się lej służący do kilkugodzinnego magazynowania osadu. W niektórch osadnikach okrągłych ścieki przepływają od strony ścian do srodka.U rządzenia do zgarniania osadu przemieszczają osady do miejsca z którego są odprowadzane do dalszej przeróbki przeróbki za pomocą pomp lub gwarancyjne.

Osadniki poziome podłużne.
Są to zbiorniki o kształcie wydłużonego prostokata.Długość tych osadników jest klkakrotnie większa od ich szerokości, nie powinna być jednak mniejsza od 30m Szerokość jednego osadnika powinna się mieścić w przedziale 4-10 m. Całkowita głębokość powinna wynosić 2,5-4 m. W oczyszczalni może pracować jeden lub kilka osadników.Do usuwania osadów najczęściej służą mechaniczne zgarniacze zespolone z mostem , który porusza się po torach przymocowanych do ścian osadnika. Zgarniają one osad do lejów osadowych zwykle znajdujacych się zwykle wlocie ścieków do osadnika. Czasem do zgarniania osadów stosuje się szereg zgrzebeł umieszczonych na łańcuchu. Są one skonstruowane tak by jednocześnie usuwać osad i tłuszce. Osad może być zgarniany do pojedyńczego lub kilku lejów lub do poprzecznych koryt, z których za pomocą przenośników śrubowych osad jest transportowany dolejów osadowych.

Osadniki poziome radialne lub kwadratowe.
W osadnikach zarówno radialnych jak i kwadratowych ścieki doprowadzane są syfonowo do studni centralnej, w której następuje równomierny podział ścieków. Ścieki rozchodzą się promieniście ku obwodowi osadnika gdzie przelewają się prze przelewy (najczęsciej pilaste). osady z dna są zgarniane do leja znajdującego się w środku zbornika, pod studnią centralną. Zgrzebło zgarniacza przymocowane jest do pomostu obrotowego, który poruszany jest silnikiem umieszczonym na pomoście w środku osadnika lub na końcu ramienia zgarniacza przy obwodzie osadnika .Do konstrukcji zgarniacza na poziomie zwierciadła ścieków przymocowana jest deska zgarniająca części pływające. W osadnikach kwadratowych instalowane są dodatkowo naroznikowe deski do zgarniania kożuch i osadu. Osadniki z dopływem centralnym charakterezują się tym, że pozioma prdkość przepływu cały czas maleje począwszy od środka zbiornika a kończąc w pobliżuobwodu gdzie znajdują się przelewy, zwiększając szanse usunięcia najlżejszych zawiesin. Średnica osadnika radnialnego wstępnego nie powinna w zasadzie być mniejsza od 20 m, najkorzystniejsze jej wartości znajdują się pomiędzy 30-40 m.

Osadniki Imhoffa.
W mniejszych oczyszczalniach ścieków funkcję wstępnego klarowania i jednoczesnej fermentacji osadu wstępnego spełniają osadniki Inhoffa.Są one przeznaczone do oczyszczania ścieków bytowo-gospodarczych lub o zbliżonych właściwościach oraz do przeróbki osadów powstających podczas oczyszczania ścieków. Składają się one z osadników poziomych w postaci równoległych komór przepływowych, w których zachodzi właściwa sedymentacja, zespolonych z komorą fermentacji. Łatwoopadające zawiesiny sedymentują w korytach przepływowych skąd ciągle usuwane są do dolnej komory fermentacji przez szczeliny o prześwicie 0,15-0,25 m. Komora fermentacji i komory fermentacji są tak połączone ,że wydzielający się w wyniku fermentacji gaz oraz porywane przez pęcherzyki gazu cząstki osadu nie mogą się dostać do komór przepływowych. Pojemność użytkowa komór przepływowych powinna zapewnić maksymalne usunięcie zawiesin łatwoopadających. Minimalny czas przepływu ścieków powinien wynosić 1,5-2 h. Dopływ ścieków do koryt przepływowych realizowany jest za pomocą krawędzi przelewowej o długości równej szerokości komory. Odprowadzenie sklarowanych ścieków realizowane jest analogicznie jak doprowadzenie ścieków surowych za pomocą przelewu na końcu komory przepływowej. W przypadku stosowania kilku równoległych koryt przepływowych istnieje równomierny podział ścieków na poszczególne koryta. Niekiedy stosuje się zgarnianie części pływających zatrzymanych przez deskę przegrodową przed odprowadzeniem sklarowanych ścieków. Kształt koryt przepływowych jest na ogół trójkątny lub w górnej części prostokątny, a dolnej trójkątny. Szerokość jednego koryta nie przekracza 2,5 m., a jego głębokość użyteczna 2,0 m. Odległość pomiędzy sąsiednimi korytami jest większa niż 0,5 m. W dnie koryt przepływowych znajduje się szczelina o szerokości 0,15-0,2 m. przesłonięta od dołu w ten sposób by zapobiec odwrotnemu przepływowi gazu fermentacyjnego.
Fermentacja w dolnej komorze odbywa się w temperaturach zależnych od temperatury dopływających ścieków. Osad po około 2-miesięcznej fermentacji charakteryzuje się zmniejszeniem zawartości substancji organicznych o około 45-50%, natomiast jego uwodnienie wynosi wtedy około 90%.