Jak opisano w artykule pt. „Ściek za kratkami” („MI” 05/2011, s. 24-26), najczęstszym obecnie zadaniem projektowym w dziedzinie oczyszczania ścieków jest rozbudowa lub modernizacja istniejącej oczyszczalni ścieków. Pomijając pojedyncze oczyszczalnie w dużych miastach, prace te dotyczą małych i średnich oczyszczalni, w których wykorzystywane są urządzenia prefabrykowane dobierane przez ich producenta. Warto przypomnieć sobie zasady zastosowania i projektowania różnych typów piaskowników, aby wybór właściwego urządzenia był jak najbardziej świadomy.
Piaskownik, jako element mechanicznej części oczyszczalni, jest wymiarowany w odniesieniu do prognozowanej ilości ścieków. W przypadku złego oszacowania ilości napływających ścieków dobrane urządzenia i zaprojektowane obiekty mogą sprawiać problemy eksploatacyjne omówione w dalszej części artykułu. Podstawowym zadaniem piaskowników jest oddzielanie od ścieków surowych zawiesin mineralnych w procesie sedymentacji. Zawiesiny organiczne będą oddzielane od ścieków w osadniku wstępnym, jeśli takowy jest na oczyszczalni. W przeciwnym przypadku mieszanina oczyszczonych mechanicznie ścieków (wraz z zawiesiną organiczną i substancjami rozpuszczonymi) trafi bezpośrednio do reaktorów biologicznych.
Rozróżnienie rodzajów zawiesin jest konieczne, gdyż zawiesina mineralna, w przeciwieństwie do organicznej, jest w zasadzie niezagniwalna oraz posiada większą prędkość opadania, co jest podstawą do oddzielania jej w piaskownikach. W skład zawiesiny mineralnej wchodzi m.in. piasek, drobne kamienie, pestki, zmielona kawa itp., które umownie nazywamy piaskiem.
W piaskownikach powinny być zatrzymywane ziarna mineralne o średnicy 0,1 do 0,2 mm i większe. By uniknąć sedymentacji zawiesiny organicznej, w piaskowniku powinien panować tzw. ruch burzliwy (turbulentny). Ponieważ na dzień dzisiejszy nie istnieją matematyczne opisy tego ruchu, dające się zastosować w praktyce inżynierskiej, sprawność piaskowników w usuwaniu zawiesin mineralnych wyznaczana jest doświadczalnie. Zazwyczaj wyniki takich badań udostępniane są przez producentów na życzenie projektanta lub zamawiającego. W praktyce oddzielenie czystego piasku jest jednak niemożliwe, dlatego razem z piaskownikami stosowane są płuczki piasku.
Typy piaskowników rozróżniane są przede wszystkim na podstawie rodzaju panującego w nich przepływu. Najbardziej rozpowszechnione są piaskowniki o poniżej wymienionych rodzajach przepływu i ich kombinacje:
* piaskowniki o przepływie poziomym (tzw. poziome),
* piaskowniki o przepływie pionowym (tzw. pionowe),
* piaskowniki o przepływie wirowym (tzw. wirowe),
* piaskowniki napowietrzane, o przepływie poziomo-śrubowym.

Z przepływem poziomym

Piaskowniki o przepływie poziomym mają konstrukcję w postaci podłużnego koryta o przekroju poprzecznym prostokątnym, trapezowym lub parabolicznym. Na skutek powiększenia przekroju poprzecznego koryta szybkość przepływu maleje, a cięższe od wody ziarna piasku opadają na dno. Piaskowniki takie mogą mieć 1, 2 lub więcej komór. Dodatkowe komory mogą pełnić funkcje awaryjne (np. przy zwiększonym napływie ścieków w czasie pogody deszczowej) lub być wykorzystywane jako komora podstawowa przy pracach remontowych i konserwacyjnych w innych częściach piaskownika. Ważne jest, by ścieki napływające do wielokomorowego piaskownika były równomiernie rozdzielane na jego komory oraz by istniała możliwość odcięcia napływu i odpływu z każdej z tych komór osobno.
Zakładana pozioma prędkość przepływu w piaskowniku o przepływie poziomym powinna wynosić ok. 0,25-0,35 m/s. Konieczne jest spełnienie tego warunku dla różnych przepływów charakterystycznych!
Długość tego typu piaskownika może być obliczana wg dwóch metod [1]:
a) przy uwzględnieniu opadania najmniejszych zatrzymywanych cząstek zawiesin, które mają być zatrzymane w piaskowniku i poziomej prędkości przepływu. Długość piaskownika wyznaczana jest wtedy ze wzoru:
L = 1000 * Hmax * v/u,
Hmax – napełnienie piaskownika dla Qh,max [m],
v – pozioma prędkość przepływu [m/s],
u – prędkość opadania najmniejszych zatrzymywanych cząstek zawiesin [mm/s], zależna od średnicy ziaren.
Wyznaczając tą metodą długość piaskownika dla przykładowej oczyszczalni o przepływie charakterystycznym Qh,max = 1000 m3/h i przy założeniu usuwania cząstek o średnicy ziaren d ≥ 0,1 mm, otrzymujemy dwukomorowy piaskownik o długości ok. 18 m.
b) przy uwzględnieniu czasu zatrzymywania ścieków w piaskowniku, z prostego równania:
L = v·* t,
t – czas zatrzymania ścieków w piaskowniku [s].
Minimalna długość piaskownika obliczanego tą metodą wynosi 18 m, przy standardowo stosowanym czasie przetrzymania równym 60 s i prędkości przepływu równej 0,3 m/s.
Dla utrzymania stałej prędkości przepływu tego typu piaskowniki współpracują na odpływie z urządzeniami do regulacji prędkości przepływu. Najczęściej spotykana jest zwężka Venturiego umieszczona za piaskownikiem (fot. 1).
Zazwyczaj piaskowniki oczyszczane są mechanicznie. Jednym z rozwiązań jest zgarniacz przemieszczający piasek osadzony na dnie komór piaskownika do lejów, skąd usuwany jest za pomocą pompy przystosowanej do pracy z pulpą piaskową. Na większych oczyszczalniach spotykane są pomosty samojezdne wyposażone w pompy odsysające piasek z dna.

Piaskowniki o przepływie pionowym

Jak sama nazwa wskazuje, w tego typu piaskownikach ziarna piasku opadają pionowo, w przeciwprądzie do kierunku przepływu ścieków. Żeby utrzymać czas przepływu ścieków na w miarę stałym poziomie, niezależnym od natężenia przepływów (bo: małe natężenie = dłuższy czas przepływu, większe natężenie = krótszy czas przepływu), konieczne jest zastosowanie kilku kręgów-przegród. Dzielą one piaskownik na cylindryczne komory. Ścieki są doprowadzane do środkowej komory, potem przepływają przez przegrody, które mają przelewy na różnej wysokości.
W najprostszych typach piaskowników pionowych do wyznaczenia powierzchni czynnej i głębokości uwzględnia się przede wszystkim prędkość opadania piasku, która nie może być mniejsza niż prędkość wznoszenia (ok. 1,45 cm/s) [2]. Piaskowniki te są chętnie stosowane na małych i średnich oczyszczalniach ze względu na niewielkie rozmiary w porównaniu do piaskowników poziomych. Jednak wrażliwość ich sprawności na zmienne natężenie dopływu sprawia, że wypierane są przez piaskowniki wirowe.

Piaskowniki wirowe

Stosuje się je na obiektach, gdzie z braku miejsca nie jest możliwe zastosowanie piaskownika poziomego. Ma on kształt kołowy, a specjalnie ukształtowany wlot, doprowadzający ścieki przy obwodzie piaskownika, wymusza ruch okrężny. Piasek gromadzi się na dnie w środkowej części piaskownika, a ścieki odprowadzane są przy obwodzie. Zalegający na dnie piasek usuwany jest za pomocą podnośników powietrznych lub, w przypadku urządzenia wolnostojącego, za pomocą spirali czy przenośnika zamontowanych w specjalnym korycie pod dnem piaskownika.
W przypadku tych piaskowników głównym parametrem obliczanym jest nie długość, lecz pojemność. Ta wyznaczana jest na podstawie natężenia napływu ścieków (uwzględnić trzeba różne przepływy charakterystyczne) i czasu zatrzymania. Przy wymiarowaniu takiego piaskownika należy uwzględnić, że tylko część jego powierzchni jest czynna – i odpowiednio ją powiększyć  [2].

Piaskowniki napowietrzane

Ze ściekami miejskimi dopływa do oczyszczalni również mieszanina tłuszczów i olejów, która, jeśli nie jest celowo usuwana, przedostaje się aż do odpływu ścieków oczyszczonych. Piaskowniki napowietrzane, które mogą pełnić również rolę odtłuszczacza, są w takich przypadkach częstym rozwiązaniem problemu. Są one wyposażone w dodatkową komorę biegnącą wzdłuż komory właściwej, w której następuje flotacja tłuszczy, lub w ruchomy zgarniacz zbierający wyniesione na powierzchnię tłuszcze do rynny odprowadzającej je poza piaskownik.
Wytrącenie piasku i tłuszczy ze ścieków wywołane jest wprowadzeniem do piaskownika sprężonego powietrza. Powietrze jest wprowadzane za pomocą dyfuzorów w ilości, która nadaje ściekom taką prędkość (ok. 0,3 m/s), że następuje sedymentacja piasku i flotacja tłuszczy, ale zawiesiny organiczne pozostają w zawieszeniu.

Prefabrykaty

Jak wspomniano na początku artykułu, większość obecnie projektowanych piaskowników to gotowe urządzenia. Są one wyposażane w coraz to nowe, dodatkowe elementy, a „sprytna” konstrukcja nadal zajmuje niewiele miejsca (fot. 2).
Bardzo użyteczne są m.in. bypassy umożliwiające czasowe wyłączenie piaskownika (ominięcie urządzenia) bez przerywania pracy całej oczyszczalni, np. w przypadku konieczności konserwacji lub naprawy. Taki bypass może mieć formę rurociągu obejściowego lub dodatkowego koryta biegnącego wzdłuż piaskownika. W każdym przypadku zalecane jest wyposażenie bypassu w kratę, np. ręczną.  
Konstrukcja takich urządzeń jest hermetyczna, istnieje możliwość ich ocieplenia oraz dołączenia urządzeń grzejnych, więc mogą być stosowane również na zewnątrz, bez zagrożenia negatywnego oddziaływania na otoczenie (fot. 3).

Sprawność osadników

Odpowiednie do przepustowości piaskownika obciążenie hydrauliczne (patrz też „MI” 5/2011) jest podstawą jego poprawnego działania. Głównym zadaniem piaskowników jest zabezpieczenie kolejnych obiektów oczyszczalni przed zapychaniem rurociągów, ścieraniem mechanicznych elementów pomp, itd. Przy zbyt małym natężeniu dopływu wzrasta czas zatrzymania ścieków w piaskowniku, co może prowadzić do zagniwania zbierających się na dnie osadów. Piaskownik zacznie po prostu śmierdzieć. W przypadku piaskowników wielokomorowych możliwe jest poprawienie sytuacji przez czasowe wyłączanie poszczególnych komór. Należy zwrócić przy tym uwagę na zmienność wyłączanych z użytku komór [5].
Z kolei w niedowymiarowanym piaskowniku może pogorszyć się usuwanie zawiesiny mineralnej, która następnie zbierze się np. w osadnikach wstępnych, jeśli takowe są na danej oczyszczalni lub w reaktorze biologicznym albo przepompowniach, zmniejszając sukcesywnie ich objętość czynną. To oznacza konieczność częstszego oczyszczania tych obiektów z osadów.

Podsumowanie

Reasumując, właściwy dobór elementów oczyszczania mechanicznego powinien być traktowany równie poważnie jak wymiarowanie części biologicznej. Potraktowanie krat czy piaskownika po macoszemu zemści się bardzo szybko, a co najgorsze będzie miało swoje wyraźne odzwierciedlenie w kosztach naprawy zużytych pomp ściekowych i osadowych, silników wirówek oraz kosztach usuwania sedymentów z rurociągów, przepompowni i reaktorów.
dr inż. Renata Woźniak-Vecchié

Literatura:
[1] Z. Heidrich, A. Witkowski (2005): „Urządzenia do oczyszczania ścieków. Projektowanie, przykłady obliczeń”. Wydawnictwo Seidel-Przywecki, Sp. z o.o., Warszawa 2005.
[2] Z. Heidrich, M. Kalenik, J. Podedworna, G. Stańko (2008): „Sanitacja wsi”, Wydawnictwo Seidel-Przywecki, wydanie 1, Warszawa 2008.
[3] Materiały informacyjne firmy Huber Sp. z o. o.
[4] Materiały informacyjne firmy Stalbudom Sp. z o. o.
[5] R. Woźniak-Vecchie, A. Langowski (2011): „Wyznaczanie obciążenia hydraulicznego modernizowanych oczyszczalni ścieków w praktyce projektowej”, III Konferencja z cyklu „Nauka dla Praktyków” pt.: „Mechaniczne oczyszczanie ścieków”, 15-16 marca 2011, Ustroń/Jaszowiec.

Fot. 1. Widok dwukomorowego piaskownika podłużnego od strony odpływu. Na pierwszym planie zwężka Venturiego. W tle pomost samojezdny z pompami ssącymi i zintegrowaną płuczką piasku (fot. autora).
Fot. 2. Prefabrykowany sitopiaskownik napowietrzany z odtłuszczaczem oraz zintegrowanym by-passem sita i samego piaskownika, źródło [3].
Fot. 3. Prefabrykowany piaskownik poziomy montowany na zewnątrz, źródło [4].

Zobacz artykuł w wersji pdf pdf pdf pdf

Prenumerata Magazynu Instalatora

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij