sterowanie procesem oczyszczania ciekÓw w … 01.pdf · 2005. 6. 29. · • stacja dmuchaw...
TRANSCRIPT
-
5
STEROWANIE PROCESEM OCZYSZCZANIA ŚCIEKÓWW ZMODERNIZOWANEJ OCZYSZCZALNI ŚCIEKÓW
JAMNO ZE SZCZEGÓLNYM UWZGLĘDNIENIEMSTRĄCANIA WSTĘPNEGO
Autor: Mariusz KozakMiejskie Wodociągi i Kanalizacja - Sp. z o.o. w Koszalinie
1. Wprowadzenie
Oczyszczalnia Ścieków "JAMNO" dla miasta Koszalina zostaławybudowana w roku 1994 i przekazana w użytkowanie po rozruchu dlaMiejskich Wodociągów i Kanalizacji Sp. z o.o. w Koszalinie z dniem 1 stycznia1995 r. Dokumentacja projektowa wykonana przez BPBK w Bydgoszczyokreślała wybudowanie obiektów technologicznych spełniających warunkioczyszczania ścieków wg ówcześnie obowiązujących wymogów.
Pierwsze pozwolenie wodnoprawne na eksploatację Oczyszczalni wydane30.01.1995 r. określiło dopuszczalne stężenia zanieczyszczeń w ściekachoczyszczonych:
• BZT5 - 15 mg O2/dm3
• Zawiesina ogólna - 35 mg/dm3• Fosfor ogólny - 1,5 mg P/dm3• Zawiesina łatwoopadająca - 0,5 cm3/dm3
Ww. pozwolenie wodnoprawne nie określało w żaden sposób dopuszczalnejzawartości związków azotu w ściekach wprowadzanych do odbiornika.
Oczyszczalnia Ścieków "JAMNO" wybudowana wg dokumentacjiopracowanej w latach 1988 - 1994 nie była przygotowana do usuwaniazwiązków azotu. Praca reaktorów biologicznych w układzie A/O pozwalała naeliminację jedynie związków węgla i fosforu. Taka sytuacja miała miejsce domaja 1997 r, kiedy w wyniku współpracy pomiędzy Urzędem Miejskimw Koszalinie, MWiK Sp. z o.o. w Koszalinie i KEMIPOL Sp. z o.o. w Policachprzystąpiono do przeprowadzenia testu technologicznego mającego na celuzintensyfikowanie procesów usuwania związków azotu na drodze chemiczno- biologicznej. Wynikiem przeprowadzonego testu było wybudowanie instalacjiumożliwiającej wstępne strącanie przy użyciu reagenta PIX-113 oraz polimeruPRAESTOL 2530. Dobre efekty w redukcji zanieczyszczeń ścieków uzyskanoprzy dawkach reagentów na strącaniu wstępnym:
Mariusz Kozak Sterowanie procesem oczyszczania ścieków ...
-
6
• PIX-113 - 50 g/m3• PRAESTOL 2530 - 0,12 g/m3
oraz przy stosowaniu jednocześnie strącania symultanicznego z dawką:
• PIX-113 - 15 g/m3
Następne pozwolenie wodnoprawne na eksploatację Oczyszczalni wydane31.12.1998 r. na okres do dnia 31.12.2003 r. określiło dodatkowo dopuszczalnestężenie związków azotu w ściekach oczyszczonych bez zmiany pozostałychparametrów (z wyjątkiem wykreślenia parametru zawiesiny łatwoopadającej):
• Azot amonowy - 6 mg N/dm3• Azot ogólny - 30 mg N/dm3
Stosując wielopunktowe strącanie Oczyszczalnia bez większych trudnościutrzymywała parametry ścieków oczyszczonych określone w pozwoleniuwodnoprawnym.
Z uwagi na kończący się w dniu 31.12.2003 r. okres ważności pozwoleniawodnoprawnego i dostosowywanie przepisów obowiązujących w Polsce dowymogów Unii Europejskiej określających bardziej rygorystycznie zawartośćazotu w ściekach odprowadzanych do odbiornika powstała dokumentacjatechniczna opracowana przez BPBK w Bydgoszczy umożliwiająca przystąpieniedo II etapu budowy Oczyszczalni pod kątem możliwości biologicznego usuwaniaazotu. Pozwolenie wodnoprawne na budowę II etapu z dnia 17.12.1999 r.określiło dopuszczalne stężenie zanieczyszczeń w ściekach odprowadzanychdo odbiornika:
• BZT5 - 15 mg O2/dm3
• Zawiesina ogólna - 35 mg/dm3• Fosfor ogólny - 1,5 mg P/dm3• Azot amonowy - 6 mg N/dm3• Azot ogólny - 10 mg N/dm3
Pomimo obowiązującego wówczas Rozporządzenia MOŚZNiL z dnia05.11.1991 r. w pozwoleniu wodnoprawnym zastosowano warunki dyrektywyUnii Europejskiej 91/27/EEC określającej dopuszczalne stężenie azotuw ściekach oczyszczonych odprowadzanych z Oczyszczalni o wielkości ponad100.000 RLM na poziomie 10 mg N/dm3.
Mariusz Kozak Sterowanie procesem oczyszczania ścieków ...
-
7
2. Charakterystyka modernizacji części biologicznej Oczyszczalni Ścieków"JAMNO"
Modernizacja części biologicznej Oczyszczalni Ścieków "JAMNO"określiła rozbudowanie eksploatowanych w systemie A/O reaktorówbiologicznych do możliwości zastosowania systemu A2/O oraz likwidacjęurządzeń wchodzących w skład chemicznego wstępnego strącania:
• Stanowiska dawkowania reagenta PIX• Zbiornika magazynującego PIX• Stanowiska przygotowania polimeru anionowego• Stanowiska dawkowania polimeru anionowego
2.1. Część biologiczna - stan przed modernizacją
W skład części biologicznej oczyszczalni wchodzą:• reaktory biologiczne dwufazowe - 2 sztuki o pojemności 7665 m3
każdy• osadniki wtórne radialne typu ORwt 48/51 o średnicy 48 m i objętości
pojedynczego osadnika 5850 m3 wyposażone w zgarniacze typu 24Rc48- 2 komplety
• pompownie recyrkulacji zewnętrznej osadu wyposażone w pompyFLYGT CP3152LT-61 o wydajności 576 m3/h. W Każdej przepompownizainstalowane są 2 sztuki pomp z których jedna sterowana jest falownikiemumożliwiającym płynną zmianę wydajności pompy. Ilość przepompowni- 2 komplety.
• stacja dmuchaw wyposażona w 3 sztuki dmuchaw HIBON SNH 110SP o wydajności 156 m3/min oraz 1 dmuchawę HIBON SNH 60 SPo wydajności 80 m3/min. Jedna dmuchawa HIBON SNH 110 SP sterowana jestfalownikiem umożliwiającym płynną regulację wydajności sprężonegopowietrza.
2.2. Reaktory biologiczne - stan przed modernizacją
Na Oczyszczalni "JAMNO" istnieją dwa reaktory biologiczne stanowiącosobne ciągi. Przed modernizacją reaktory biologiczne dostosowane były dopracy w systemie A/O. Każdy reaktor składał się z dwóch części:
• beztlenowej• tlenowej
Mariusz Kozak Sterowanie procesem oczyszczania ścieków ...
-
8
Część beztlenowa o pojemności 1505 m3 podzielona jest na trzy segmenty.W każdym segmencie beztlenowym zainstalowane jest jedno mieszadłowolnoobrotowe FLYGT-4650 umożliwiające utrzymanie mieszaniny ściekówi osadu czynnego w stanie zawieszenia. Ścieki oczyszczone mechanicznie orazosad recyrkulowany z osadników wtórnych doprowadzany jest do pierwszegosegmentu części beztlenowej reaktora. Po przejściu przez trzy szeregowoustawione segmenty beztlenowe ścieki wraz z osadem czynnym przechodzą doczęści tlenowej reaktora.
Część tlenowa reaktora o pojemności 6160 m3 podzielona jest na czterysegmenty. W każdym segmencie znajduje się instalacja do napowietrzaniadrobnopęcherzykowego z dyfuzorami membranowymi firmy SANITAIRE typ4250. Łączna ilość dyfuzorów zainstalowanych w jednym reaktorze wynosi2750 sztuk. W II i IV segmencie tlenowym reaktora zainstalowane są tlenomierzeDANFOSS typ EVITA współpracujące z przepustnicami regulującymi dopływsprężonego powietrza do poszczególnych segmentów reaktora co umożliwiautrzymanie stężenia tlenu na zadanym poziomie. W IV segmencie tlenowymreaktora jest zainstalowany czujnik koncentracji osadu czynnego CERLICumożliwiający kontrolę zmian stężenia osadu. Z IV segmentu tlenowego reaktorabiologicznego ścieki oczyszczone biologicznie wraz z osadem czynnym poprzezkoryto przelewowe kierowane są do kanału, którym kierowane są do osadnikówwtórnych.
2.3. Reaktory biologiczne - modernizacja
Celem modernizacji reaktorów biologicznych jest umożliwienie pracyosadu czynnego w systemie trzyfazowym, umożliwiającym oczyszczenieścieków na drodze biologicznej (szczególnie pod kątem usuwania związkówazotu) do poziomu stawianego przez Unię Europejską. Dokumentacja technicznaopracowana przez BPBK Sp. z o.o. w Bydgoszczy w 1999 r. określiła nakażdym ciągu:
• adaptację pierwszego segmentu części beztlenowej istniejącego reaktora na komorę predenitryfikacji osadu przez dobudowę przewodu dopro- wadzającego ścieki bezpośrednio do drugiego segmentu beztlenowego (obecnie ścieki doprowadzane są do pierwszego segmentu części beztlenowej)• zmianę funkcji trzech (z czterech) obecnie istniejących segmentów nitryfikacji na komory denitryfikacji wyprzedzającej osadu z urzą- dzeniami zapewniającymi pełne wymieszanie w komorach• dobudowę dwóch komór nitryfikacji o łącznej kubaturze czynnej 4814 m3 wraz z instalacją wprowadzającą sprężone powietrze
Mariusz Kozak Sterowanie procesem oczyszczania ścieków ...
-
9
• budowę dwóch pompowni recyrkulacji wewnętrznej umożliwiających elastyczną pracę reaktora i utrzymanie procesu denitryfikacji wstępnej• budowę odpływu z reaktora w nawiązaniu do istniejących kanałów stanowiących dopływ do osadników wtórnych• rozbudowę przewodów tranzytowych sprężonego powietrza• wyposażenie w dodatkowe urządzenia AKP:
- pomiar stężenia tlenu - 9 sztuk- pomiar pomiar stężenia azotu azotanowego - 1 sztuka- pomiar stężenia azotu amonowego - 1 sztuka- pomiar stężenia fosforu fosforanowego - 1 sztuka - pomiar wspólny dla dwóch reaktorów- pomiar potencjału REDOX - 2 sztuki- pomiar odczynu - 1 sztuka- pomiar przepływu osadu recyrkulowanego wewnętrznie - 2 sztuki
Dokumentacja projektowa określiła montaż następujących dodatkowychurządzeń elektromechanicznych w każdym z reaktorów:
• mieszadła zatapialne wolnoobrotowe - 8 sztuk * 2,3 kW• pompy szybowe recyrkulacji wewnętrznej - 2 sztuki * 30 kWW ramach modernizacji reaktorów biologicznych Oczyszczalni Ścieków
"JAMNO" zostały dodatkowo zainstalowane urządzenia elektromechaniczneo mocy Pi = 156,8 kW.
3. Rozruch zmodernizowanego układu i pozwolenie wodnoprawne
Podczas rozruchu technologicznego zmodernizowanych reaktorówbiologicznych uzyskano efekt oczyszczania ścieków zakładany w dokumentacjitechnicznej. W dniu 31.07.2003 uzyskano pozwolenie wodnoprawne zgodnez Rozporządzeniem Ministra Środowiska z dnia 29 listopada 2002 r. określająceparametry ścieków oczyszczonych:
• BZT5 - 15 mg O2/dm3
• ChZT - 125 mg O2/dm3
• Zawiesina ogólna - 35 mg/dm3• Fosfor ogólny - 1,0 mg P/dm3• Azot ogólny - 10 mg N/dm3
Podczas trwania prac rozruchowych stwierdzono wbrew założeniomdokumentacji technicznej modernizacji Oczyszczalni Ścieków JAMNO, że niemożna definitywnie zrezygnować z chemicznego wstępnego strącania. Brakdawkowania reagenta PIX w części mechanicznej Oczyszczalni powodowałdoprowadzenie większych ładunków fosforu do części biologicznejOczyszczalni. W reaktorach biologicznych fosfor był efektywnie usuwany, leczpobierał zbyt wiele lotnych kwasów tłuszczowych do defosfatacji. Skutkiem
Mariusz Kozak Sterowanie procesem oczyszczania ścieków ...
-
10
tego był niedostatek lotnych kwasów tłuszczowych potrzebnych do denitry-fikacji. Rezygnacja z dawkowania polimeru anionowego w części mechanicznejOczyszczalni dodatkowo spowodowała zmniejszenie generacji lotnych kwasówtłuszczowych w osadnikach wstępnych. Doświadczenia z prac KomisjiRozruchowej wykazały, że dawki chemikaliów stosowanych w ramachchemicznego wstępnego strącania w części mechanicznej Oczyszczalni możnaograniczyć, lecz nie można wyeliminować definitywnie instalacji chemicznegowstępnego strącania.
4. System sterowania i wizualizacji pracy Oczyszczalni
Rozbudowa reaktorów biologicznych pod kątem możliwości zastosowaniaukładu A2/O wymusiła zastosowanie wielu nowych urządzeń elektromecha-nicznych oraz aparatury kontrolno - pomiarowej. Przed rozbudową podobneurządzenia były włączone do systemu sterowania i monitorowania pracyOczyszczalni. Był to system bardzo nowoczesny jak na czas oddania go doużytku (rok 1995) i do końca spełniał swoje zadania. Był to system oparty nasterownikach firmy SIEMENS: SIMATIC - S5 oraz program wizualizacjiamerykańskiej firmy INTELLUTION - FIX. Dołączenie nowych urządzeń orazaparatury kontrolno - pomiarowej, która pojawiła się w nowo rozbudowanychreaktorach biologicznych wymusiła konieczność wymiany systemu sterowaniai wizualizacji pracy Oczyszczalni Ścieków "JAMNO".
W miesiącu lipcu 2002 Oczyszczalni Ścieków "JAMNO" otrzymała nowysystem sterowania. Jest to system oparty na najnowocześniejszych sterownikachwyprodukowanych przez firmę SIEMENS: SIMATIC - S7 - 300 oraz narzędziapozwalającego komunikować się i nadzorować pracę urządzeń przez operatora:program wizualizacyjny WinCC wyprodukowany przez firmę SIEMENSa pracujący w środowisku Windows 2000 NT Professional.System składa się z:
• 5 szt. sterowników obiektowych rozproszonych połączonych pomiędzy sobą oraz Centrum Nadzoru siecią światłowodową• Centrum Nadzoru w skład którego wchodzą: serwer oraz dwie stacje robocze połączone siecią Ethernet.
Program wizualizacji pracy Oczyszczalni jest bardzo rozbudowany:stanowi splot wielu narzędzi codziennie wykorzystywanych przez operatorówsystemu. Najważniejszymi elementami programu są ekrany synoptyczne wiernieodwzorowujące poszczególne grupy urządzeń zainstalowanych na OczyszczalniŚcieków "JAMNO" (Rys.3.) W programie wizualizacyjnym OczyszczalniaŚcieków "JAMNO" podzielona jest na 15 ekranów synoptycznych.
Mariusz Kozak Sterowanie procesem oczyszczania ścieków ...
-
11
Ekrany synoptyczne informują operatora o stanie w jakim aktualnieznajduje się urządzenie oraz umożliwiają zmianę parametrów automatycznejpracy urządzeń za pomocą centralek operatorskich. Oprócz możliwościobserwacji procesu program wizualizacyjny tworzy histogramy wartościrejestrowanych przez aparaturę kontrolno – pomiarową zainstalowaną naobiekcie. Jest to cenne narzędzie pomocne przy analizowaniu poprawnościprowadzonego procesu oczyszczania ścieków. Program tworzy wydruki raportówdobowych i miesięcznych uwzględniające najważniejsze informacje technolo-giczne. System wizualizacyjny na bieżąco informuje sygnalizacją akustycznąoraz opisem tekstowym o stanach awaryjnych urządzeń, zapisując jednocześniena liście zdarzeń. Dodatkowo dwa krytyczne alarmy jakie mogą się pojawić naOczyszczalni:
• Brak zasilania energetycznego• Brak napowietrzania
powodują działanie dealera, który wywołuje połączenia telefoniczne z wiado-mością tekstową do wybranych osób. System jest zabezpieczony przedingerencją niepowołanych osób - możliwość dokonania zmian jest możliwatylko przez osoby upoważnione po wcześniejszym załogowaniu się.
5. Automatyczne sterowanie procesami biologicznymi
W zmodernizowanych reaktorach biologicznych zastosowano nowoczesnąaparaturę kontrolno - pomiarową służącą do monitorowania procesubiologicznego oczyszczania ścieków oraz automatyzacji sterowania procesemw powiązaniu ze sterownikami obiektowymi.
Mariusz Kozak Sterowanie procesem oczyszczania ścieków ...
-
12
Mariusz Kozak Sterowanie procesem oczyszczania ścieków ...
Wyposażenie pojedynczego reaktora biologicznego w aparaturę kontrolno- pomiarową:
Przy wykorzystaniu aparatury kontrolno - pomiarowej oraz systemusterowania i wizualizacji operator ma możliwość zaprogramowania automa-tycznego sterowania procesami zachodzącymi w poszczególnych komorachreaktora biologicznego:
• komory denitryfikacji (KD 2 - KD 3) - utrzymanie stałego zadanegostężenia tlenu w poszczególnych komorach w przypadku koniecznościwykorzystania komór denitryfikacji jako komory nitryfikacji (np. awariadrugiego reaktora) - wykorzystanie tlenomierzy jako elementów kontrolującychstężenie tlenu w komorach i wysyłających sygnały korygujące stopień otwarciaprzepustnic sprężonego powietrza
• Komora nitryfikacji/denitryfikacji (KN/KD) - utrzymanie stałegozadanego stężenia tlenu w komorze w przypadku pracy komory jako komorynitryfikacji (np. okres zimowy, gdy są spowolnione procesy nitryfikacji idenitryfikacji) - wykorzystanie tlenomierza jako elementu kontrolującegostężenie tlenu w komorze i wysyłającego sygnały korygujące stopień otwarciaprzepustnicy sprężonego powietrza
• Komora nitryfikacji (KN 1) - utrzymanie stałego zadanego stężeniatlenu w komorze nitryfikacji - wykorzystanie tlenomierzy jako elementówkontrolujących stężenie tlenu w komorach i wysyłających sygnały korygującestopień otwarcia przepustnic sprężonego powietrza
• Komora nitryfikacji (KN 2) - opcje sterowania natlenianiem:- utrzymanie stałego zadanego stężenia tlenu w komorze nitryfikacji -
wykorzystanie tlenomierza jako elementu kontrolującego stężenie tlenu wkomorze i wysyłającego sygnały korygujące stopień otwarcia przepustnicsprężonego powietrza
- utrzymanie stałego stężenia jonów amonowych w komorze nitryfikacji- wykorzystanie miernika NH4 jako elementu kontrolującego stężenie
jonów amonowych w komorze i wysyłającego sygnały korygujące stopieńotwarcia przepustnic sprężonego powietrza przy jednoczesnym wykorzystaniutlenomierza jako elementu mierzącego w sposób ciągły stężenie tlenu i niedopuszczającego do nadmiernego przetleniania komory
• Komora nitryfikacji (KN 2) - opcje sterowania recyrkulacją wewnętrzną:- utrzymanie stałego zadanego stężenia jonów azotanowych w komorze
nitryfikacji - wykorzystanie miernika NO3 jako elementu kontrolującego stężeniejonów azotanowych w komorze i wysyłającego sygnały sterownicze doprzetwornicy częstotliwości zasilającej układ pomp recyrkulacji wewnętrznej
- utrzymanie stałego stopnia recyrkulacji wewnętrznej w funkcji dopływuścieków do oczyszczalni
- utrzymanie stałej zadanej wydajności pomp recyrkulacji wewnętrznejbez względu na stopień koncentracji osadu
-
13
Mariusz Kozak Sterowanie procesem oczyszczania ścieków ...
• Reaktor biologiczny (komory KD 1 - KN 2) - opcje sterowaniarecyrkulacją zewnętrzną:
- utrzymanie stałego zadanego stężenia osadu czynnego w komorachreaktora - wykorzystanie miernika koncentracji osadu jako elementukontrolującego jego stężenie w komorze i wysyłającego sygnały sterowniczedo przetwornicy częstotliwości zasilającej układ pomp recyrkulacji zewnętrznej
- utrzymanie stałego stopnia recyrkulacji zewnętrznej w funkcji dopływuścieków do oczyszczalni.
Nowy system sterowania i wizualizacji pracy urządzeń, jaki otrzymałaOczyszczalnia Ścieków "JAMNO" jest bardzo nowoczesnym narzędziemułatwiającym poprawne prowadzenie procesu oczyszczania ścieków. W obecnymczasie przy stosowaniu wielu skomplikowanych urządzeń oraz dużejkoncentracji aparatury kontrolno - pomiarowej niemal niemożliwa jest obsługaOczyszczalni bez pomocy automatycznego systemu sterowania.
6. Wnioski
• Rozbudowa i modernizacja Oczyszczalni Ścieków JAMNO pozwoliłana uzyskiwanie parametrów ścieków oczyszczonych zgodnie z wymogamiobowiązującego prawa w Polsce i Unii Europejskiej
• Zainstalowany na Oczyszczalni Ścieków JAMNO system sterowaniai wizualizacji pracy urządzeń jest przydatnym narzędziem służącym douzyskiwania jak najlepszych efektów w oczyszczaniu ścieków. Poprzez swojąelastyczność jest możliwy do zastosowania w różnych sytuacjach technolo-gicznych panujących na Oczyszczalni.
• Doświadczenia eksploatacyjne wykazały, że nie można bezkrytycznierezygnować z dawkowania chemikaliów na Oczyszczalni, w części biologicznejOczyszczalni można zintensyfikować usuwalność związków biogennych leczmusi to być wspomagane dawkowaniem chemikaliów szczególnie ogranicza-jących dopływ ładunków fosforu do części biologicznej.
-
14
Mariusz Kozak Sterowanie procesem oczyszczania ścieków ...
Rys. 2 Ekran synoptyczny "REAKTOR BIOLOGICZNY NR 2"
Rys. 1 Ekran synoptyczny "SCHEMAT TECHNOLOGICZNY"
-
15
Mariusz Kozak Sterowanie procesem oczyszczania ścieków ...
Rys. 3 Ekran synoptyczny "OSADNIKI WTÓRNE"
Rys. 4 Ekran synoptyczny "STEROWANIE - DMUCHAWY"
-
16
Rys.6 Ekran synoptyczny "STEROWANIE RECYRKULACJĄ WEWNĘTRZNĄW FUNKCJI DOPŁYWU ŚCIEKÓW"
Mariusz Kozak Sterowanie procesem oczyszczania ścieków ...
Rys.5 Ekran synoptyczny "STEROWANIE NAPOWIETRZANIEM KOMORY KN 2"
-
17
Rys.7 Ekran synoptyczny "STEROWANIE RECYRKULACJĄ WEWNĘTRZNĄW FUNKCJI KONCENTRACJI AZOTANÓW"
Mariusz Kozak Sterowanie procesem oczyszczania ścieków ...
Rys.8 Ekran synoptyczny "STEROWANIE RECYRKULACJĄ ZEWNĘTRZNĄW FUNKCJI DOPŁYWU ŚCIEKÓW"