STEROWANIE PROCESEM OCZYSZCZANIA CIEKÓW W … 01.pdf · 2005. 6. 29. · • stacja dmuchaw wyposażona w 3 sztuki dmuchaw HIBON SNH 110 SP o wydajności 156 m3/min oraz 1 dmuchawę

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.


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


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


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


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.


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.


12


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


• 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


Rys. 2 Ekran synoptyczny "REAKTOR BIOLOGICZNY NR 2"

Rys. 1 Ekran synoptyczny "SCHEMAT TECHNOLOGICZNY"

15


Rys. 3 Ekran synoptyczny "OSADNIKI WTÓRNE"

Rys. 4 Ekran synoptyczny "STEROWANIE - DMUCHAWY"

16

Rys.6 Ekran synoptyczny "STEROWANIE RECYRKULACJĄ WEWNĘTRZNĄW FUNKCJI DOPŁYWU ŚCIEKÓW"


Rys.5 Ekran synoptyczny "STEROWANIE NAPOWIETRZANIEM KOMORY KN 2"

17

Rys.7 Ekran synoptyczny "STEROWANIE RECYRKULACJĄ WEWNĘTRZNĄW FUNKCJI KONCENTRACJI AZOTANÓW"


Rys.8 Ekran synoptyczny "STEROWANIE RECYRKULACJĄ ZEWNĘTRZNĄW FUNKCJI DOPŁYWU ŚCIEKÓW"

Documents

STEROWANIE PROCESEM OCZYSZCZANIA CIEKÓW W … 01.pdf · 2005. 6. 29. · • stacja dmuchaw wyposażona w 3 sztuki dmuchaw HIBON SNH 110 SP o wydajności 156 m3/min oraz 1 dmuchawę