Optimizarea Operării Decantorului

1. Introducere

Pe măsură ce populaţia continuă să crească, se măreşte şi debitul de apă uzată. În acelaşi timp, hotărârile de guvern ce reglementează îndepărtarea nutrienţilor (de obicei azot şi fosfor) din apa epurată ce este evacuată înapoi în mediu, devin tot mai restrictive. Având în vedere aceste două aspecte, multe Staţii de Epurare a Apelor Uzate (SEAU) se confruntă cu o creştere substanţială a costurilor pentru extinderea amplasamentului şi dezvoltarea proceselor de epurare. Optimizarea proceselor de epurare-prin realizarea de modificări relativ mici echipamentului şi strategiei de operare în loc de o extindere a structurii fizice a staţiei-poate determina atingerea de către o SEAU a standardelor impuse cât şi mărirea capacităţii fără investiţii inutile.

Simulările ce implică modelarea întregii staţii sunt soluţii eficiente pentru evaluarea, dimensionarea şi optimizarea SEAU. Aceste simulatoare înglobează cele mai recente inovaţii tehnologice şi pot realiza prognoze pertinente asupra eficienţei dacă sunt calibrate corespunzător. Există limitări şi-n cazul simulărilor ce includ întreaga staţie, totuşi, acestea au capacitatea de a simula cu precizie modul de funcţionare a decantoarelor, acestea având un rol foarte important în procesele de epurare a apelor uzate.

2. Scurte prezentări ale Decantorului şi ale Tehnicii CFD

În decantoare, cunoscute şi ca bazine de sedimentare, are loc separarea materiilor solide de influent prin sedimentarea particulelor.

Decantoarele se utilizează, de obicei, în două configuraţii în majoritatea SEAU urbane:

1) Influentul intră întâi în treapta de decantare primară, unde solidele se depun pe fundul decantorului prin separare gravitaţională şi apoi sunt pompate către instalaţia de tratare a nămolului. Dacă decantorul este cuplat cu un separator de grăsimi, acesta din urmă realizează îndepărtarea grăsimilor care se acumulează la suprafaţa influentului în urma separării fazelor pe baza diferenţei de greutate.

2) Influentul parcurge apoi treapta secundară (biologică), în cadrul căreia microorganismele consumă mare parte din particulele organice şi din compuşii solubili cum ar fi zaharurile, resturile de grăsimi şi moleculele cu număr mic de grupări ale carbonului. Apoi are loc coagularea şi flocularea, urmate de o a doua sedimentare gravitaţională în decantorul secundar, numită decantare secundară.

Fig. 1 – 1) Decantarea Primară (aici într-un Decantor Radial)

Fig.2 - 2) Decantarea Secundară (aici într-un Decantor Radial)

Eficienţa decantorului secundar este vitală unui proces de epurare performant, deoarece este adesea ultima etapă de eliminare a materiilor solide şi organice. O eficienţă scăzută va conduce la o calitate slabă a efluentului cât şi la o descreştere graduală a randamentului întregului proces de epurare.

Randamentul decantorului depinde de mai mulţi factori ce inter-relaţionează. Hidrodinamica, turbiditatea, flocularea (capacitatea solidelor în suspensie de a coagula), proprietăţile de sedimentare a flocoanelor, reologia solidelor (caracteristicile curgerii solidelor) au toate un impact;de asemenea, mai există influenţe ale condiţiilor atmosferice, geometriei decantorului, caracteristicilor interne şi condiţiile de încărcare. Simulatoarele de SEAU actuale utilizează în mod normal modele de decantoare uni-dimensionale. Acestea nu pot lua în cancul toţi factorii şi procesele prezentate anterior şi, deci, nu realizează o simulare precisă a eficienţei decantorului. Cu toate acestea, dinamica flidelor computerizată (CFD) în 2D şi 3D poate oferi simulări corespunzătoare.

CFD reprezintă o tehnică avansată ce poate fi utilizată la proiectarea, detectarea diferitelor defecţiuni tehnice şi optimizare a decantoarelor. Tehnica CFD implică metode matematice şi milioane de calcule pentru a analiza sisteme ce implică dinamica fluidelor, transferul de masă şi căldură cât şi fenomenele asociate acestora. Principala limitare a modelării CFD în 2D şi 3D este acela că pentru un timp de calcul scurt se necesită computere performante. În plus, reacţiile de naturăbiologică din interiorul şi din exteriorul decantoarelor nu sunt, de obicei, incluse în modelare. Acesta este un aspect important al optimizării procesului de epurare, ce trebuie realizată cu ajutorul unui model al întregii staţii.