Prietokové a sedimentačné charakteristiky sekundárnej dosadzovacej nádrže

Procesy určujúce efektivitu a kvalitu čistenia v dosadzovacích nádržiach sú určené prúdením a sedimentačnými procesmi a to v závislosti aj na  prepravovanom médiu a aj od účinnosti čistenia. Pri navrhovaní a posudzovaní tohto typu objektov na naskytá možnosť využitia matematických modelov na optimalizáciu prevádzky. Vhodným softwarom na matematické simulácie je software ansys fluent, v ktorom sú v súčasnosti aj vytvárané matematické simulácie riešiace problematický objekt.

Úvod

Procesy určujúce efektivitu a kvalitu čistenia v dosadzovacích nádržiach sú určené prúdením a sedimentačnými procesmi a to v závislosti aj na  prepravovanom médiu a aj od účinnosti čistenia. Pri navrhovaní a posudzovaní tohto typu objektov na naskytá možnosť využitia matematických modelov na optimalizáciu prevádzky. Vhodným softwarom na matematické simulácie je software ansys fluent, v ktorom sú v súčasnosti aj vytvárané matematické simulácie riešiace problematický objekt.

Pre kvalitné výstupy z matematických modelov je dôležitá dôsledná kalibrácia parametrov vstupujúcich do výpočtov matematických modelov. Vstupujúcimi kalibračnými parametrami, pri tomto type objektu, ktoré vstupujú do matematických výpočtov sú: prietok, rýchlosť v smere zo stredu nádrže, rýchlosť kolmo na prietok zo stredu nádrže, koncentrácia nerozupustných látok, teplota odpadovej vody a atmosférická teplota. Všetky tieto kalibračné parametre boli namerané na existujúcom objekte sedimentačnej nádrže.

Metodika riešenia

Pre riešenie výskumnej práce bol po konzultáciách so zástupcami Západoslovenskej vodárenskej spoločnosti a.s. zvolený objekt dosadzovacej nádrže umiestnenej na ČOV Nitra - Dolné Krškany.

Terénné merania

Terénne merania na objekte dosadzovacej nádrže boli rozdelené do 3 meracích dní. Pred začiatkom každého cyklu meraní bolo potrebné sondy elektromagnetickej sondy na kalibrovať v kalibračnej nádobe, pri čom bol nutné aj odmastiť jednotlivé sondy. V prvý deň meraní 13.7. 2015 bol objekt rozdelený na 8 merných profilov A až H (obr.1.). Ako prvý merný profil bol zvolený profil s označením "A".

Tento merný profil  sa následne rozdelil na čiastkové merné profily "AA" až "AG" tak ako je to uvedené na obr. 2.

Usporiadanie horizontálnych merných profilov je vo všetkých ostatných merných profiloch „B“ až „H“ totožné ako je uvedené na obr.2.

Merná konštrukcia sa skladala z 5,5 metrovej tyče na ktorej boli umiestnené 2 sondy prístrojov FLOMATE V. Sonda č.1 z prístroja č. 1 bola umiestnená 20 cm od konca mernej tyče. Sonda č. 2 bola umiestnená 70 cm od dna mernej tyče. Vo výškovej úrovni 20 cm od konca tyče bola umiestnená sonda ručného analyzátora turbidity a nerozpustných látok. (obr. 3).

Samotné meranie začínalo v profile „AA“ v hĺbke 3 m pod hladinou. Na tejto úrovni sa zmerala hodnota nerozpustných látok, rýchlosť odpadovej vody v smere prietoku ( zo stredu k obvodu) a rýchlosť odpadovej vody kolmo na smer toku. Všetky namerané hodnoty boli zapisované do protokolu meraní. ktorý  sa následne vyhodnocoval. Po nameraní parametrov v hĺbke 3 m sa sonda povytiahla do hĺbky 2,5 m, a následne prebehli všetky merania ako v prvom mernom bode. Takýmto spôsobom sa postupovalo až do hĺbky 0,5 m pod hladinou. Z toho vyplýva, že Sonda 1 po vykonaní merania v hĺbke 2,5 m a vyššie, vykonávala kontrolné merania sondy č.2 ktorá v tejto hĺbke merala v minulom cykle. Následne po kompletnom zmeraní profilu „AA“ sa merania presúvali postupne až k poslednému mernému profilu „AH“. Nakoľko dno nádrže je šikmé v profile „H“ je najnižší merný bod v hĺbke 4,5 m.

Po ukončení meraní na profile „A“ sa merania presunuli, po spustení pojazdného mosta, až k mernému profilu „E“ kde sa opakoval postup meraní ako v prípade profilu „A“. Nasledujúci deň boli merné zostávajúce merané profily totožným spôsobom ako pri meraní profilov „A“ a „B“

Poskytnuté boli taktiež informácie o prítoku do nádrže, o cykle spúšťania sa čerpadiel a o teplote odpadovej vody. Tieto informácie boli poskytnuté dispečerom prevádzky v elektronickej forme.

Výsledky terénnych meraní

Výsledky terénnych meraní boli zaznamenávané do protokolu, ktoré časť je uvedená v tab. č. 1. Celkovo bolo vytvorených 8 protokolov, do ktorých boli zaznamenávané všetky merané parametre Ktoré boli následne vyhodnotené na 336 grafoch. Dva typy z týchto grafov sú ako príklad uvedené na obr. 5 a 6.

Z výsledných grafov je zrejmé, že priebeh kalového mraku v objekte má charakter dvojitej vlny, pričom najvyššia hodnota prvej vlny sa nachádza v prípade na uvedenom obr. 5 v profile „DE“, ktorý je vzdialený od stredu nádrže 8,1 m. Vrchol druhej vlny kalového mraku sa nachádza v mieste profilu „(A,B,C,D,E,G,H)C“ vo vzdialenosti 13,3 m od stredu nádrže. Jediným profilom, ktorý nekorenspoduje s ostatnými profilmi je profil „ F“. V oblasti profilu „F“ sa kalový mrak nachádza v jednej vlne, ktorá sa tiahne od merného profilu „FF“ až po merný profil „FC“. Z výsledkov je jasné, že dôvodom tejto zmeny krivky kalového mraku je čerpadlo kalu, ktoré je umiestnené na protiľahlej strane dosadzovacej nádrže, a tým toto čerpadlo najmenej ovplyvňuje kal v tomto mernom profile.

Zvislicové prietokové rýchlosti boli merané v 2 kontrolných meraniach, kde druhé meranie sondou č.2. potvrdilo správnosť nameraných hodnôt. Avšak sonda č. 2 v niektorých prípadoch strácala funkčnosť, nakoľko sa veľmi rýchlo znečisťovala. Po zistení tohto problému sme zaviedli pred každým meraním odmastenie a očistenie sond.

Po vykonaní očistenia boli kontrolné merania sondy č. 2 skoro totožné s meraniami sondy č. 2. Namerané rýchlosti potvrdili predpokladané  trasy prúdnic zo stredu nádrže, avšak veľmi zaujímavé sú rýchlosti a smery prúdenia kolmo na smer prietoku ktoré boli veľmi variabilné v oboch smeroch. Platí pravidlo že čím je profil bližšie k stredu nádrže tak rýchlosti a smery prúdenia sa tým častejšie menia.

Záver

Počas riešenia výskumnej práce bola zhotovená metodika merania kalibračných parametrov na objekte dosadzovacej nádrže a boli vytvorené postupy meraní s vysokou efektivitou, vzhľadom na  kvalitu a rýchlosť merania.

Merania vykonané na objekte dosadzovacej nádrže ČOV Nitra potvrdili očakávané rýchlostné parametre odpadovej vody v nádrži. Rýchlosť je vo väčšine prípadov veľmi nízka, dokonca až zanedbateľná. Avšak  zistenie ,že kalový mrak má neštandardný tvar dvojitej vlny nám ponúka možnosť optimalizácie prevádzky objektu dosadzovacej nádrže. Namerané parametre slúžia ako kalibračné parametre vstupujúce do matematického modelu, na ktorom budú analyzované technologické procesy. Ďalším krokom je návrh optimalizačných opatrení vychádzajúcich zo simulácií spolu s ich implementáciou aj na ďalšie objekty dosadzovacích nádrží.

Táto práca bola podporovaná Agentúrou na podporu výskumu a vývoja na základe zmluvy č. APVV-0372-12.