vol 76 n° 4 2011 - Office International de l'Eau

oieau.org

vol 76 n° 4 2011 - Office International de l'Eau

STUDII ŞI CERCETĂRI

Deshidratare avansată a nămolurilor din staţiile de epurare a apelor uzate prin CINETIK Linear Electro-Dewatering

presiuni mecanice controlate) a fost dezvoltată de firma canadiană

GL&V Canada Inc, o divizie a firmei OVIVO Water din Statele Unite ale

Americii. Această tehnologie a fost gândită pentru a acoperi un segment

intermediar în succesiunea proceselor de tratare a nămolurilor, segment

situat între deshidratarea convenţională şi procedeele termice de tratare

sau a rutelor finale de utilizare a nămolurilor.

3.1.Teoria EDW [3]

Teoria electro-osmozei stipulează că debitul de apă într-un sol este

proporţional cu gradientul de tensiune şi cu aria secţiunii transversale.

Constanta de proporţionalitate nu este dependentă de porozitatea

solului dar variază cu salinitatea apei interstiţială. În cadrul legii lui

Darcy, relaţia este similară pentru debitul ce tranzitează un mediu

poros sub acţiunea unui gradient hidraulic.

Q h = k h x i h x A x t (1)

unde: Q h = debitul hidraulic

k h = permeabilitatea hidraulică

i h = gradientul de presiune (sarcina hidraulică)

A = aria secţiunii transversale a debitului de apă

t = timpul

Din relaţia de mai sus se poate observa că permeabilitatea hidraulică

este funcţie de dimensiunea porilor mediului. Acestea sunt la rândul lor

dependente de dimensiunea particulelor ce formează mediul poros. În

cazul nămolurilor provenite de la staţiile de epurare, mediul este format

din particule coloidale foarte fine. În comparaţie cu nisipul sau pietrişul,

permeabilitatea hidraulică a nămolurilor este scăzută.

În cazul electro-osmozei, relaţia fizică aplicabilă este:

Q e = k e x i e x A x t (2)

unde: Q e = debitul electro-osmotic

k e = permeabilitatea electro-osmotică

i e = gradientul de tensiune

A = aria secţiunii transversale a debitului de apă

t = timpul

Permeabilitatea electro-osmotică nu este dependentă de dimensiunea

particulei şi rămâne constantă pentru diferite materiale favorabile electro-osmozei.

Valoarea sa este comparabilă cu permeabilitatea hidraulică

echivalentă celei pentru nisip fin sau aluviuni.

Corespunzător, volumul de apă extras din nămol prin electroosmoză

va fi mai mare decât volumul de apă extrasă numai prin

procedee mecanice, atâta timp cât dimensiunea biosolidelor de tip

particule este mai mică decât materialul tip aluviuni. Cum aceasta se

întâmplă întotdeauna în cazul nămolurilor provenite de la staţiile de

epurare, performanţa EDW este în totalitate independentă de dimensiunea

particulelor şi nu este restricţionată de factori fizici care limitează în

mod normal deshidratarea mecanică.

Nămolul condiţionat chimic (floculat) din figura 1 include două tipuri

de apă: apa “liberă”, care poate fi eliminată prin deshidratarea mecanică

convenţională, şi apa “legată” care este adsorbită pe suprafaţa particulelor

şi nu poate fi eliminată prin deshidratarea mecanică convenţională.

Corespunzător, deshidratarea nămolurilor se efectuează în două

faze:

S Faza 1 (convenţională) de filtrare în care apa “liberă” ce înconjoară

flocoanele de nămol este eliminată prin procese fizice de

presare, filtrare sau centrifugare, după o prealabilăcondiţionare chimică

a nămolului. Această fază este realizată în mod curent cu filtre bandă,

centrifuge, filtre şurub, etc. În urma Fazei 1 (deshidratare mecanică

convenţională), apa adsorbită rămâne încă prezentă în turta de nămol

(fig. 2).

Darcy’s law for flow through a porous medium under the influence of a

hydraulic gradient.

Q h = k h x i h x A x t (1)

where: Q h = Hydraulic flow

k h = Hydraulic permeability

i h = Pressure gradient (head)

A = Cross-sectional area of the flow

t = Time

From equation (1) it can be observed that hydraulic permeability is

function of the size of the pores in the material. These are dependent

on the size of the particulates forming the porous material. In the case

of wastewater sludge, the material is formed of very fine, colloidal,

particulates. Compared to sand or gravel, hydraulic permeability of

wastewater sludge is low.

In electro-osmosis, the physical relation follows:

Q e = k e x i e x A x t (2)

where: Q e = Electro-osmotic flow

k e = Electro-osmotic permeability

i e = Voltage gradient

A = Cross-sectional area of the flow

t = Time

Electro-osmotic permeability is not dependent on particulate size

and remains constant for different materials supporting electroosmosis.

Its value is comparable to Hydraulic Permeability equivalent

to fine sand or silt. Consequently, water extracted from a sludge by

electro-osmosis will be greater in volume then water volume extracted

by mechanical means only, as long as the biosolids particulate size are

smaller than silt materials. Because this is always the case on

municipal wastewater sludge, electro-dewatering performances are

totally independent of particulate size and are not restricted by the

physical factors that limit mechanical dewatering.

Chemically conditioned (flocculated) sludge in Figure 1 includes

two type of water: “free” water that can be removed by conventional

mechanical dewatering, and “entrapped” water that is adsorbed on the

particle surface and can’t be removed by conventional mechanical

dewatering.

Accordingly, the sludge dewatering takes place in two phases:

S Phase 1 (conventional) of filtration where “free” water

surrounding sludge flocs is removed by physical pressing processes,

filtration or centrifugation, preceded by sludge chemical conditioning.

This phase is usually accomplished by conventional equipment as belt

filter presses, centrifuges, screw filters, etc. Following phase 1

(conventional sludge dewatering), the adsorbed water still remains

entrapped into the sludge cake (Fig. 2).

S Phase 2 (advanced) where the “entrapped” water (the

interstitial water fraction) contained in the sludge flocs, still not removed

in phase 1 due conventional dewatering equipment limitation, is

removed by EDW, after which, just sludge thermal drying (high

electricity consumer) may remove the physically and chemically

bounded water [2].

3.2.EDW operational method

The conventionally dewatered sludge (with a total solids content of

10-25%) is fed into a distributor (Fig. 3, A) which evenly spreads the

sludge cake across the entire belt’s unit width in a thin layer of

approximate 15 mm thickness. The sludge is passed/undergone to a

26 nr.4 / 2011

www.romaqua.ro