Česle a síta

Datum: 26.6.2014
Filtrace je už po staletí využívána téměř ve všech oblastech vodního hospodářství, a to od uplatnění pro ochranu náhonů vodních mlýnů a elektráren přes čistírny a úpravny vod až po průmyslové aplikace s vysokými požadavky na technologické vody.

Proces slouží v kontextu vodního hospodářství k odstranění nerozpuštěných podílů z vody. Příspěvek je věnován oblasti čištění odpadních vod a úpravy vod pitných, kde je filtrace četně využívána pro oddělení pevné a kapalné fáze.

Při filtraci se využívá rozdílu rozměrů částic nerozpuštěných látek, které jsou obsažené v odpadní vodě. Nerozpuštěné látky s většími rozměry než jsou filtrační otvory (průliny) jsou na zařízení zachyceny a ze zařízení vhodnou metodou odstraňovány, látky rozměrů menších a tekutá fáze odpadní vody procházejí zařízeními dále.

Pojmem filtrace můžeme označit celou řadu procesů, které se dále dělí podle velikosti částic, jež chceme odseparovat. Pokud začneme od nejhrubších podílů v řádech desetin až desítek milimetrů, mluvíme o cezení. Cezení je uplatňováno u česlí a sít, které se používají nejčastěji k mechanickému předčištění vod, a bude o něm pojednáno v následující kapitole. Pro odstranění částic do velikosti setin milimetru je možné použít klasickou filtraci pevných částic (pískové filtry, filtry s aktivním uhlím aj.). K odstranění částic menších (až setiny μm) byly vyvinuty membránové procesy, které využívají polopropustnou membránu k separaci koloidních látek, virů, bakterií a rozpustných částic. Membránovým procesům a jejich rozdělení a použití je podrobněji věnována další samostatná kapitola.

Na čistírně odpadních vod je filtrační proces uplatňován v různých stupních technologické linky. Pro předčištění jsou instalovány rozličné typy česlí, bubnových filtrů a sít. V procesu biologického čištění jsou v dnešní době již ne zřídka použity mikro či ultrafiltrační membrány. Ve stupni dočištění se můžeme setkat s mikrosíty a kalové hospodářství čistírny využívá sítopásové lisy nebo kalolisy.


Česle a síta
Česle a síta se na čistírnách a úpravnách vod používají na začátku technologické linky, jako stupeň mechanického předčištění. Obecně slouží k zachycení hrubých nečistot a plovoucích předmětů do velikosti přibližně 1 mm (na čistírně odpadních vod např. papír, obaly, kuchyňské odpady aj.). Hlavní úlohou česlí je ochránit strojní zařízení před zanesením či poškozením a zamezit ucpávání potrubí a kanálů na čistírnách, neboť právě kusy hader a obalů mohou způsobovat poruchy čerpadel, míchadel a jiných rotačních zařízení a flotující materiál může v následujících čistírenských procesech způsobovat estetické a bezpečnostní problémy. Velmi jemné česle a síta separují z vody také vlákna a vlasy, a tak chrání membrány a nosiče biomasy, pokud jsou tyto zařazeny v lince [5].

Česle jsou tvořeny hustou mříží, která sestává z prutů (česlic) a mezer mezi těmito pruty (průlin). Česlice mohou být vytvořeny z vertikálních nebo nakloněných ocelových tyčí.

Podle velikosti otvorů mohou být česle a síta děleny do následujících kategorií [5]:
- hrubé česle (šířka průlin 40 – 120 mm),
- jemné česle (šířka průlin 0,5 – 6 mm),
- mikrosíta (0,01 – 1 mm).

U čistíren se nejčastěji řadí česle jemné za česle hrubé. Hrubé česle bývají umístěny za lapáky písku a štěrku v otevřeném, obvykle betonovém přítokovém žlabu.

Materiál zachycený na česlích se označuje jako shrabky. Podle způsobu odstraňování shrabků dělíme česle na ručně nebo mechanicky (strojně) stírané. Stírací mechanismus může být spuštěn ručně nebo automaticky, kdy automaticky stírané česle mají chod řízený podle polohy hladiny před česlemi, která je periodicky snímána. Vzestup hladiny je způsobený zanášením česlí, při kterém dojde k navýšení ztrátové výšky.

U čistíren nad 10 000 ekvivalentních obyvatel (EO) bývají hrubé česle strojní, u menších aplikací většinou postačí hrubé česle ručně stírané. U domovních čistíren plní funkci česlí česlicový koš. Jemné česle jsou dnes již vždy strojně stírané a mohou být opatřeny oplachem pro zajištění stálé průchodnosti průlin. Umisťují se většinou do uzavřeného objektu (samostatně nebo s dalšími strojními zařízeními). U malých čistíren mohou být i jemné česle umístěny na venkovním prostranství v otevřeném kanálu. Paralelně s hlavním česlicovým kanálem se na čistírnách buduje také obtokový kanál, který je typicky vybaven česlemi ručně stíranými (hrubými  či jemnými) a slouží k převádění průtoků v případě poruchy nebo údržby česlí mechanických, umístěných v hlavním kanálu. U větších čistíren se česle umisťují do více paralelních kanálů. S česlemi bezprostředně souvisejí další zařízení hrubého předčištění – dopravníky shrabků a lisy na shrabky, které dopravují vytěžené shrabky od česlí do kontejnerů a nádob. U všech druhů česlí má být zajištěno dostatečné odvodnění shrabků, odvodněné shrabky mají být skladovány na ČOV co nejkratší dobu a následně skladovány, kompostovány nebo jinak zneškodněny [2].

Podle geometrie dělíme otvory česlí a sít na štěrbiny (mohou být horizontální nebo vertikální) a oka (viz Obr. 1)

geometrie česlí a sít

Vzhledem k tomu, že shrabky obsahují větší části primárního kalu, je možné při výpočtu dalších stupňů ČOV uvažovat s redukcí NL a BSK5 v rozmezí 5-10 % [2]. U standardně používaných česlí a sít tedy nedochází k výrazné redukci organického znečištění, která by zásadně ovlivnila biologické procesy následující v technologické lince.

Pokud porovnáme účinnost síta se štěrbinou 0,75 mm a s oky stejné velikosti, vykazuje síto s oky téměř dvojnásobný výkon, co se týká zachycení odfiltrovatelných látek. Dvoudimenzionální geometrické tvary (otvor, oko) jsou tedy efektivnější než jednodimenzionální (štěrbina) – viz Tab. 1.

Na menších otvorech dojde k zachycení vyššího podílu látek – viz Tab. 2.

Česle a síta mohou být součástí tzv. integrovaného předčištění. Jedná se o zařízení, které kombinují odstraňování písku, tuků, shrabků a popřípadě zařízení na zpracování shrabků v jednom kroku.

Typy česlí


Kromě základního členění na kategorii jemné a hrubé je možné česle dále dělit dle principu funkce a stupně mechanizace. Česlí tedy existuje celá škála typů, které se navzájem liší především principem odstraňování shrabků a oblastí použití. Každý druh konstrukce česlí má svoji rozměrovou řadu, která se dá upravovat dle konkrétního použití (velikost objemového průtoku kanálem, průlina, rozměr a typ přepravního potrubí nebo kanálu, hloubka a další parametry). Dále uvedené typy česlí patří na čistírnách mezi nejčastěji používané.

  • Samočistící česle SČČ

Česle jsou složeny ze segmentů tvořících nekonečný pás. Při otáčení pásu vynáší zubová část segmentu zachycené shrabky a v horní části pásu při změně směru pohybu pásu shrabky padají do kontejneru, na dopravník nebo jsou vytláčeny šnekovým zařízením (skripta). Samočisticí schopnost filtračních elementů je dána specifickým tvarovým uspořádáním filtračních elementů a jejich vzájemným relativním pohybem v místě obracení filtračního pásu směrem do kanálu. Segmenty jsou vyrobeny z kovu nebo z umělé hmoty.

Typickým výrobcem v ČR je firma Fontána. Na ČOV se SČČ začleňují se do objektu mechanického předčištění na dno přítokového kanálu odpadních vod obdélníkového průřezu, odkud vynášejí zachycené látky – shrabky - nad úroveň hrany kanálu nebo na další podlaží. Časté je i uložení do betonové jímky. Dno kanálu muže být rovné, výhodnější je dno se schodkem (100÷150 mm), pod který se česle usadí. Česle jsou použitelné pro široký rozsah kanálů různých šířek a hloubek a do kanalizačních šachet, jímek apod. Dalším významným návrhovým parametrem je velikost průlin. Samočistící česle se vyrábí v provedení jemném i hrubém. Jemné česle disponují průlinami 1, 3, 6 nebo 10 mm, hrubé jsou vyráběny s roztečí česlic 20 – 100 mm. Ostatní základní rozměrové parametry SČČ, jako hloubka kanálu (měřeno od hrany kanálu po dno), výška výsypky a sklon rámu jsou velmi variabilní, vždy přizpůsobené konkrétní situaci instalace SČČ.

samočistící česle

  • Strojně stírané česle

Strojním stíráním mohou být vybaveny česle jemné i hrubé. Instalují se do vstupního objektu úpraven a čistíren vod. Obvyklé použití je v elektrárnách, teplárnách a různých energetických zařízení. U mříží hrubých jsou shrabky zachycené na mříži vynášeny tvarovými prsty ukotvenými do vozíků. Vozíky s prsty unášejí shrabky až nad horní úvrať dráhy řetězů. Poté dochází k samovolnému vypadnutí shrabků do výsypky. U česlí jemných je do zadní části rámu vsazeno nerezové štěrbinové síto nebo (výjimečně) děrovaný plech. Zachycené látky na sítu nebo děrovaném plechu jsou stírány směrem ode dna a vynášeny k přepadové hraně česlí. Shrabky z kartáčů vypadávají směrem do výsypky zpravidla samovolně. V případě potřeby (s ohledem na charakter a množství shrabků) je možno SČJ vybavit stíracím mechanismem rotačního charakteru, alternativně lze do zařízení zabudovat rozvod ostřikové vody s tryskami. Tak jako výše uvedené samočisticí česle jsou i strojní česle jemné vyráběny v široké škále rozměrů a v různých variantách provedení.

jemné strojní česle

  • Ručně stírané česle

Česle ručně stírané (ČR) sestávají ze šikmé česlicové mříže, která je zabudovaná do otevřeného kanálu obdélníkového průřezu. Shrabky zachycené na mříži jsou vyhrnovány ručním hrablem do příčného mělkého žlabu s děrovaným dnem. Ručně stírané česle nacházejí uplatnění na čistírnách odpadních vod, kde jsou umísťovány do obtokových kanálů nebo před jemné strojně stírané česle. U malých aplikací (čistírny do několika set EO) jsou ruční česle někdy používány jako jediné zařízení pro hrubé předčištění, protože automatické česle by představovaly neekonomickou variantu. Ručně stírané česle jsou používány rovněž v rozsáhlé škále šířek kanálů a jejich hloubek, průliny mříže se používají od 15 mm výše, sklony rámu se používají od 45°.

ručně stírané česle

  • Stupňové česle

Jedná se o pohyblivé česle, kde česlice mají tvar pásu, na kterém jsou z nátokové strany vytvořeny zářezy ve tvaru schodů. Shrabky, které se zachytí na česlích, jsou zvolna sunuty nahoru a přispívají k zachycení dalších shrabků. Česle vyrábí například firma Hydropress.

  • Pásové česle

Česle jsou určené k hrubému předčištění vod. Pevné látky jsou zachyceny na pásu česlic, shrabky jsou vynášeny do hlavy česlí, kde padají do výsypky. Česle jsou současně čištěny vymetacím kartáčem a ostřikovacím zařízením. Na výsypku česlí většinou navazuje šroubový lis nebo šroubový dopravník s lisem.

  • Bubnová pohyblivá síta

Síto je tvořeno otáčivým bubnem s česlicemi, které se v profilu směrem dovnitř rozšiřují,
a tím se snižuje nebezpečí jejich ucpávání. Voda zvnějšku vstupuje do bubnu a vytéká dnem bubnu. Částice se zachytí na bubnu a jsou mechanicky stírány. Částice, které uváznou mezi česlicemi, jsou vypláchnuty proudem vody odtékající z bubnu nebo tryskami umístěnými uvnitř bubnu. Buben začne rotovat ve chvíli, kdy dojde k navýšení hladiny přitékající vody vlivem ucpání síta nad stanovenou úroveň [2].

  • Bubnová nepohyblivá síta

Odpadní voda natéká do šikmo položeného bubnu, který je tvořen kruhovými česlicemi. Profil česlí se směrem ven z bubnu rozšiřuje. Podle velikosti průlin se rozlišují jemné česle (průliny 6 a 10 mm), štěrbinová síta a sítové šneky. Síta mohou být umístěna přímo do kanálu, nebo jsou dodávána v samostatné vaně. Typickým příkladem jsou česle ROTAMAT firmy HUBER, které jsou opatřeny lisem na shrabky a ostřikem [2].

jemné bubnové síto

Návrhové parametry česlí

Kompletní návrh česlí je většinou prováděn výrobcem. Vlastní návrh zohledňuje řadu parametrů, mezi které patří šířka průlin, počet mezer, průtočná rychlost, počet česlí, celková šířka žlabu s česlemi, ztrátová výška, celková konstrukční délka a šířka, sklon česlí a další odvozené parametry. Důležitým údajem je objemová produkce shrabků. Česle se navrhují na základě průměrného a maximálního průtoku. Z provozních důvodů se síta a česle navrhují se 100% předimenzováním (zejména u menších čistíren).

Návrh česlí zahrnuje návrh žlabu a návrh samotných česlí. Tab. 3 uvádí některé z návrhových parametrů česlí, které slouží jako výchozí hodnoty pro návrh.

vybrané parametry česlí dle ČSN 7564017

Při návrhu je možné postupovat v těchto krocích:
-          stanovení Qdp, Qmin a Qmax,
-          návrh rozměrů žlabu: šířka B, hloubka H, sklon dna J0,
-          sestavení konzumční křivky žlabu a odečet rychlostí proudění vdp, vmax a vmin
a hloubek Hdp, Hmin a Hmax při Qdp, Qmin a Qmax,
-          posouzení rychlostí proudění dle kritérií (tabulka 3),
-          návrh parametrů česlí: šířka česlic b1, světlost mezi česlicemi b2, sklon česlí α, součinitel tvaru česlí β (dle tvaru příčného profilu česle),
-          výpočet potřebné průtočné plochy na česlích (pro Qmax): Sč = Qmax/vmax,
-          výpočet celkové délky mezer mezi česlicemi:Lč = Sč/Hmax,
-          určení počtu mezer: nm = Lč/b2,
-          určení počtu česlic nč,
-          výpočet celkové šířky žlabu v místě s česlemi: B1 = nč.b1 + nm.b2,
-          při návrhu česlí se snažíme docílit stejné šířky přítokového žlabu před i za česlemi
a žlabu s česlemi (B = B1),
-          posouzení na vmin a vmax mezi česlemi,
-          výpočet ztrátové výšky na česlích

výpočet ztrátové výšky na česlích

-          určení konečných rozměrů žlabu: konstrukční délka, výška, šířka,
-          výpočet produkce shrabků (Tab. 3).

schéma ručně stíraných česlí

SFT FILTR

Prezentované typy česlí a sít patří, jak již bylo uvedeno, k nejčastěji používaným druhům. Vedle těchto zavedených zařízení představuje zajímavou alternativu mikrofiltrační zařízení SFT FILTR, které má podobu kompaktního předčištění - vedle samotné separace nerozpuštěných látek zajišťuje také jejích zahuštění a odvodnění na sušinu 3 – 30 % (dle nastavení filtru). Zařízení se vyznačuje vysokou efektivitou při odstraňování nerozpuštěných látek (až 70 %). Dochází rovněž ke snížení CHSK, BSK, dusíku a fosforu. Firma ASIO, spol. s r.o. zajišťuje návrh a dodávku SFT FILTRů založený na několikaletých praktických zkušenostech s provozování těchto zařízení.

SFT FILTR je díky své účinnosti také vhodnou náhradou za primární usazovací nádrž. Umístěním SFT FILTRu namísto usazovacích nádrží ušetříme přibližně 90 % objemu, 40 % investičních a 30 % provozních nákladů. Rovněž lze volitelným nastavením zařízení manipulovat s množstvím odstraněného znečištění vyjádřené především ve formě CHSK, BSK5 a NL. Vedle již uvedeného může SFT FILTR posloužit k navýšení účinnosti odstranění nutrientů (N a P) z odpadní vody. Zahuštěný a fermentovaný primární kal z filtru může být po předchozí fermentaci dávkován na vstup do biologické části ČOV jako substrát pro biomasu. Filtr je umístěn v uzavřené nádobě – nevznikají tedy problémy se zápachem. SFT FILTR je vhodný pro intenzifikaci a navýšení kapacity ČOV komunálních, ale také jako předčištění pro velkou škálu odpadních vod průmyslových (papírenský, potravinářský průmysl, odpadní vody z koželužen a vinařství, aj.).

Zařízení funguje na principu náplavné filtrace. Přitékající odpadní voda je filtrována přes nekonečný filtrační pás. Zachycené nerozpuštěné látky z pásu odpadávají nebo jsou odstraňovány horkým tlakovým vzduchem. Odfiltrovaná voda odtéká k dalšímu čištění, zachycené nerozpuštěné látky jsou odvodněny a zahuštěny v integrovaném odvodňovacím zařízení ve formě vřetenového lisu.

Zařazení SFT FILTRu do technologické linky může ovlivnit následující čistírenské procesy. Projeví se především zmenšením potřebného objemu aktivační nádrže, celkově nižšími energetickými nároky na biologický stupeň, vyšším energetickým potenciálem kalu (vyšší obsah organických látek), ochranou membrán (pokud jsou v procesu zařazeny). Jak již bylo uvedeno výše, poslouží zařízení také k separaci kalu a intenzifikaci procesů odstraňování fosforu a dusíku.

SFT FILTR - odstraňování nerozpuštěných látek z odpadních vod

  • Vyhodnocení účinnosti SFT FILTRu

Pro určení předpokládané orientační výkonnosti filtru na konkrétním typu odpadní vody slouží speciální testovací zařízení simulující podmínky na reálné čistírně s reálným SFT filtrem. Při zkušebním testu jsou v zařízení použita postupně síta s velikostí ok 90, 150, 250, 300, 350, 500 a 840 μm. Na každém ze sít je postupně simulována náplavná filtrace a po navýšení průtočného času definovaného objemu vody filtrační koláčem je odebrán vzorek přečištěné vody k analýze. U surového vzorku i u vzorků z testu jsou stanoveny koncentrace nerozpuštěných látek NL. Pro přesnější vyhodnocení se doporučuje provést také analýzu CHSK a podílu rozpuštěné (Ss) a partikulované (Xs) formy CHSK. Vysoký podíl Ss/Xs znamená velké množství rozpuštěného substrátu, což je výhodné pro správnou funkci biologického stupně čistírny. Naopak nízký podíl Ss/Xs znamená, že většina organického materiálu je v partikulované formě a tudíž se snadno odstraní na SFT filtru a může dojít k tomu, že v biologickém stupni nebude k dispozici dostatek substrátu pro denitrifikaci.

Pro názornost je uvedeno grafické vyhodnocení zkušebního testu u 2 konkrétních instalací SFT na komunálních ČOV (Obr. 10 a Obr. 11)

vliv velikosti ok

Pro ČOV A se odstranění NL pohybovalo v závislosti na velikosti ok od 15 % do 50 %,
u ČOV B od 65 % do 79 %. Odstranění CHSK dosahovalo hodnot u ČOV A 27 % - 39 %,
u ČOV B 19 % - 45 %. Požadovaného efektu dosáhneme volbou nejvhodnějšího síta. Pokud vezmeme v úvahu pokles účinnosti odstranění se vzrůstajícím průměrem ok, je pro uvedené dvě aplikace nejvýhodnější síto s pórovitostí 500 μm.

Podrobnějším rozborem rozpustného a partikulovaného substrátu (Ss a Xs) pro všechny odebrané vzorky je možné vytvořit si představu o tom, jaký podíl substrátu bude na filtru odstraněn, a jak tedy může být v konečném důsledku ovlivněn biologický stupeň čištění vody.

Závěr

Mechanické předčištění odpadních vod za použití česlí, sít a filtrů je nezbytným krokem, který zajišťuje bezproblémovou funkci celé technologie ČOV. Na trhu je k dispozici široká škála zařízení, které umožňují výběr nejvhodnějšího typu pro každou jednotlivou aplikaci dle konkrétních podmínek. Návrh zařízení provádí na základě zadaných parametrů výrobce.

SFT FILTR představuje zajímavou variantu pro mechanické předčištění komunálních
i průmyslových odpadních vod, umožňující řízenou separaci nerozpuštěných látek. Zařízení se osvědčilo při intenzifikacích ČOV, pro odstranění vysokého podílu nerozpuštěných látek z průmyslových odpadních vod, k nadstandartnímu předčištění vody před membránami a výborně poslouží i jako alternativa k usazovacím nádržím, kde může vést až k 45 % úspoře investičních, a 30 % úspoře provozních nákladů ve srovnání s klasickou primární dosazovací nádrží. V dnešní době firma ASIO, spol. s r.o. disponuje bohatými zkušenostmi s realizací tohoto zařízení na komunálních (více než 40 aplikací) i průmyslových (35 aplikací) čistírnách odpadních vod v ČR i zahraničí.

Ing. Jana Matysíková

Tento článek byl již v plném znění publikován ve sborníku k seminářům ASIO, spol. s r.o. „Separační procesy … aneb síta, bublinky a zemská tíže“ (říjen, listopad 2013).

Literatura

  1. DWA (2010) Merkblatt-M 227, Membranbelebungsanlagen (Entwurf des Fachausschusses KA-7 „Membranbelebungsanlagen“), Hennef, 2010
  2. HLAVÍNEK, P.-MIČÍN, J.- PRAX, P.: Stokování a čištění odpadních vod (2003), VUT, Brno, CERM, 283 s., ISBN 8021425350
  3. HLUŠTÍK, P; RACLAVSKÝ, J. Projekt vodní hospodářství obcí (2006). VUT, BRNO, studijní opora.
  4. RUSTEN, B.; ØDEGAARD, H. Evaluation and testing of fine mesh sieve technologies for primary treatment of municipal wastewater (2006). Water Science and Technology, 54(10), pp 31-38.
  5. WATER ENVIRONMENT FEDERATION (WEF), AMERICAN SOCIETY OF CIVIL ENGINEERS (ASCE), ENVIROMENTAL AND WATER RESOURCES INSTITUTE (EWRI). Design of Municipal Wastewater Treatment Plants: WEF Manual of Practice No. 8 ASCE Manuals and Reports on Engineering Practice No. 76, Fifth Edition (2010). ISBN: 9780071663588.
 

Kontakty

ASIO, spol. s r.o.
Kšírova 552/45
619 00 Brno
ID datové schránky: 9nwzka6

ASIO NEW, spol. s r.o.
Kšírova 552/45
619 00 Brno
ID datové schránky: z9g8vaw

tel.: 548 428 111
e-mail: asio@asio.cz
 


Chcete dostávat informace z oboru, pozvánky na akce, novinky a důležité informace? Přihlašte se!

required

required