BADANIE ODWADNIALNOŚCI OSADÓW

Transkrypt

1 BADANIE ODWADNIALNOŚCI OSADÓW 1. Cel i zakres ćwiczenia Zbadanie zdolności do grawitacyjnego zagęszczania i odwadniania osadu pokoagulacyjnego oraz możliwości zwiększenia stopnia i szybkości zagęszczania oraz odwadniania poprzez kondycjonowanie osadu za pomocą polielektrolitów. 2. Podstawy teoretyczne W wielu procesach technologicznych w przemyśle rolnospożywczym, chemicznym, a także przy oczyszczaniu wody i ścieków powstają silnie uwodnione osady i odpady ciekłe. Skład chemiczny osadów i odpadów ciekłych jest bardzo zróżnicowany, zależnie od ich pochodzenia. Mogą one zawierać tylko związki organiczne (np. osady ze ścieków w rzeźniach) lub tylko związki nieorganiczne (np. osady po neutralizacji ścieków galwanicznych) lub mogą być mieszaniną związków organicznych i mineralnych (np. osady z płuczek surowców w przemyśle ziemniaczanym i cukrowniczym, owocowo warzywnym). Zawsze istnieje konieczność maksymalnego zmniejszenia ich objętości oraz zagospodarowania w sposób bezpieczny dla środowiska. Sposób postępowania z osadami zależy od ich składu chemicznego. Przez przeróbkę osadów rozumie się takie metody fizyczne i chemiczne, które powodują zmniejszenie objętości osadu oraz ich przemianę i stabilizację chemiczną. Każdy osad i odpad wymaga odrębnego potraktowania, uwzględniającego sprawność procesów i kosztów, co oznacza optymalizację gospodarki osadowej. Ponieważ problematyka jest bardzo rozległa, ograniczono się do jej omówienia na przykładzie osadów i odpadów ch w zakładach uzdatniania wody (ZUW). W ZUW mogą powstawać następujące osady: pokoagulacyjne, wodorotlenku żelazowego wytrąconego z wody podziemnej; powstające podczas strąceniowych metod oczyszczania, np. zmiękczania, oraz wydzielone ze ścieków powstających w ZUW popłuczyny z płukania złóż filtracyjnych, adsorpcyjnych, jonitowych i mikrosit, zużyte odczynniki służące do regeneracji jonitów oraz wody po płukaniu zbiorników i urządzeń. Średnio, ilość ścieków i osadów wynosi do 5% objętości oczyszczanej wody, przy czym objętościowo dominują popłuczyny. Osady i popłuczyny należą do odpadów nieorganicznych i są mieszaniną usuniętych z wody zanieczyszczeń. W związku z niewielkim udziałem substancji organicznych osady te rzadko zagniwają, natomiast poziom skażenia bakteriologicznego (bakterie, wirusy, pasożyty, glony) zależą głównie od poziomu skażenia oczyszczanej wody, oraz od tego czy stosowano wstępną dezynfekcję wody. Uwodnienie popłuczyn wynosi 99,9%, zaś osadów od 90,599,6%, zależnie od rodzaju osadnika, częstotliwości i sposobu usuwania osadów. Zagęszczenie i odwodnienie osadów powoduje znaczne zmniejszenie ich objętości, a tym samym objętości urządzeń do ich przeróbki, co obrazują dane w tabeli 15.1.

2 Tabela Zmiany względnej objętości osadów i pokoagulacyjnych w funkcji uwodnienia początkowego i końcowego [15.3] Względna *) objętość osadu Uwodnienie końcowe osadu Konsystencja osadu dla uwodnienia początkowego, % W e, % 99,5 99,0 95,0 90,0 99, pół pół ciastowaty mazisty, pasta wilgotny wilgotny powietrznie suchy powietrznie suchy 0,498 0,097 0,047 0,030 0,022 0,017 0,014 0,011 0,010 0,008 0,007 0,196 0,095 0,061 0,045 0,035 0,028 0,024 0,020 0,017 0,015 0,488 0,317 0,232 0,181 0,146 0,121 0,104 0,089 0,078 0,645 0,475 0,370 0,300 0,251 0,213 0,184 0,161 *) Względna objętość osadów równa jest stosunkowi objętości osadu odwodnionego V e do objętości początkowej V 0 Do zmniejszania uwodnienia osadów i popłuczyn z ZUW stosowane są następujące procesy jednostkowe: Zagęszczanie grawitacyjne, polegające na sedymentacji cząstek stałych oraz ich komprymacji pod wpływem działania sił ciężkości. Zagęszczanie realizowane jest w odstojnikach różnej konstrukcji. Zmniejszenie uwodnienia zależy od bardzo wielu czynników, do których można zaliczyć: rodzaj osadów i popłuczyn, podatność cząstek stałych do sedymentacji i zagęszczania, początkowe uwodnienie zagęszczanej mieszaniny, czas zagęszczania, rozwiązanie konstrukcyjne zagęszczacza, obciążenie zagęszczacza ładunkiem suchej masy, kondycjonowanie osadów lub popłuczyn. Uwodnienie zagęszczonych osadów w dobrze eksploatowanych odstojnikach przyjmuje się jako 96%. Zagęszczanie grawitacyjne zwykle poprzedza proces odwadniania osadów metodami mechanicznymi. Grawitacyjne odwadnianie i suszenie osadów na poletkach osadowych lub w lagunach. Flotacyjne zagęszczanie osadów, stosowane szczególnie dla osadów o niskiej podatności na zagęszczanie grawitacyjne. Odwadnianie mechaniczne na filtrach próżniowych, komorowych i taśmowych, prasach filtracyjnych i wirówkach sedymentacyjnych. Porównanie skuteczności różnych urządzeń odwadniających podano w tabeli 15.2.

3 Tabela Zawartość ciał stałych w osadach odwadnianych różnymi metodami [15.2] Zawartość ciał stałych w odwodnionym osadzie (%) Rodzaj urządzenia osad po koagulacji siarczanem glinowym osad po zmiękczaniu wody wapnem Zagęszczacze grawitacyjne Filtry próżniowe Wirówki Prasy filtracyjne Laguny osadowe odwadniającosuszące Często zdarza się, że osady cechuje niska podatność do zagęszczania i odwadniania. W takich przypadkach stosuje się wstępnie proces kondycjonowania osadów, głównie przed odwadnianiem mechanicznym, rzadziej przed procesami zagęszczania grawitacyjnego. Zwiększenie odwodnialności osadów można uzyskać dodając do nich polimery (polielektrolity) lub (rzadziej) wapno, ziemię okrzemkową, zamrażając lub rozmrażając osady lub ogrzewając odwadniane substancje. Dawki polielektrolitów wynoszą zwykle 0,05 0,5% suchej masy osadu. Właściwe zaprojektowanie urządzeń odwadniających, szczególnie do odwadniania mechanicznego, wymaga wcześniejszych badań odwadnialności konkretnych osadów a także możliwości ich kondycjonowania. 3. Opis stanowiska laboratoryjnego Aparatura: Suszarka, łaźnia wodna. waga analityczna, sekundomierz. Sprzęt i szkło: Cylindry miarowe o pojemności 100 i 250 cm 3. Eksykatory, parownice. Lejki analityczne, sączki analityczne o średniej twardości, sączki z włókniny hydrofobowej. Odczynniki: Roztwór polielektrolitu np, Zetag, Magnafloc. 4. Metodyka badań W przeznaczonym do badań osadzie oznaczyć uwodnienie w następujący sposób: Pobrać 50 cm 3 osadu, przenieść do wysuszonej i zważonej parownicy i zważyć na wadze analitycznej. Osad odparować w łaźni wodnej, wysuszyć przez 30 min w suszarce w temperaturze 105 C (378 K) i po ostudzeniu w eksykatorze ponownie zważyć. Uwodnienie osadu obliczyć w następujący sposób:

4 s.m.o. % m.p.o.w. m.p. = 100% m.p.o.s. m.p. gdzie: s.m.o. sucha masa osadu m.p.o.s. masa parownicy z osadem surowym m.p.o.w. masa parownicy z osadem wysuszonym m.p. masa parownicy u uwolnienie osadu (15.1) u = 100 % % s.m.o. (15.2) Oznaczenie szybkości grawitacyjnego zagęszczenia osadu: a) Do 4 cylindrów o pojemności 250 cm 3 wlać po 250 cm 3 uwodnionych osadów. b) Do osadów dodać podane przez prowadzącego zajęcia dawki polielektrolitu np. flokulantu Zetag 32. c) Osady łagodnie ale dokładnie wymieszać z flokulantem, odwracając cylinder kilkakrotnie dnem do góry. d) Cylinder odstawić i w regularnych odstępach czasu notować objętość osadu. Po zakończeniu procesu zagęszczania zlewarować wodę nadosadową a w wymieszanym osadzie oznaczyć uwodnienie. Określenie zdolności do odwadniania: a) Do 4 cylindrów o pojemności 100 cm 3 wlać po 100 cm 3 uwodnionych osadów. b) i c) Postępować tak, jak opisano przy grawitacyjnym zagęszczaniu osadu. d) Osad ostrożnie przelać na sączki umieszczone w lejkach. e) W cylindrach umieszczonych pod lejkami mierzyć objętość wypływającej wody osadowej w określonych odstępach czasu. Po zakończeniu odwadniania oznaczyć zawartość wody w osadzie na sączku. 5. Analiza wyników i wnioski Tabela Oznaczenie szybkości grawitacyjnego zagęszczania osadu Osad Oznaczenie Jednostka z polielektrolitem w mg/dm 3 surowy 0 2, Objętość warstwy osadu po czasie: 5, 10, 15, 25, 30, 45, 60, 90, 120 min Uwodnienie osadu przed i po zagęszczeniu cm 3 % Wykonać wykres zależności objętości warstwy osadu cm 3 od czasu min., w przeliczeniu na 1 dm 3 badanego osadu.

5 Tabela Oznaczanie zdolności do odwadniania osadu zależnie od dawki polielektrolitu Osad Oznaczenie Jednostka z polielektrolitem w mg/dm 3 surowy 0 2,5 5,0 10 Objętość wody po czasie: 5, 10, 15, cm 3 30, 60, 120 min Uwodnienie osadu przed i po filtracji % Wykonać wykres zależności objętości filtratu cm 3 od czasu filtracji min., w przeliczeniu na 1 dm 3 osadu. 6. Literatura [15.1] Granops M., Tomaszek J.: Oczyszczanie wody i ścieków. Politechnika Rzeszowska. Rzeszów 1982 [15.2] Kowal L.A., ŚwiderskaBróż M.: Oczyszczanie wody. PWN. WarszawaWrocław 1996 [15.3] Praca zbiorowa pod red. L.A. Kowala. Odnowa wody. Politechnika Wrocławska. Wrocław 1996