CHEMICZNE KONDYCJONOWANIE OSADÓW ŚCIEKOWYCH

Transkrypt

1 CHEMICZNE KONDYCJONOWANIE OSADÓW ŚCIEKOWYCH Ćwiczenie nr 5 1. CHARAKTERYSTYKA PROCESU Kondycjonowanie osadów ściekowych polega na zastosowaniu działań, które wpływają na poprawę efektów zagęszczania i odwadniania osadów oraz pozwalają obniżyć koszty ich przeróbki. Zwiększenie efektywności procesów sedymentacji, zagęszczania i odwadniania następuje w wyniku rozluźnienia wiązań między cząsteczkami wody i cząsteczkami fazy stałej. Osady kondycjonuje się metodami chemicznymi i fizycznymi. Metody chemiczne polegają na dodawaniu do osadów środków chemicznych strącająco-koagulacyjnych, które dzielą się na: a) substancje nieorganiczne powodują tworzenie kłaczków na skutek hydrolizy, powodują i przyśpieszają proces koagulacji i flokulacji: sole glinu, np. Al 2 (SO 4 ) 3, sole żelaza, np. FeSO 4, FeCl 3, FeCl 2, wapno, b) substancje organiczne wspomagają rozdział fazy stałej od ciekłej, charakteryzuje je duży ciężar cząsteczkowy, nazywane są flokulantami organicznymi lub polielektrolitami, które ze względu na ładunek jonowy dzieli się na: flokulanty kationowe (zjonizowane dodatnio), flokulanty anionowe (zjonizowane ujemnie), flokulanty obojętne. Nieorganiczne środki do kondycjonowania znajdują zastosowanie przy odwadnianiu osadów w komorowych prasach filtracyjnych. Korzystny efekt dla procesu odwadniania ma zastosowanie wapna przed wirówką. Dodawanie substancji nieorganicznych powoduje zwiększenie zawartości suchej masy. 1

2 Fizyczne metody kondycjonowania dzielą się na metody mechaniczne oraz metody termiczne. W pierwszym przypadku do osadu dodaje się substancję budującą strukturę osadu np. węgiel, popiół lub inną substancję obojętną chemicznie, natomiast w drugim przypadku stosuje się procesy (podgrzewanie, wymrażanie, przemywanie, działanie polem ultradźwiękowym, działanie polem elektromagnetycznym), które pozwalają zmienić strukturę osadu. Wpływu wybranego środka kondycjonującego na właściwości odwodnieniowe osadu można określić na podstawie oznaczenia czasu ssania kapilarnego (CSK), który to określa szybkość oddawania cieczy osadowej przez badany osad, wykorzystując zjawisko ssania kapilarnego zachodzące w procesie wchłaniania wilgoci przez bibułę chromatograficzną Whatman nr 17. Naturalne zdolności osadu do odwadniania określa prosty test odwadniania na sączku. Dobrze odwadniający się osad powinien dać cm 3 przesączu z 1 dm 3 po 1 godzinie odwadniania. Trudno odwadniający się osad daje w tych samych warunkach cm 3 przesączu. Osad w fazie koloidalnej odwadnia się bardzo trudno co obrazuje mała ilość przesączu. Osad taki po dodaniu odpowiedniej dawki koagulanta np. FeCl 3 na skutek procesu koagulacji zawiesiny znacznie zwiększa swoją zdolność do odwadniania. Uwodnienie jest jednym z parametrów opisujących właściwości fizyczne osadu. Określanie uwodnienia osadu surowego jak i poddanego odwodnieniu obrazuje skuteczność zastosowanej metody. 2. CEL I ZASADA BADANIA Celem ćwiczenia jest określenie wpływu wybranego środka kondycjonującego na właściwości odwodnieniowe osadu, jak również dobranie odpowiedniej dawki polimeru / koagulanta dla badanego osadu. Zakres ćwiczenia obejmuje: określenie uwodnienia osadu surowego oraz osadu po teście odwadniania na sączku, ocenę efektywności chemicznego kondycjonowania z wykorzystaniem testu odwadniania na sączku, ocenę efektywności chemicznego kondycjonowania z wykorzystaniem testu CSK, ustalenie najkorzystniejszej dawki polimeru/koagulantu jako tej, która da najniższy czas ssania kapilarnego CSK/najkrótszy czas filtracji. 2

3 3. APARATURA I SPRZĘT 1. Mieszadła magnetyczne z regulowaną prędkością obrotów + zlewki + dipole. Rys. 1. Schemat układu do przeprowadzenia procesu kondycjonowania osadów: 1- mieszadło magnetyczne, 2- osad, 3- dipol, 4- zlewka 2. Zestaw do odwadniania osadów (cylindry miarowe, lejki, sączki). 3. Zestaw do pomiaru czasu ssania kapilarnego: miernik elektroniczny Envolab CST, bibuła chromatograficzna Whatman 17, podstawka, przystawka pomiarowa z elektrodami, cylinderek ze stali nierdzewnej. bibuła chromatograficzna miernik elektroniczny cylinderek ze stali nierdzewnej przystawka pomiarowa z elektrodami podstawka 4. Koagulant/polielektrolit. 5. Zestaw do określania uwodnienia osadu surowego (parownice, łaźnia wodna, suszarka, eksykator, waga analityczna). 3

4 4. WYKONANIE ĆWICZENIA I. Przygotowanie prób osadu do badania: 1. Przygotować 2,0 dm 3 badanego osadu. Wykonać oznaczenie uwodnienia osadu: Zważyć wysuszoną parownicę na wadze analitycznej Pobrać dowolną ilość dobrze wymieszanego osadu i zważyć parownicę z osadem na wadze - z różnicy obliczyć masę uwodnionego osadu Odparować osad na łaźni wodnej Wstawić na 30 min do suszarki Przenieść osad do eksykatora w celu ostygnięcia próbki Zważyć próbkę i określić masę suchego osadu Z ilorazu masy suchego osadu i masy osadu uwodnionego obliczyć zawartość suchej masy w ms s. m. o. 100 m u [] m s masa osadu po suszeniu, [g] m u masa osadu uwodnionego, [g] Uwodnienie osadu jest różnicą pomiędzy 100, a zawartością suchej masy (X = s.m.o. []) 2. Do 3 zlewek o pojemności 1,0 dm 3 odmierzyć po 0,5 dm 3 dobrze wymieszanego osadu. 3. Ustawić zlewki na mieszadłach, umieścić w każdej zlewce dipol magnetyczny element mieszający. 4. Odmierzyć i dodać do zlewek z osadem określone przez prowadzącego dawki koagulanta lub polielektrolitu. 5. Nastawić szybkie mieszanie przez 1 min. 6. Następnie ustawić wolne mieszanie przez min. obroty możliwie niskie, ale niepozwalające na sedymentację powstających kłaczków. 7. Tak przygotowane próbki, łącznie z próbką osadu surowego poddać testowi odwadniania na sączku oraz pomiarowi CSK. 4

5 II. Test odwadniania osadu na sączku 1. Sączki średniej twardości należy pofałdować i zwilżyć wodą. 2. Do oznaczenia wykorzystać 100 cm 3 przygotowanych wcześniej próbek osadu (0- osad surowy; 1, 2, 3- osad kondycjonowany). 3. Wlać osad na sączki umieszczone na lejkach. 4. Notować objętość filtratu zbieranego w cylindrach miarowych po upływie 15, 30, 45, 60, 90 min. (Tabela 1). 5. Po upływie tego czasu w osadzie pozostałym na sączkach należy oznaczyć uwodnienie wg instrukcji. 6. Sporządzić krzywą filtracji V = f(t) osadu surowego i po różnych dawkach koagulanta (V- ilość filtratu, t - czas filtracji). III. Test czasu ssania kapilarnego Należy wykonać pomiar CSK osadu niekondycjonowanego (surowego) oraz pozostałych 3 prób kondycjonowanych różnymi dawkami środka wspomagającego. Przeprowadzenie pomiaru: 1. W podstawce z tworzywa umieścić arkusz bibuły chromatograficznej (1 arkusz = 1 pomiar). 2. Przystawkę pomiarową umieścić w podstawce lekko dociskając, aby elektrody dobrze stykały się z bibułą. 3. W otwór w przystawce włożyć cylinderek do napełniania badanym osadem i docisnąć do bibuły (w przypadku pomiarów z wykorzystaniem osadów o dużym uwodnieniu stosuje się cylinderek o mniejszej średnicy wewnętrznej). 4. Podłączyć kabel przystawki pomiarowej do miernika Envolab CST. 5. Włączyć zasilanie miernika. Przyciskiem Language wybrać język menu. Gotowość do pracy zasygnalizowana zostanie napisem Status: gotowy. 6. Pomiar (włączenie i zatrzymanie zegara) odbywa się automatycznie po napełnieniu cylinderka badanym osadem. 7. Po zatrzymaniu się zegara zapisać wynik. 8. Wyzerować zegar poprzez naciśnięcie przycisku Reset. 9. Wymienić w podstawce arkusz bibuły i przeprowadzić pomiar dla kolejnej próbki. 5

6 Jednostka 5. OPRACOWANIE WYNIKÓW Tabela 1: Wyniki badania odwadniania osadu na sączku. Oznaczenia Objętość przesączu po czasie 15 min 30 min 45 min 60 min Uwodnienie osadu: - początkowe -końcowe Osad niekondycjono -wany 1 Numer próby s.m. osadu - początkowa (s.m. 0 ) - końcowa (s.m. k ) Tabela 2: Wartości CSK dla badanego osadu Oznaczenie Jednostka Osad niekondycjono -wany 1 Numer próby CSK [s] Sprawozdanie z wykonanych badań powinno zawierać: teoretyczną charakterystykę procesu kondycjonowania, cel i zakres badań, opis metodyki badań, tabelaryczne zestawienie wyników (Tabela 1, Tabela 2), wnioski na podstawie otrzymanych wyników w aspekcie celowości kondycjonowania osadu oraz wyboru optymalnej dawki środka kondycjonującego. 6