UTYLIZACJA OSADÓW Ćwiczenie nr 4 GRAWITACYJNE ZAGĘSZCZANIE OSADÓW 1. CHARAKTERYSTYKA PROCESU A. Grawitacyjne zagęszczanie osadów: Zagęszczać osady można na wiele różnych sposobów. Miedzy innymi grawitacyjnie pozwalając na ich swobodne opadanie, lub wspomagając ten proces przez koagulację. Osad poddany grawitacyjnemu zagęszczaniu wyraźnie oddziela się od wody i opada na dno naczynia. Pod wpływem siły ciężkości osad opada na dno leja, a na powierzchni wytwarza się warstwa wody. Grubość warstwy osadu zmienia się w czasie, jest to wynikiem zagęszczania się cząsteczek a zakres stałej szybkości zagęszczania, b zakres spadku prędkości zagęszczania Rys. 1. Krzywa zagęszczania grawitacyjnego osadów. B. Test odwadniania osadu na sączku Naturalne zdolności osadu do odwadniania określa prosty test odwadniania na sączku. Dobrze odwadniający się osad powinien dać 80-120 cm 3 przesączu z 1 dm 3 po 1 godzinie odwadniania. Trudno odwadniający się osad daje w tych samych warunkach 20-50 cm 3 przesączu. Osad w fazie koloidalnej odwadnia się bardzo trudno co obrazuje mała 1
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 Określanie uwodnienia osadu surowego jak i poddanego odwodnieniu obrazuje skuteczność zastosowanej metody. 2. CEL I ZASADA BADANIA Celem badania jest określenie właściwości charakterystycznych dla danego osadu (osadu surowego, osadu po procesie zagęszczania grawitacyjnego i odwadniania na sączku), a mianowicie: uwodnienia osadu, prędkości zagęszczania osadów i efektywności zagęszczania, określenie optymalnej dawki koagulantu, wpływu koagulacji na zagęszczanie Określenie uwodnienia osadu polega na oznaczeniu masy osadu uwodnionego, a później masy osadu po odparowaniu na łaźni wodnej oraz po wysuszeniu w suszarce. Uwodnienie (X) stanowi różnicę procentową pomiędzy 100, a suchą masą wyrażoną także w procentach, a obliczoną na podstawie ilorazu masy osadu uwodnionego i osadu po odparowaniu. ( a b) 100 X = 100 - s.m.o. [] lub X [] c s m m s. m. o. 100 u m s masa osadu po suszeniu, [g] m u masa osadu uwodnionego, [g] Określenia prędkości zagęszczania można dokonać w wyniku obserwacji ilości opadającego na dno osadu w czasie można wykreślić krzywą jednorazowego zagęszczania osadu, na osi poziomej odkładając czas a na pionowej wysokość słupa W początkowym etapie odczytu dokonuje się w mniejszych odstępach czasu a później ponieważ zmiany objętości są coraz mniejsze w większych odstępach czasu. Prędkość zagęszczania obliczany ze wzoru. V h 0 t h 1, [mm/s] V prędkość zagęszczania w pierwszej strefie, [mm/s] h 0 początkowa wysokość słupa osadów, [mm] h 1 wysokość słupa osadu po czasie t, w którym osad zagęszcza się z jednakową stałą prędkością, [mm]. 2
3. APARATURA I SPRZĘT Do wykonania tego ćwiczenia potrzebne będą: 1. Zestaw do określania opadalności 2. Zestaw do określania uwodnienia osadu: łaźnia wodna, parownice, waga, suszarka, eksykator. 3. Koagulator. 4. Roztwór koagulantu. 5. Zestaw do przesączenia: lejki, sączki, cylindry miarowe. 6. Lewar do pobierania prób. 4. WYKONANIE ĆWICZENIA Z uwagi na długotrwałość wykonywanych oznaczeń zaleca się wykonywać jednocześnie poniższych czynności. I. Uwodnienie osadu surowego: 1. Włączyć suszarkę i umieścić w niej parownicę. 2. Zważyć wysuszoną parownicę na wadze analitycznej. 3. Pobrać dowolną ilość dobrze wymieszanego osadu i zważyć parownicę z osadem na wadze - z różnicy obliczyć masę uwodnionego 4. Odparować osad na łaźni wodnej. 5. Wstawić na 30 min do suszarki. 6. Przenieść osad do eksykatora w celu ostygnięcia próbki. 7. Zważyć próbkę i określić masę suchego 8. Z ilorazu masy suchego osadu i masy osadu uwodnionego obliczyć zawartość suchej masy w. 9. Uwodnienie osadu jest różnicą pomiędzy 100, a zawartością suchej masy w. II. Przygotowanie prób osadu do badania: 1. Do 3 zlewek o poj. 2 dm 3 odmierzyć po 1100 cm 3 dobrze wymieszanego 2. Do zlewek nr 2 i 3 odmierzyć określone przez prowadzącego dawki koagulanta (FeCl 3 ) np. 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800 [mg/dm 3 ]. Osad w zlewce nr 1 stanowi próbę porównawczą. 3. Ustawić zlewki w koagulatorze i nastawić szybkie mieszanie przez 1 min. 4. Ustawić wolne mieszanie przez 15 min. 5. Dla osadów po procesie koagulacji należy przeprowadzić oznaczenia zagęszczania grawitacyjnego i odwadniania osadów na sączku wg instrukcji w pkt. III i IV. 3
III. Określanie zagęszczania osadów: szybkości grawitacyjnego IV. Test odwadniania osadu na sączku 1. Do oznaczenia wykorzystać przygotowane wcześniej próbki osadów. Do odpowiednich lejów Imhoffa przelać po 1000 cm 3 2. W początkowym okresie w odstępach czasu co 5 min notować objętość opadłego 3. Kiedy zmiany objętości opadłego osadu będą niewielkie zwiększyć odstępy czasy co 10 min. 4. Zakończyć obserwacje z chwilą ustalenia się grubości warstwy osadu na dnie. 5. Określić prędkość opadania w I strefie. 6. Zlewarować wodę znad osadu, a dla pozostałego osadu określić uwodnienie wg instrukcji. Osad można również pobrać wykorzystując próbnik. 1. Sączki średniej twardości należy pofałdować i zwilżyć wodą. 2. Do oznaczenia wykorzystać przygotowaną wcześniej próbkę 100 cm 3 dobrze wymieszanego 3. Wlać osad na sączki umieszczone na lejkach. 4. Notować objętość filtratu zbieranego w cylindrach miarowych po upływie 15, 30, 45, 60 min. 5. Po upływie tego czasu w osadzie pozostałym na sączkach należy oznaczyć uwodnienie wg instrukcji. 5. OPRACOWANIE WYNIKÓW Sprawozdanie z wykonanego ćwiczenia powinno zawierać: krótkie omówienie procesu zagęszczenia grawitacyjnego osadów oraz odwadniania osadów, omówienie metodyki wykonania ćwiczenia, tabele z wynikami (wzór tabel poniżej), wykres szybkości zagęszczania osadów, obliczenie prędkości zagęszczania osadów w fazie stałej prędkości zagęszczania, wyniki dotyczące danego sposobu zagęszczania, odwadniania. 4
Tabela do pkt. III: Wyniki badania zagęszczania grawitacyjnego osadów. Oznaczenia Jednostka Numer próby Wysokość warstwy osadu po czasie 0 min. 5 min. 10 min. 15 min. 20 min. 30 min. Uwodnienie osadu: - początkowe -końcowe s.m. osadu - początkowa (s.m. 0 ) - końcowa (s.m. k ) Stopień zagęszczania η z = s.m. 0 / s.m. k min. 1 2 3 Numer próby 1, 2, 3 oznacza osad jaki poddawano zagęszczaniu grawitacyjnemu (1 osad przed dodaniem koagulanta; 2, 3 osad po dodaniu określonej dawki koagulanta). Tabela do pkt. IV: Wyniki badania odwadniania osadu na sączku. Oznaczenia Jednostka Numer próby Objętość przesączu po czasie Uwodnienie osadu przed filtracją 15 min 30 min 45 min 60 min 1 2 3 Uwodnienie osadu filtracji 5