UTYLIZACJA OSADÓW Ćwiczenie nr 1 ODWADNIANIE OSADU NA FILTRZE PRÓŻNIOWYM 1. CHARAKTERYSTYKA PROCESU Jednym ze sposobów odwadniania osadów ściekowych jest ich filtracja przez różnego rodzaju tkaniny filtracyjne. W zależności od sposobu wywołania siły pozwalającej na oddzielenie cząsteczek wody z osadu wyróżniamy między innymi: filtrację ciśnieniową, podciśnieniową. W filtrach próżniowych odwadnianie osadów polega na filtracji cieczy przez warstwę osadu utworzoną na przegrodzie filtracyjnej (tkanina filtracyjna). W filtrach próżniowych ciśnienie filtracji równe jest możliwej do uzyskania wartości próżni i w większości przypadków nie przekracza 0,06 MPa. W ćwiczeniu proces filtracji rozpoczyna się po wlaniu osadu na lejek Buchera i wytworzeniu w kolbie szklanej podciśnienia. Uwodniony osad znajduje się na granicy między dwoma naczyniami: lejkiem Buchnera, a szklaną kolbą w których panują różne ciśnienia. Elementem zapobiegającym wessaniu całego osadu do kolby szklanej jest tkanina filtracyjna. Pozwala ona na przedostanie się przez nią jedynie cząsteczek wody zawartej w osadzie. Po odessaniu znacznej ilości wody na tkaninie pozostaje odwodniony placek osadowy, który po pewnym czasie działania różnicy ciśnień pęka. Pociąga to za sobą rozszczelnienie kolby i wyrównanie ciśnień po obu stronach placka. Proces filtracji na filtrze próżniowym zostaje zakończony. Najistotniejszym parametrem charakteryzującym ten proces jest opór właściwy filtracji. Stanowi on wielkość porównawczą dla własności fizycznych różnych osadów. Opór właściwy filtracji jest wielkością wyjściową dla projektowania filtrów próżniowych w skali technicznej.. CEL I ZASADA BADANIA 1
Celem badania jest określenie właściwości fizycznych osadu przy odwadnianiu na filtrze próżniowym. W badaniu tym można określić następujące parametry procesu: szybkość filtracji przy danym podciśnieniu (ilość filtratu uzyskaną w określonym czasie filtracji), opór właściwy filtracji, stopień zanieczyszczenia filtratu. Najważniejszą informacją uzyskaną z tego badania jest opór właściwy filtracji. Jest on bowiem wielkością porównywalną dla różnych osadów i wielkością umożliwiającą projektowanie filtrów próżniowych. Równanie oporu właściwego filtracji wyliczone przez Carmena i Coackleya na podstawie wzoru Polsseuilla i de Arcy ma postać następującą: r b P c A [ s g ] r - opór właściwy filtracji [s /g] b - tangens nachylenia prostej na wykresie t/v:v P - podciśnienie - wielkość próżni [g/cm ] A - powierzchnia filtracji [cm ] - lepkość filtratu 0,01 [g/cm s] c - lepkość osadu w jednostce objętości filtratu [g/cm 3 ] C 1 C P CK 100 C 100 C P K C p - uwodnienie osadu surowego [%] C k - uwodnienie osadu po filtracji [%] Wielkość oporu filtracji podaje się zazwyczaj w postaci iloczynu liczby wynikowej i 10 7 (np. 9,0 10 7 s /g). 3. APARATURA I SPRZĘT
Do wykonania ćwiczenia niezbędne są: 1. Zestaw do filtracji próżniowej: lejek Buchnera, tkanina filtracyjna, kolba szklana pełniąca rolę zbiornika wyrównawczego, cylinder miarowy, wakuometr z dwoma zaworami odcinającymi, pompa próżniowa.. Zestaw do określania uwodnienia osadu: parownice, waga analityczna, łaźnia wodna, suszarka, eksykator. 3. Stoper. 3. Zestaw do określania zawiesiny. Rys. 1. Zestaw laboratoryjny do filtracji próżniowej osadu. 1- lejek Buchera, - tkanina filtracyjna, 3- kolba szklana, 4- cylinder miarowy, 5- wakumetr, 6- zawory odcinające, 7- podłączenie do pompy próżniowej. 4. WYKONANIE ĆWICZENIA 3
1. Przygotować około 00 cm 3 dobrze wymieszanego osadu oraz złożyć laboratoryjny zestaw do filtracji próżniowej zgodnie z Rys. 1.. Na lejek Buchera w zestawie do filtracji położyć wybraną delikatnie zwilżoną tkaninę filtracyjną. 3. Zamykając zawór od strony kolby szklanej włączyć pompę próżniową i stopniowo otwierać zawór od strony pompy w celu osiągnięcia żądanej wielkości próżni (ok. 10 g/cm 0,1 bar). 4. Na lejek Buchera wlać 50 cm 3 osadu. Z pozostałej ilości pobrać niewielka ilość osadu w celu oznaczenia uwodnienia: 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 parownice z osadem 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 %, uwodnienie osadu jest różnicą pomiędzy 100 %, a zawartością suchej masy w %. 5. Określić grubość warstwy osadu na tkaninie filtracyjnej zanurzając w niej próbnik. 6. Odkręcając zawór od strony kolby szklanej włączyć stoper. 7. Odczytywać w odstępach czasu ilość filtratu zgromadzoną w cylindrze miarowym. Wyniki notować w Tabeli 1. 8. Z chwilą pęknięcia placka osadowego, co na wakuometrze obrazuje gwałtowny spadek podciśnienia, przerwać pracę pompy i zamknąć zawory. 9. Określić grubość placka. 10. Pobrać niewielką ilość osadu z pękniętego placka w celu oznaczenia jego uwodnienia. 11. W filtracie oznaczyć zawiesinę. 1. Analogiczną próbę filtracji przeprowadzić przy podciśnieniu (ok. 04 g/cm 0, bar). 13. Obliczyć uwodnienie osadu surowego i po obu próbach filtracji. 14. Określić opór filtracji dla zastosowanych podciśnień. 15. Określić zmianę objętości osadu po zastosowaniu procesu filtracji wynikającą z różnicy miąższości warstwy osadu przed i po filtracji. 5. OPRACOWANIE WYNIKÓW 4
Sprawozdanie z wykonanych badań powinno zawierać: teoretyczną charakterystykę procesu filtracji, metodykę badań, obliczenia oraz tabele wyników, wykresy t/v od v, wnioski. Tabela. 1. Ilość filtratu w zależności od czasu filtracji. Czas Wielkość podciśnienia [ s ]... [g/cm ]... [g/cm ] Objętość filtratu Objętość filtratu V [cm 3 t ] i /V i V [cm 3 ] 5 10 15 0 5 30 t i /V i Tabela.. Wyniki odwadniania osadu na filtrze próżniowym. Oznaczenia Jednostki Typ tkaniny filtracyjnej.... Podciśnienie [g/cm ] OSAD Warstwa osadu przed filtracją [mm] Warstwa osadu po filtracji [mm] Objętość osadu przed filtracją [cm 3 ] Objętość osadu po filtracji [cm 3 ] Redukcja objętości osadu [%] Uwodnienie osadu surowego [%] Uwodnienie osadu po filtracji [%] Opór właściwy filtracji [s /g] WODA OSADOWA Końcowa ilość filtratu [cm 3 ] Zawartość zawiesin w filtracie [mg/dm 3 ] 5