PRZERÓBKA I UNIESZKODLIWIANIE OSADÓW ŚCIEKOWYCH Ćwiczenie nr 4 GRAWITACYJNE ZAGĘSZCZANIE OSADÓW 1. CHARAKTERYSTYKA PROCESU Proces zagęszczania osadów, który polega na rozdziale fazy stałej od ciekłej przy zachowaniu płynnej konsystencji osadu, można realizować po przez: zagęszczanie grawitacyjne cząstki osadu sedymentują w wyniku działania siły ciężkości, zagęszczanie flotacyjne cząstki osadu, w wyniku działania czynnika flotującego np. powietrza, wynoszone są na powierzchnię zagęszczacza, zagęszczanie mechaniczne wodę wolna od osadu oddziela się w procesie filtracji lub wirowania. Osad poddany grawitacyjnemu zagęszczaniu pod wpływem siły ciężkości opada na dno leja, a na powierzchni wytwarza się warstwa wody. Grubość warstwy osadu zmienia się w czasie, jest to wynikiem zagęszczania się cząsteczek osadu. Proces ten można wspomagać koagulacją. a zakres stałej szybkości zagęszczania, b zakres spadku prędkości zagęszczania Rys. 1. Krzywa zagęszczania grawitacyjnego osadów. Uwodnienie jest jednym z parametrów opisujących właściwości fizyczne osadu. Określanie uwodnienia osadu surowego jak i poddanego zagęszczaniu obrazuje skuteczność zastosowanej metody. 1
2. CEL I ZASADA BADANIA Celem badania jest określenie właściwości charakterystycznych dla danego osadu (osadu surowego, osadu po procesie zagęszczania grawitacyjnego), a mianowicie: uwodnienia osadu, prędkości zagęszczania osadów i efektywności zagęszczania, określenie optymalnej dawki koagulantu, wpływu koagulacji na zagęszczanie osadu. 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 osadu. 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 obserwacji grawitacyjnego zagęszczania osadu. 2. Zestaw do określania uwodnienia osadu: łaźnia wodna, parownice, waga, suszarka, eksykator. 3. Koagulator. 4. Roztwór koagulantu. 5. 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 osadu. 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 osadu. 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 1000 cm 3 dobrze wymieszanego osadu. 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 oznaczenie zagęszczania grawitacyjnego wg instrukcji w pkt. III. 3
III. Określanie zagęszczania osadów: szybkości grawitacyjnego 1. Do oznaczenia wykorzystać przygotowane wcześniej próbki osadów. Do odpowiednich lejów Imhoffa przelać po 1000 cm 3 osadu. 2. W początkowym okresie w odstępach czasu co 5 min notować objętość opadłego osadu. 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. 5. OPRACOWANIE WYNIKÓW Sprawozdanie z wykonanego ćwiczenia powinno zawierać: krótkie omówienie procesu zagęszczenia grawitacyjnego osadów, omówienie metodyki wykonania ćwiczenia, tabelę (Tab. 1) z wynikami, wykres szybkości zagęszczania osadów, obliczenie prędkości zagęszczania osadów w fazie stałej prędkości zagęszczania, wyniki dotyczące danego sposobu zagęszczania. 4
Tabela 1: 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 bez dodatku koagulanta; 2, 3 osad po dodaniu określonej dawki koagulanta). 5