ODWADNIANIE OSADÓW PRZY POMOCY WIRÓWKI SEDYMENTACYJNEJ Ćwiczenie nr 3 1. CHARAKTERYSTYKA PROCESU Wirowanie jest procesem sedymentacji uwarunkowanej działaniem siły odśrodkowej przy przyspieszeniu 1500 3000 razy większym od przyspieszenia ziemskiego. Odwadnianie osadów za pomocą odwirowania polega na wytworzeniu odpowiednich warunków, pozwalających na zagęszczanie i sedymentację osadów lub na filtrację wody zawartej w osadach. Wytwarzają się one po wprowadzeniu w ruch obrotowy masy osadu. W zależności od wykorzystania siły odśrodkowej do zagęszczania lub filtracji można wyodrębnić dwa typy wirówek: wirówki sedymentacyjne, wirówki filtracyjne. W zależności od rozwiązań technicznych doprowadzenia osadu oraz odprowadzenia wody i osadu zagęszczonego wyróżniamy wirówki o pracy ciągłej i okresowej. Efekt odwadniania osadów na wirówkach zależy od przeciążenia im większa jego wartość tym lepszy efekt odwirowania. Przeciążenie jest mierzone wielokrotnością przyśpieszenia ziemskiego (g) i jest ono tym większe im większa jest prędkość obrotowa wirówki. Przyśpieszenie dośrodkowe wylicza się ze wzoru: n 30 r n liczba obrotów wirówki, [obr./min] r promień wirowania, [m] Celem określenia przyśpieszenia dośrodkowego wielokrotnością przyśpieszenia ziemskiego powyższe równanie należy podzielić przez g oraz przyjmując, że (π /g) = 1 otrzymano: 1
g r 900 n Wielkości charakteryzujące proces odwadniania osadu w wirówce sedymentacyjnej i pozwalające ocenić efektywność odwadniania to: prędkość wirowania (wielokrotność g), czas odwirowania, jakość osadu i wody osadowej przy różnych warunkach odwirowania.. CEL I ZASADA BADANIA W przypadku odwadniania na wirówce sedymentacyjnej ważnym jest określenie związku pomiędzy uwodnieniem osadu, jakością wody nadosadowej po odwirowaniu, a prędkością obrotową wirówki. Zakładając stały czas odwirowania, na podstawie tych informacji można określić optymalną prędkość obrotową, przy której osiągane jest najlepsze odwodnienie osadu oraz największa przeźroczystość wody. Przyjmuje się przy tym odpowiednio długi czas wirowania, aby nie miał on wpływu na wyniki końcowe procesu. Prędkość odwirowania podaje się w wielkościach porównywalnych z przyśpieszeniem ziemskim, a dokładniej mówiąc w wielokrotnościach tego przyśpieszenia. Dla tak określonej prędkości odwirowania przeprowadza się dalsze badania. Tym razem jednak za wartość stałą przyjmuje się prędkość odwirowania, a zmianie podlega czas odwirowania. W zależności od uwodnienia osadu po odwirowaniu i przeźroczystości wody po zakończonym procesie ustalić można niezbędny czas odwirowania i średnią prędkość osadzania się cząsteczek osadu w wirówce. Celem ćwiczenia jest określenie efektywności odwadniania osadów ściekowych w wirówce sedymentacyjnej. Zakres ćwiczenia obejmuje określenie: optymalnej prędkości obrotowej przy stałym czasie wirowania, przy której następuje najlepsze zagęszczenie osadu oraz uzyskuje się najlepszą jakość wody nadosadowej, optymalnego czasu wirowania przy stałej prędkości obrotowej, uwodnienia osadu, jakości wody nadosadowej.
3. APARATURA I SPRZĘT wirówka sedymentacyjna o regulowanej prędkości obrotowej do 4000 obr./min wraz z wyposażeniem, Rys. 1. Schemat wirówki sedymentacyjnej: 1- obudowa, - pokrywa, 3- obejma na naczyńko szklane, 4- wahliwe zamocowanie na naczyńko, 5- odwirowany osad w naczyńku, 6- głowica wirówki, 7- silnik, 8- kierunek działania siły odśrodkowej zestaw do określania uwodnienia osadu lub suchej masy: łaźnia wodna, parownice, suszarka laboratoryjna, waga analityczna, eksykator, zestaw do oznaczenia zawiesiny: kolby stożkowe, lejki szklane, sączki, waga analityczna, suszarka laboratoryjna, eksykator. 4. WYKONANIE ĆWICZENIA 1. Włączyć suszarkę i wstawić do niej parownicę. Pobrać 1 dm 3 osadu i dobrze wymieszać 3. Oznaczyć jego uwodnienie: 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 % 3
Uwodnienie osadu jest różnicą pomiędzy 100 % a zawartością suchej masy w % 4. Do dwóch szklanych naczyniek wchodzących do wirówki odmierzyć po 50 cm 3 osadu. 5. Zrównoważyć naczyńka z osadem w celu uniknięcia nierównomiernej pracy wirówki. 6. Zmierzyć wysokość osadu w naczyńku. 7. Umieścić naczyńka w wirówce na przeciw siebie. 8. Zmierzyć promień wirowania. 9. Ustawić wirówkę na parametry: czas wirowania 5 min., obroty 1500 obr./min. i po zamknięciu pokrywy rozpocząć wirowanie. 10. Po odwirowaniu zmierzyć wysokość warstwy osadu w naczyńku. 11. Wodę nadosadową zlać do cylindra miarowego, zanotować odczytaną objętość. 1. Oznaczyć zawartość zawiesiny w wodzie nadosadowej. 13. Oznaczyć uwodnienie osadu po odwirowaniu. 14. Powtórzyć oznaczenie dla innych prędkości obrotowych 000 i 500 obr/min. 15.Wyniki zestawić w Tabeli 1. 16. Na podstawie otrzymanych wyników określić optymalną prędkość obrotową i przedstawić ją w formie wielokrotności g. 16. Przeprowadzić kolejne odwirowania osadu z optymalną prędkością ustaloną w powyższym punkcie zadając jednak różne czasy odwirowywania 5, 3, 1 min. 17. W każdym przypadku wykonać oznaczenia: uwodnienia osadu odwirowanego, pomiaru ilości wody nadosadowej oraz zawartości zawiesin w wodzie nadosadowej. Wyniki zapisać w Tabeli. 18. Na podstawie otrzymanych wyników określić niezbędny czas odwirowania przy stałej prędkości 19. Określić odpowiadającą temu czasowi prędkość osiadania osadu wg wzoru: V V - prędkość osiadania zawiesin [mm/s] h 0 - wysokość słupa osadu w naczyńku przed odwirowaniem [mm] h 1 - wysokość słupa osadu w naczyńku po odwirowaniu [mm] t - czas odwirowania [s] h 0 t h 1 4
5. OPRACOWANIE WYNIKÓW Tabela 1. Efekt odwadniania osadów w zależności od prędkości obrotowej dla stałego czasu wirowania t = 5 min. Prędkość obrotowa [obr./min.] Oznaczenie Jednostka 1500 000 500 OSAD Objętość osadu Uwodnienie osadu [%] WODA NADOSADOWA Ilość wody nadosadowej Zawiesina ogólna [mg/dm 3 ] Tabela. Efekty odwadniania osadów przy stałej prędkości obrotowej i dla zmiennego czasu wirowania Prędkość obrotowa.. [obr./min] Oznaczenie Jednostka Czas wirowania [min] 5 3 1 OSAD Objętość osadu Uwodnienie osadu Wysokość osadu h 0 Wysokość osadu h 1 Prędkość osadzania osadu WODA NADOSADOWA Ilość wody nadosadowej Zawiesina ogólna [%] [mm] [mm] [mm/s] [mg/dm 3 ] Sprawozdanie z ćwiczenia powinno zawierać: omówienie zasad odwirowania osadów w wirówkach sedymentacyjnych, cel i zakres badań, opis przebiegu wykonania ćwiczenia, tabelaryczne zestawienie wyników (Tabela 1 i Tabela ), wnioski końcowe, w tym ocenę wpływu parametrów pracy wirówki na stopień odwadniania osadów oraz uzasadnienie wyboru optymalnych parametrów 5