GRAWITACYJNE ZAGĘSZCZANIE OSADÓW

Utylizacja osadów
ściekowych
Ćwiczenie nr 5
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 osadu.
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 cm3 przesączu z 1 dm3 po 1 godzinie odwadniania. Trudno
odwadniający się osad daje w tych samych warunkach 20 - 50 cm3 przesączu.
Osad w fazie koloidalnej odwadnia się bardzo trudno co obrazuje mała
1
ilość przesączu. Osad taki po dodaniu odpowiedniej dawki koagulanta
np. FeCl3 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 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 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.
X = 100% - s.m.o. [%]
s.m.o. 
ms
· 100%
mu
lub
X 
(a  b)  100
[%]
c
ms – masa osadu po suszeniu, [g]
mu – 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 
h0  h1
, [mm/s]
t
V – prędkość zagęszczania w pierwszej strefie, [mm/s]
h0 – początkowa wysokość słupa osadów, [mm]
h1 – 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 osadu.
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:
II. Przygotowanie prób osadu do
badania:
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 %.
1. Do 3 zlewek o poj. 2 dm3 odmierzyć
po 1100 cm3 dobrze wymieszanego
osadu.
2. Do zlewek nr 2 i 3 odmierzyć
określone przez prowadzącego
dawki koagulanta (FeCl3) np. 100,
200, 300, 400, 500, 600, 700, 800
[mg/dm3]. 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
1. Do
oznaczenia
wykorzystać
przygotowane
wcześniej
próbki
osadów. Do odpowiednich lejów
Imhoffa przelać po 1000 cm3 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.
IV.
Test odwadniania osadu na
sączku
1. Sączki średniej twardości należy
pofałdować i zwilżyć wodą.
2. Do
oznaczenia
wykorzystać
przygotowaną wcześniej próbkę
100 cm3 dobrze
wymieszanego
osadu.
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
Wysokość warstwy
osadu po czasie
0
Numer próby
Jednostka
1
2
3
min.
5
min.
10
min.
15
min.
20
min.
30
min.
…
min.
Uwodnienie osadu:
- początkowe
-końcowe
%
%
s.m. osadu
- początkowa (s.m.0)
- końcowa (s.m.k)
%
%
Stopień zagęszczania
ηz = s.m.0 / s.m.k
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
Numer próby
Jednostka
Objętość przesączu
po czasie
1
15
min
30
min
45
min
60
min
Uwodnienie osadu
przed filtracją
%
Uwodnienie osadu
filtracji
%
2
3
5