cw._3._wirowka_sedymentacyjna

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
 
 r
30


2
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
(π2/g) = 1 otrzymano:
1

r

 n2
g 900
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.
2. 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.
2
3. APARATURA I SPRZĘT
 wirówka sedymentacyjna o regulowanej prędkości obrotowej do 4000
obr./min wraz z wyposażeniem,
Rys. 1. Schemat wirówki sedymentacyjnej: 1- obudowa, 2- 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
2. Pobrać 1 dm3 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 cm3 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.
12. Oznaczyć zawartość zawiesiny w wodzie nadosadowej.
13. Oznaczyć uwodnienie osadu po odwirowaniu.
14. Powtórzyć oznaczenie dla innych prędkości obrotowych 2000 i 2500
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 2.
18. Na podstawie otrzymanych wyników określić niezbędny czas
odwirowania przy stałej prędkości
19. Określić odpowiadającą temu czasowi prędkość osiadania osadu wg
wzoru:
V
h0  h1
t
V - prędkość osiadania zawiesin [mm/s]
h0 - wysokość słupa osadu w naczyńku przed odwirowaniem [mm]
h1 - wysokość słupa osadu w naczyńku po odwirowaniu [mm]
t - czas odwirowania [s]
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
2000
2500
OSAD
Objętość osadu
Uwodnienie osadu
[cm3]
[%]
WODA NADOSADOWA
Ilość wody nadosadowej
Zawiesina ogólna
[cm3]
[mg/dm3]
Tabela 2. Efekty odwadniania osadów przy stałej prędkości obrotowej i dla
zmiennego czasu wirowania
Oznaczenie
Jednostka
Prędkość obrotowa ……….. [obr./min]
Czas wirowania [min]
5
3
1
OSAD
Objętość osadu
[cm3]
Uwodnienie osadu
[%]
Wysokość osadu h0
[mm]
Wysokość osadu h1
[mm]
Prędkość osadzania osadu
[mm/s]
WODA NADOSADOWA
Ilość wody nadosadowej
Zawiesina ogólna
[cm3]
[mg/dm3]
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 2),
 wnioski końcowe, w tym ocenę wpływu parametrów pracy wirówki na stopień
odwadniania osadów oraz uzasadnienie wyboru optymalnych parametrów
5