przerobka_i_unieszkodliwianie_osadow_sciekowych

PRZERÓBKA I
UNIESZKODLIWIANIE OSADÓW
ŚCIEKOWYCH
Ćwiczenie
nr 2
ODWADNIANIE OSADÓW PRZY POMOCY FILTRA
CIŚNIENIOWEGO
1. CHARAKTERYSTYKA PROCESU
Odwadnianie osadów ściekowych polega na obniżeniu zawartości wody w
takim stopniu, aby uwodnienie końcowe mieściło się w granicach 50 - 88%. Taki
sposób uwodnienia można uzyskać w warunkach naturalnych lub na
urządzeniach mechanicznych. Do urządzeń służących do mechanicznego
odwadniania osadów należą:
 filtry próżniowe,
 prasy filtracyjne,
 wirówki .
Prasy do osadów są to właściwie filtry ciśnieniowe, w których osad
odfiltrowuje się przez tkaniny napięte między szeregiem stalowych ram. Osad
pozostaje 1÷2 h pod ciśnieniem 0,6÷0,8 MPa i po odwodnieniu jest usuwany.
Filtrację ciśnieniową stosuje się dla osadów trudno odwadniających się
i wszędzie tam, gdzie istotne jest uzyskanie osadu maksymalnie odwodnionego o
zawartości wody  60%. Z tego względu filtry ciśnieniowe stosuje się do
odwadniania osadów z miejskich oczyszczalni ścieków, osadów związków
metali wytrącanych ze ścieków galwanicznych, w przemyśle ceramicznym.
Filtracja ciśnieniowa jest obecnie realizowana w następujących rodzajach
urządzeń:
 w prasach filtracyjnych komorowych,
 w prasach filtracyjnych taśmowych,
 w ciśnieniowych filtrach dynamicznych.
We wszystkich rodzajach pras separacja wody osadowej od cząstek stałych
zachodzi w wyniku zastosowanego ciśnienia.
Przebieg odwadniania osadu zależy od stosowanego ciśnienia, rodzaju
tkaniny filtracyjnej, zawartości substancji stałych w odwadnianym osadzie oraz
właściwości filtracyjnych osadów. Dla zapewnienia dobrych efektów
odwadniania, osady kierowane na prasy filtracyjne są wstępnie przygotowywane,
głównie kondycjonowane polimerami lub wapnem. Dobre efekty odwadniania
1
uzyskać można dla osadów zawierających głównie związki wapnia, bez
dawkowania do nich substancji wspomagających.
Przegrody filtracyjne dobiera się do rodzaju osadu i cieczy filtrowanej.
Muszą byś one w miarę możliwie trwałe w warunkach pracy (odporne na
działanie temperatury, pH, cieczy filtrowanej oraz muszą posiadać odpowiednią
wytrzymałość mechaniczną).
Podstawy metodyczne dla badań technologicznych filtracji ciśnieniowej
osadów na skalę półtechniczną lub techniczną opracowali niezależnie od siebie
Kiesskalt, Hopfer, Stalman i Zingler. Przebieg procesu odwadniania osadów w
prasach filtracyjnych opisali oni przy pomocy następującej przybliżonej funkcji:
Vi = C·Tfm [dm3/m2]
gdzie:
Vi - ilość filtratu przypadająca na m2 powierzchni filtracji;
C - stała doświadczalna, wyrażona w jednostkach ilości filtratu na 1 m2
powierzchni i minutę czasu filtracji;
tf - czas filtracji w minutach;
m - stała doświadczalna.
W oparciu o powyższy wzór można na drodze doświadczalnej ustalić
wydajność procesu filtracji, grubość komory filtracyjnej i ciśnienie filtracji.
W warunkach laboratoryjnych najczęściej badanymi parametrami procesu
są: ciśnienie robocze, rodzaj tkaniny filtracyjnej, rodzaj i dawki środków
wspomagających. Od ciśnienia roboczego filtracji zależy wielkość oporu
właściwego filtracji, a więc pośrednio czas filtracji osadu. Rodzaj tkaniny
wpływa głównie na jakość filtratu, tzn. ilość zawiesin i stopień zanieczyszczenia
filtratu.
Tkaniny filtracyjne można podzielić na gęste, czyli o bardzo małych porach
w strukturze tkaniny, średnie i rzadkie - o stosunkowo dużych prześwitach w
układzie włókien. W celu otrzymania filtratu o wysokiej przezroczystości i
małym zanieczyszczeniu należy stosować tkaniny gęste. Jednakże dla filtracji
niektórych osadów o strukturze kłaczkowatej, np. po procesie wstępnej
koagulacji wystarczą tkaniny rzadkie.
W celu badania tkaniny należy wykonać kilka prób filtracji osadu przez
różne typy tkanin, za każdym razem stosując to samo ciśnienie filtracji. Podobnie
przeprowadzamy badanie doboru rodzaju i dawki koagulantu, stosując tę samą
tkaninę i wybraną wielkość ciśnienia filtracji. Na podstawie otrzymanych
pomiarów ilości przesączu w czasie filtracji oraz uwodnienia osadu przed i po
filtracji należy obliczyć opór właściwy filtracji dla każdej z prób. Ponadto stopień
zanieczyszczenia filtratu. Na podstawie uzyskanych wyników dokonuje się
doboru właściwej tkaniny filtracyjnej bądź określonej dawki koagulantu.
2
2. CEL I ZASADA BADANIA
Zasadniczymi parametrami charakteryzującymi proces odwadniania danego
osadu na prasie filtracyjnej jest ciśnienie robocze i rodzaj tkaniny filtracyjnej,
rodzaje i dawki środków wspomagających proces odwadniania osadów, grubość
komór filtracyjnych, wydajność procesu filtracji.
Do przygotowania osadów przed odwadnianiem w prasach filtracyjnych
stosuje się najczęściej sole glinu lub żelaza. Spośród soli glinu najbardziej
popularny jest siarczan glinu Al2(SO4)3 x 18 H2O, do najbardziej popularnych soli
żelaza stosowanych w koagulacji osadów należą: siarczan żelazawy FeSO4 x 7
H2O, siarczan żelazowy Fe2(SO4)3 x 9 H2O, chlorek żelazowy FeCl3. Podczas
koagulacji osadów przed odwadnianiem w procesach filtracyjnych należy prawie
zawsze liczyć się z koniecznością stosowania dużych dawek środków
chemicznych dochodzących do 60% suchej masy osadów.
Równanie oporu właściwego filtracji wyliczone przez Carmena
i Coackleya na podstawie wzoru Polsseuilla i de’Arcy ma postać
następującą:
2 b  P  A2 s2
r
[ ]
 c
g
r - opór właściwy filtracji [s2/g]
b - tangens nachylenia prostej na wykresie t/V : V
P - nadciśnienie [g/cm2]
A - powierzchnia filtracji [cm2]
 - lepkość filtratu   0,01 [g/cm s]
c - lepkość osadu w jednostce objętości filtratu [g/cm3]
C
1
CP
CK

100  CP 100  CK
Cp - uwodnienie osadu surowego [ % ]
Ck - uwodnienie osadu po filtracji [ % ]
Wielkość oporu filtracji podaje się zazwyczaj w postaci iloczynu liczby
wynikowej i 10 7 (np. 9,0∙10 7 s2/g).
3
3. APARATURA I SPRZĘT
1. Laboratoryjny zestaw do filtracji ciśnieniowej wg Rys. 1.
 tkaniny filtracyjne o różnej gęstości,
 manometr.
2. Zestaw do określania uwodnienia osadu:





parownice,
waga analityczna,
łaźnia wodna,
suszarka,
eksykator.
3. Stoper.
4. Zestaw do określania zawiesiny.
Rys. 1. Schemat stanowiska do filtracji ciśnieniowej.
1- kolumna ciśnieniowa, 2- mocowanie tkaniny filtracyjnej, 3- manometr,
4- zawór odcinający dopływ powietrza, 5- zawór regulujący ciśnienie,
6- cylinder miarowy, 7- statyw.
4
4. SPOSÓB WYKONANIA ĆWICZENIA
1. Do wykonania ćwiczenia należy przygotować około 0,5 dm3 dobrze
wymieszanego osadu.
2. Pobrać niewielką ilość osadu w celu określenia jego 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 %.
3. Założyć do filtra jedną z tkanin filtracyjnych wskazaną przez prowadzącego
ćwiczenia.
4. Do kolumny ciśnieniowej wlać 50 cm3 osadu.
5. Zamknąć kolumnę filtracyjną. Włączyć dopływ sprężonego powietrza.
6. Ustalić odpowiednie ciśnienie (wartość wskazuje prowadzący) na
manometrze przy pomocy zamknięcia na odprowadzeniu powietrza z
kolumny.
7. Odczytywać w odstępach czasu ilość filtratu zgromadzoną w cylindrze
miarowym (wyniki notować w Tabeli 1), aż do momentu gwałtownego
spadku ciśnienia na manometrze spowodowanego pęknięciem placka
osadowego.
8. Zamknąć dopływ powietrza.
9. Rozkręcić filtr i zmierzyć grubość placka osadowego przy pomocy
próbnika.
10. Pobrać próbkę odwodnionego osadu w celu określenia jego uwodnienia.
11. W filtracie oznaczyć zawiesinę.
12. Ćwiczenie powtórzyć zakładając do filtra inną tkaninę filtracyjną.
13. Obliczyć uwodnienie osadu surowego i po obu próbach filtracji.
14. Określić opór filtracji dla zastosowanych tkanin filtracyjnych.
15. Określić zmianę objętości osadu po zastosowaniu procesu filtracji wynikającą
z różnicy miąższości warstwy osadu przed i po filtracji.
5
5. OPRACOWANIE WYNIKÓW
Sprawozdanie z wykonanego ćwiczenia powinno zawierać:





krótką charakterystykę procesu filtracji ciśnieniowej,
metodykę badań,
obliczenia oraz tabele wyników,
wykresy t/v od v,
wnioski.
Tabela. 1. Ilość filtratu w zależności od czasu filtracji.
Czas
[s]
Rodzaj tkaniny filtracyjnej
……..
Objętość filtratu
V [cm3]
ti/Vi
……..
Objętość filtratu
V [cm3]
ti/Vi
5
10
15
20
25
30
…
Tabela 2. Wyniki odwadniania osadu na filtrze ciśnieniowym przy użyciu
różnych tkanin filtracyjnych..
Oznaczenia
Jednostki
Typ tkaniny filtracyjnej
……..
……..
[g/cm2]
Podciśnienie
OSAD
Grubość placka osadowego
Objętość osadu przed filtracją
Objętość osadu po filtracji
Redukcja objętości osadu
Uwodnienie osadu surowego
Uwodnienie osadu po filtracji
Opór właściwy filtracji
[mm]
[mm]
[mm]
[%]
[% ]
[%]
[s2/g]
FILTRAT
Końcowa ilość filtratu
Zawartość zawiesin w filtracie
[cm3]
[mg/dm3]
6
7