ODWADNIANIE OSADÓW PRZY POMOCY WIRÓWKI

PRZERÓBKA I UNIESZKODLIWIANIE
OSADÓW ŚCIEKOWYCH
Ćwiczenie
nr 3
ODWADNIANIE OSADÓW PRZY POMOCY
WIRÓWKI SEDYMENTACYJNEJ
1. CHARAKTERYSTYKA PROCESU
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 lub okresowej.
Efekt odwadniania osadów na wirówkach zależy od przeciążenia. Im
jest ono większe tym lepszy efekt odwirowania. Przeciążenie jest mierzone
wielokrotnością przyśpieszenia ziemskiego g i jest ono tym większe im
większa jest prędkość obrotowa wirówki. Do obliczenia przyśpieszenia
dośrodkowego wirówki potrzebna jest prędkość obrotowa danej wirówki
i promień wirowania. Mając te wielkości możemy obliczyć przyśpieszenie
dośrodkowe ze wzoru:
2
 n 
 
 r
 30 
Nowoczesne wirówki przemysłowe pozwalają osiągnąć przyśpieszenie
od kilkuset do tysiąca g.
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
1
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.
Dopiero po zakończeniu tych badań uzyskuje się wyniki
charakteryzujące proces odwadniania w wirówkach sedymentacyjnych:
 prędkość odwirowania - wielokrotność g,
 czas odwirowania - prędkość osadzania cząstek,
 jakość osadu i wody w danych warunkach odwirowania.
3. APARATURA I SPRZĘT
Do wykonania niniejszego ćwiczenia niezbędne są:
1. Wirówka sedymentacyjna o pojemności naczyniek co najmniej 100 cm3.
1- obudowa, 2- pokrywa, 3obejma na naczyńko szklane, 4wahliwe
zamocowanie
na
naczyńko, 5- odwirowany osad w
naczyńku, 6- silnik
Rys. 1. Schemat wirówki sedymentacyjnej.
2. Zestaw do oznaczania uwodnienia osadu:
 łaźnia wodna, parownice, waga analityczna,
 suszarka, eksykator.
2
3. Zestaw do oznaczenia zawiesiny.
4. WYKONANIE ĆWICZENIA
1. Pobrać 2 dm3 osadu i dobrze wymieszać.
2. 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 %,
 uwodnienie osadu jest różnicą pomiędzy 100 % a zawartością suchej
masy w %,
3. Do dwóch szklanych naczyniek wchodzących do wirówki odmierzyć po
50 cm3 osadu.
4. Zrównoważyć naczyńka z osadem w celu uniknięcia nierównomiernej
pracy wirówki.
5. Zmierzyć wysokość osadu w naczyńku.
6. Umieścić naczyńka w wirówce na przeciw siebie.
7. Zmierzyć promień wirowania.
8. Ustawić wirówkę na parametry: czas wirowania 5 min, obroty 1500
obr/min i po zamknięciu pokrywy rozpocząć wirowanie.
9. Po zatrzymaniu się wirówki zmierzyć wysokość osadu w naczyńku oraz
zmierzyć ilość wody nadosadowej za pomocą cylindra miarowego.
10. Oznaczyć uwodnienie osadu po odwirowaniu.
11. W wodzie nadosadowej oznaczyć zawiesinę.
12. Powtórzyć oznaczenie dla innej prędkości obrotowej np. 2000 lub 2500
obr/min.
13. Na podstawie otrzymanych wyników określić optymalną prędkość
obrotową i przedstawić ją w formie wielokrotności g:
2
  n 
 
 r
 30 
n - liczba obrotów wirówki, [obr/min]
r - promień wirowania, [m]
3
Określając przyśpieszenie
przyśpieszenia ziemskiego g
g otrzymując:
dośrodkowe opisywane wielokrotnością
dzielimy powyższe równanie przez
2
 n r

 
g  30  g
 2 n2


r
g
g 900
2
Ponieważ
 1 można więc przyjąć
g

r

 n2
g 900
16. Przeprowadzić kolejne odwirowania osadu z optymalną prędkością
ustaloną w powyższym punkcie zadając jednak różne czasy wirowania
5, 3, 1 min.
17. W każdym przypadku wykonać oznaczenia: uwodnienia osadu
odwirowanego, ilości wody nadosadowej oraz zawiesiny. Wyniki zapisać w
Tab. 1. i Tab. 2.
18. Na podstawie otrzymanych wyników określić niezbędny czas
odwadniania 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





Sprawozdanie z ćwiczenia powinno zawierać:
omówienie zasad odwirowania osadów w wirówkach,
opis przebiegu wykonania ćwiczenia,
charakterystykę osadu użytego do badań,
tabele wyników,
wnioski końcowe, w tym uzasadnienie wyboru optymalnych
parametrów.
Tab.1. Efekt odwadniania osadu przy stałym czasie wirowania t = 5 min
w zależności od prędkości obrotowej.
Prędkość obrotowa [obr./min]
Oznaczenie
Jednostka
1500
2000
2500
OSAD
Uwodnienie osadu
Wysokość osadu h0
Wysokość osadu h1
[%]
[mm]
[mm]
WODA NADOSADOWA
Ilość wody nadosadowej
[cm3]
Zawiesina ogólna
[mg/dm3]
Uwodnienie osadu surowego: ….. [%]
Tab.2. Efektywność odwadniania osadów przy stałej prędkości obrotowej i
zmiennym czasie wirowania.
Prędkość obrotowa …… [obr./min]
Czas wirowania [min]
Oznaczenie
Jednostka
5
3
1
OSAD
Uwodnienie osadu
Wysokość osadu h0
Wysokość osadu h1
[%]
[mm]
[mm]
WODA NADOSADOWA
Ilość wody nadosadowej
[cm3]
Zawiesina ogólna
[mg/dm3]
Uwodnienie osadu surowego: ….. [%]
5