ODWADNIANIE OSADU NA FILTRZE PRÓŻNIOWYM

PRZERÓBKA I UNIESZKODLIWIANIE
OSADÓW ŚCIEKOWYCH
Ćwiczenie
nr 1
ODWADNIANIE OSADU NA FILTRZE PRÓŻNIOWYM
1. CHARAKTERYSTYKA PROCESU
Jednym ze sposobów odwadniania osadów ściekowych jest ich filtracja przez
różnego rodzaju tkaniny filtracyjne. W zależności od sposobu wywołania siły
pozwalającej na oddzielenie cząsteczek wody z osadu wyróżniamy między innymi:
 filtrację ciśnieniową,
 podciśnieniową.
W filtrach próżniowych odwadnianie osadów polega na filtracji cieczy przez
warstwę osadu utworzoną na przegrodzie filtracyjnej (tkanina filtracyjna). W
filtrach próżniowych ciśnienie filtracji równe jest możliwej do uzyskania wartości
próżni i w większości przypadków nie przekracza 0,06 MPa.
W ćwiczeniu proces filtracji rozpoczyna się po wlaniu osadu na lejek
Buchera i wytworzeniu w kolbie szklanej podciśnienia. Uwodniony osad znajduje
się na granicy między dwoma naczyniami: lejkiem Buchnera, a szklaną kolbą w
których panują różne ciśnienia. Elementem zapobiegającym wessaniu całego osadu
do kolby szklanej jest tkanina filtracyjna. Pozwala ona na przedostanie się przez nią
jedynie cząsteczek wody zawartej w osadzie. Po odessaniu znacznej ilości wody na
tkaninie pozostaje odwodniony placek osadowy, który po pewnym czasie działania
różnicy ciśnień pęka. Pociąga to za sobą rozszczelnienie kolby i wyrównanie
ciśnień po obu stronach placka. Proces filtracji na filtrze próżniowym zostaje
zakończony.
Najistotniejszym parametrem charakteryzującym ten proces jest opór
właściwy filtracji. Stanowi on wielkość porównawczą dla własności fizycznych
różnych osadów. Opór właściwy filtracji jest wielkością wyjściową dla
projektowania filtrów próżniowych w skali technicznej.
1
2. CEL I ZASADA BADANIA
Celem badania jest określenie właściwości fizycznych osadu przy
odwadnianiu na filtrze próżniowym. W badaniu tym można określić następujące
parametry procesu:
 szybkość filtracji przy danym podciśnieniu (ilość filtratu uzyskaną
w określonym czasie filtracji),
 opór właściwy filtracji,
 stopień zanieczyszczenia filtratu.
Najważniejszą informacją uzyskaną z tego badania jest opór właściwy
filtracji. Jest on bowiem wielkością porównywalną dla różnych osadów
i wielkością umożliwiającą projektowanie filtrów próżniowych.
Równanie oporu właściwego filtracji wyliczone przez Carmena i Coackleya
na podstawie wzoru Polsseuilla i de’Arcy ma postać następującą:
2 b  P  A
r 
 c
2
s2
[
]
g
r - opór właściwy filtracji [s2/g]
b - tangens nachylenia prostej na wykresie t/v:v
P - podciśnienie - wielkość próżni [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  C P 100  C K
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).
2
3. APARATURA I SPRZĘT
Do wykonania ćwiczenia niezbędne są:
1. Zestaw do filtracji próżniowej:






lejek Buchnera,
tkanina filtracyjna,
kolba szklana pełniąca rolę zbiornika wyrównawczego,
cylinder miarowy,
wakuometr z dwoma zaworami odcinającymi,
pompa próżniowa.
2. Zestaw do określania uwodnienia osadu:





parownice,
waga analityczna,
łaźnia wodna,
suszarka,
eksykator.
3. Stoper.
3. Zestaw do określania zawiesiny.
Rys. 1. Zestaw laboratoryjny do filtracji próżniowej osadu.
1- lejek Buchera, 2- tkanina filtracyjna, 3- kolba szklana, 4- cylinder miarowy,
5- wakumetr, 6- zawory odcinające, 7- podłączenie do pompy próżniowej.
3
4. WYKONANIE ĆWICZENIA
1. Przygotować około 200 cm3 dobrze wymieszanego osadu oraz złożyć
laboratoryjny zestaw do filtracji próżniowej zgodnie z Rys. 1.
2. Na lejek Buchera w zestawie do filtracji położyć wybraną delikatnie zwilżoną
tkaninę filtracyjną.
3. Zamykając zawór od strony kolby szklanej włączyć pompę próżniową
i stopniowo otwierać zawór od strony pompy w celu osiągnięcia żądanej
wielkości próżni (ok. 102 g/cm2 → 0,1 bar).
4. Na lejek Buchera wlać 100 cm3 osadu. Z pozostałej ilości pobrać niewielka ilość
osadu w celu oznaczenia 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 %.
5. Określić grubość warstwy osadu na tkaninie filtracyjnej zanurzając w niej
próbnik.
6. Odkręcając zawór od strony kolby szklanej włączyć stoper.
7. Odczytywać w odstępach czasu ilość filtratu zgromadzoną w cylindrze
miarowym. Wyniki notować w Tabeli 1.
8. Z chwilą pęknięcia placka osadowego, co na wakuometrze obrazuje gwałtowny
spadek podciśnienia, przerwać pracę pompy i zamknąć zawory.
9. Określić grubość placka.
10. Pobrać niewielką ilość osadu z pękniętego placka w celu oznaczenia jego
uwodnienia.
11. W filtracie oznaczyć zawiesinę.
12. Analogiczną próbę filtracji przeprowadzić przy podciśnieniu (ok. 204 g/cm2 →
0,2 bar).
13. Obliczyć uwodnienie osadu surowego i po obu próbach filtracji.
14. Określić opór filtracji dla zastosowanych podciśnień.
15. Określić zmianę objętości osadu po zastosowaniu procesu filtracji wynikającą z
różnicy miąższości warstwy osadu przed i po filtracji.
4
5. OPRACOWANIE WYNIKÓW
Sprawozdanie z wykonanych badań powinno zawierać:





teoretyczną charakterystykę procesu filtracji,
metodykę badań,
obliczenia oraz tabele wyników,
wykresy t/v od v,
wnioski.
Tabela. 1. Ilość filtratu w zależności od czasu filtracji.
Czas
Wielkość podciśnienia
2
[s]
... [g/cm ]
... [g/cm2]
Objętość filtratu
Objętość filtratu
ti/Vi
3
V [cm ]
V [cm3]
5
10
15
20
25
30
…
ti/Vi
Tabela. 2. Wyniki odwadniania osadu na filtrze próżniowym.
Oznaczenia
Jednostki
Typ tkaniny filtracyjnej
……..…..
2
Podciśnienie
[g/cm ]
OSAD
Warstwa osadu po filtracji
Objętość osadu przed filtracją
Objętość osadu po filtracji
Redukcja objętości osadu
Uwodnienie osadu surowego
Uwodnienie osadu po filtracji
Opór właściwy filtracji
[mm]
[cm3]
[cm3]
[%]
[%]
[%]
[s2/g]
WODA OSADOWA
Końcowa ilość filtratu
Zawartość zawiesin w filtracie
[cm3]
[mg/dm3]
5