1

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.

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 cm

3

przesączu z 1 dm

3

po 1 godzinie odwadniania. Trudno

odwadniający się osad daje w tych samych warunkach 20 - 50 cm

3

przesączu.

Osad w fazie koloidalnej odwadnia się bardzo trudno co obrazuje mała

a – zakres stałej szybkości

zagęszczania,

b – zakres spadku prędkości

zagęszczania

2

ilość przesączu. Osad taki po dodaniu odpowiedniej dawki koagulanta
np. FeCl

3

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. [%] lub

[%]

100

)

(

c

b

a

X







u

s

m

m

o

m

s



.

.

.

· 100%

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.

t

h

h

V

1

0





, [mm/s]

V – prędkość zagęszczania w pierwszej strefie, [mm/s]
h

0

– początkowa wysokość słupa osadów, [mm]

h

1

– wysokość słupa osadu po czasie t, w którym osad zagęszcza się z jednakową

stałą prędkością, [mm].

m

s

– masa osadu po suszeniu, [g]

m

u

– masa osadu uwodnionego, [g]

3

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:


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 os

tygnięcia 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 %.

II.

Przygotowanie prób osadu do
badania:

1. Do 3 zlewek o poj. 2 dm

3

odmierzyć

po 1100 cm

3

dobrze wymieszanego

osadu.

2. Do zlewek nr 2 i 3

odmierzyć

określone przez prowadzącego
dawki koagulanta (FeCl

3

) np. 100,

200, 300, 400, 500, 600, 700, 800
[mg/dm

3

]. Osad w zlewce nr 1

stanowi próbę porównawczą.

3.

Ustawić zlewki w koagulatorze
i

nastawić szybkie mieszanie przez

1 min.

4. U

stawić 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.

4

III.

Określanie

szybkości

zagęszczania grawitacyjnego
osadów:

1.

Do

oznaczenia

wykorzystać

przygotowane

wcześniej

próbki

osadów. Do odpowiednich lejów
Imhoffa

przelać po 1000 cm

3

osadu.

2.

W początkowym okresie w
odstępach czasu co 5 min
notowa

ć 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 cm

3

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.

5

Tabela do pkt. III: Wyniki badania zagęszczania grawitacyjnego osadów.

Oznaczenia

Jednostka

Numer próby

Wysokość warstwy
osadu po czasie

1

2

3

0

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
η

z

= 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

Jednostka

Numer próby

Objętość przesączu
po czasie

1

2

3

15

min

30

min

45

min

60

min

Uwodnienie osadu
przed filtracją

%

Uwodnienie osadu
filtracji

%