1

 

 

UTYLIZACJA OSADÓW  

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. 
 
 
 
 
 
2. CEL I ZASADA BADANIA 

 

2

 

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

2

2

g

s

c

A

P

b

r













 

 
r  -  opór właściwy filtracji [s

2

/g] 

b  - tangens nachylenia prostej na wykresie t/v:v 
P  - podciśnienie - wielkość próżni [g/cm

2

]  

A - powierzchnia filtracji [cm

2

] 

 

- lepkość filtratu  0,01 [g/cm s] 

c  - lepkość osadu w jednostce objętości filtratu [g/cm

3

] 

 

C

C

C

C

C

P

P

K

K









1

100

100

 

 
C

p

  -  uwodnienie osadu surowego [%] 

C

k

  -  uwodnienie osadu po filtracji [%] 

 

Wielkość  oporu  filtracji  podaje  się  zazwyczaj  w  postaci  iloczynu  liczby 

wynikowej i 10 

7

 (np. 9,0∙10 

7 

s

2

/g). 

 
 
 
 
3. APARATURA I SPRZĘT 

 

3

 
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. 

 
 
 
4. WYKONANIE ĆWICZENIA 

 

4

 
1. Przygotować  około  200  cm

3

  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/cm

2

 → 0,1 bar). 

4. Na  lejek  Buchera  wlać  50  cm

3

 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/cm

2

 → 

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. 

 
 
 
5. OPRACOWANIE WYNIKÓW 

 

5

 

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 

[ s ] 

Wielkość podciśnienia 

... [g/cm

2

] 

... [g/cm

2

] 

 

Objętość filtratu  

V [cm

3

] 

t

i

/V

i

 

Objętość filtratu  

V [cm

3

] 

t

i

/V

i

 

5 

 

 

 

 

10 

 

 

 

 

15 

 

 

 

 

20 

 

 

 

 

25 

 

 

 

 

30 

 

 

 

 

… 

 

 

 

 

 

Tabela. 2. Wyniki odwadniania osadu na filtrze próżniowym. 

Oznaczenia 

Jednostki 

Typ tkaniny filtracyjnej 

 

 

              ……..….. 

Podciśnienie 

[g/cm

2

] 

 

 

OSAD 

Warstwa osadu przed filtracją 

 

[mm] 

 

 

Warstwa osadu po filtracji 

[mm] 

 

 

Objętość osadu przed filtracją 

[cm

3

] 

 

 

Objętość osadu po filtracji 

[cm

3

] 

 

 

Redukcja objętości osadu 

[%] 

 

 

Uwodnienie osadu surowego 

[%] 

 

 

Uwodnienie osadu po filtracji 

[%] 

 

 

Opór właściwy filtracji 

[s

2

/g] 

 

 

WODA OSADOWA

 

Końcowa ilość filtratu 

 

[cm

3

] 

 

 

Zawartość zawiesin w filtracie 

[mg/dm

3

]