1. Wiadomości ogólne

Odwadnianie osadów ściekowych jest ważnym elementem procesu przeróbki osadów, ułatwiającym dalszą obróbkę, ze względu na zredukowanie ich masy i objętości. Celem odwadniania jest rozdział osadu na suchy placek i czysty pozbawiony zawiesin filtrat. Proces odwadniania powinien być poprzedzony zagęszczaniem (koszty odwadniania wyraźnie maleją wraz ze wzrostem s.m. w osadzie). Najogólniej wodę zawartą w osadach można podzielić na wodę wolną oraz związaną. Znajomość zawartości poszczególnych frakcji wody w osadach pozwala oszacować granicę, do której można odwodnić dany rodzaj osadu. Szeroko prowadzone badania nad procesem odwadniania wykazały, ze istotny wpływ na przebieg procesu i efekt końcowy ma wiele czynników, należą do nich przede wszystkim:

- zawartość substancji stałych,

- uwodnienie początkowe,

- jakość osadu,

- wstępne przygotowanie osadów,

- opór właściwy.

Efektywność procesu odwadniania zależy od zdolności filtracyjnych substancji stałych w odwadnianych osadach oraz od warunków prowadzenia procesu.

Cząsteczki zawiesin osadów ściekowych mają różne kształty i wymiar, które pod wpływem działania sił zewnętrznych (ciśnienia) ulegają deformacji. Deformacja cząstek zmniejsza porowatość osadów, zwiększając tym samym opór przepływu filtratu. Najbardziej ściśnięte warstwy osadów powodują zwiększenie sił oddziałujących na cząstki stałe osadów, a to pociąga za sobą dalsze zmniejszenie porowatości warstw osadów znajdujących się najbliżej przegrody filtracyjnej, a tym samym wzrost oporu przegrody filtracyjnej. W celu odfiltrowania wody z górnych warstw osadów należy pokonać narastający opór filtracji powstałego placka osadu. O osiągnięciu granicznego stopnia odwodnienia osadów decydują, więc hydrodynamiczne warunki panujące w różnych urządzeniach do odwadniania oraz możliwości minimalizacji negatywnych zjawisk filtracji osadów ściekowych poprzez system sterowania instalacją. Już w początkowej fazie badań prowadzonych nad procesem odwadniania osadów stwierdzono, że wykorzystując ogólnie znane procesy fizyczne oraz chemiczne do wstępnego przygotowania osadów, uzyskuje się znaczną poprawę efektów odwadniania.

Proces przygotowania osadów do odwadniania określa się mianem kondycjonowania. Osady można kondycjonować związkami żelaza, glinu, wapnia, choć obecnie w praktyce preferowane są głównie spolimeryzowane związki organiczne (polielektrolity) o dużym ciężarze cząsteczkowym wynikającym z ich budowy chemicznej. Istotnym czynnikiem decydującym o efekcie odwadniania osadów, oprócz rodzaju zastosowanego polielektrolitu, jest właściwy dobór dawki. Prowadzone badania dowodzą, że nie ma reguł w doborze odpowiedniej dawki polielektrolitu. Dobór powinien być przeprowadzany na podstawie doświadczeń eksperymentalnych wykonanych osobno w każdej oczyszczalni ścieków. Jednakże niewłaściwy dobór dawki polielektrolitu może spowodować zwiększone koszty związane ze zużyciem substancji, to również może decydująco pogorszyć efekt odwadniania.

Osady należą do substancji trudno odwadnianych i bez wstępnego przygotowania efekty odwadniania i stopień rozdziału są bardzo niskie. Odwadnianie jest procesem, który:

- zmniejsza koszty dalszej przeróbki osadów,

- pozwala na ich termiczną obróbkę,

- ułatwia transport.

Osad wstępny powstaje w wyniku sedymentacji łatwo opadających zawiesin w osadniku wstępnym. Usuwa się zwykle w ten sposób prawie 60% zawiesiny ogólnej i 30% zanieczyszczeń określanych parametrem BZT₅. Stosowane chemiczne wspomaganie sedymentacji wstępnej poprawia efekty usuwania BZT₅ do 60%, ale w konsekwencji zwiększa ogólną ilość osadów powstających w oczyszczalni - niekiedy o 30%, stąd wstępne strącanie nie jest powszechnie zalecane. Osad wstępny jest dziś czasem cennym materiałem, z którego uzyskuje się niskocząsteczkowe kwasy tłuszczowe zwane lotnymi (LKT). Uzyskane kwasy stanowią źródło węgla dla mikroorganizmów podczas biologicznego oczyszczania ścieków.

Osad biologiczny tzn. wtórny (nadmierny) powstaje jako wynik biologicznego rozkładu związków organicznych, nie usuniętych w osadniku wstępnym - czyli ok. 70% BZT₅ ścieków surowych.

Osad nadmierny stanowią komórki „przyrastającej” masy osadu czynnego i pozostałej po sedymentacji wstępnej zawiesiny ogólnej. W zależności od czasu przetrzymania osadu (tzw. wieku osadu) w procesie biologicznym wytwarza się od 0,2 do 0,8 kg suchej masy osadu (s.m.) na 1 kg usuniętego BZT₅. Skład osadów jest ważny z powodu wyboru sposobu stabilizacji, możliwości jego ostatecznego unieszkodliwiania, jest podstawą do oceny prawidłowości przebiegu procesu stabilizacji oraz oceny stabilności osadu. Skład uzależniony jest od rodzaju i ilości zanieczyszczeń usuwanych ze ścieków.

2. Cel i zakres badania

Celem ćwiczenia jest ocena stopnia odwodnienia osadu w zależności od dawki polielektrolitu poprzez określenie procentowej zawartości suchej masy osadu w ściekach surowych oraz w próbkach ścieków z dawką polielektrolitu odpowiednio: 8ml i 24ml.

Podstawowy zakres ćwiczenia obejmuje zważenie próbek:

- z surowym osadem ściekowym

- z dawką polielektrolitu 0,05%: 8ml i 24ml

a następnie ich odwirowanie, odparowanie, wysuszenie oraz ponowne zważenie.

3. Wyniki badań procesu

Tabela nr 1 Wyniki uzyskane podczas badań.

Oznaczenie parowniczek	Waga czystych parowniczek [g]	Waga parowniczek z mokrym osadem ściekowym [g]	Waga parowniczek z osadem ściekowym po suszeniu [g]	Uwodnienie osadu [%]	Wyliczona zawartość suchej masy osadu [%]	Wyliczona dawka polimeru [g/kg s.m.o.]
P1. Ścieki surowe	52,222	76,392	53,007	96,8	3,2	-
P2. Dawka polielektrolitu 8ml	44,481	54,135	45,271	91,9	8,1	5
P3.Dawka polielektrolitu 24ml	43,962	52,442	46,026	75,7	24,3	15

Obliczenia:

Numeracja przed obliczeniem odpowiada numerowi odpowiedniej parowniczki z Tabeli nr 1

a) masa wody = [waga parowniczek z mokrym osadem] - [masa po suszeniu]

1) 76,392g - 53,007g = 23,385 g

2) 54,135g - 45,271g = 8,8640 g

3) 52,442g - 46,026g = 6,4160 g

b) sucha masa osadu = [masa po suszeniu] - [ waga czystych parowniczek]

P1) 53,007g - 52,222g = 0,785g

P2) 45,271g - 44,481g = 0,790g

P3) 46,026g - 43,962g = 2,064g

c) masa wody + sucha masa osadu

P1) 23,385g + 0,785g = 24,17g

P2) 8,8640g + 0,790g = 9,65g

P3) 6,4160g + 2,064g = 8,48g

d) obliczenie uwodnienia osadów

P1) 24,17g - 100%

23,385g - U₁

P2) 9,65g - 100%

8,864 g - U₂

P3) 8,48g - 100%

6,416 g - U₃

e) obliczenie zawartości suchej masy osadu

1) 100% - U₁ = 100% - 96,8% = 3,2%

2) 100% - U₂ = 100% - 91,9% = 8,1%

3) 100% - U₃ = 100% - 75,7% = 24,3%

4. Wyznaczenie optymalnej dawki polielektrolitu

a) Wyliczając zawartość wagową polielektrolitu w suchej masie próbki przy odpowiedniej dawce polielektrolitu możemy wyznaczyć procentową zawartość polielektrolitu w suchej masie osadu:

P2) 0,05% - 100g

0,05g - 100ml

x₁ - 8 ml

P3) 0,05g - 100ml

x₁ - 24 ml

b) Wyliczenie procentowej ilości polielektrolitu w suchej masie surowego osadu:

dla próbki z dawką 8ml polielektrolitu

dla próbki z dawką 24ml polielektrolitu

c) Wyliczenie dawki polimeru

dla próbki z dawką 8ml polielektrolitu

dla próbki z dawką 24 ml polielektrolitu

d) Wyznaczenie optymalnej dawki polielektrolitu

Wg danych literaturowych ¹⁾ uwodnienie osadu nadmiernego powinno być w granicach: 82-86%

Wyliczamy dawkę polielektrolitu aby uwodnić osad do zakresu wymienionego wyżej.

Jeśli przy dawce polielektrolitu 15 [g/kg s.m.o] uwodniliśmy osad do poziomu 75,7%

to:

15 [g/kg s.m.o.] - 75,7%

x - 82 %

Czyli optymalna dawka polielektrolitu zawiera się w przedziale [16,25 - 17,04 [g/kg s.m.o.]]

5. Wnioski końcowe

Z przeprowadzonych przez na badań wynika, że aby poprawnie przygotować osad do dalszej obróbki to należałoby zastosować wyliczoną optymalną dawkę polielektrolitu mieszczącą się w przedziale [16,25 - 17,04 [g/kg s.m.o.]]

4

---