|
UNIWERSYTET ZIELONOGÓRSKI Instytut Inżynierii Sanitarnej Zakład Technologii Wody, Ścieków i Odpadów |
Ćwiczenia laboratoryjne z Technologii Ścieków
Odwadnianie osadów ściekowych
WYKONAŁ:
Damian Pietrzak
Grzegorz Wierzbicki
Adam Podczaszyński
1.WSTĘP TEORETYCZNY
Odwadnianie jest procesem usuwania wody z osadu w celu zmniejszenia jego objętości. Woda wolna jest usuwana z osadu w procesie zagęszczania. Woda kapilarna usuwana jest w procesie odwadniania mechanicznego lub odwadniania naturalnego. Woda ta występuje w zakresie uwodnień od 50% do 80%. Woda związana (adsorpcyjna) usuwana jest w procesach suszenia. Woda związana przy uwodnieniach od 0,1% do 50%. Odwodnienie stosuje się zarówno dla osadów surowych jak i dla osadów po stabilizacji.
Odwadnianie jest jedną z metod przeróbki osadów ściekowych. Odwadnianiu można poddawać osady wstępnie ustabilizowane, jak też bez ich wcześniejszej biologicznej stabilizacji. Celem odwodnienia jest obniżenie zawartości wody w takim stopniu, aby stanowiła ona 50 - 88% masy osadów.
Jedną z metod usuwania wody z osadu jest odwadnianie naturalne. Odwadnianie to wykorzystuje naturalne procesy filtracji i parowania. Odwadnianie naturalne prowadzone jest na poletkach osadowych lub w lagunach osadowych. W urządzeniach tych odwadniać należy osady ustabilizowane lub osady mineralne. Szybkość odwadniania osadu (szybkość oddawania wody) zależy od grubości warstwy osadu, struktury osadu (wymiary cząstek) oraz wilgotności i temperatury.
Popularnym urządzeniem do odwadniania naturalnego w małych oczyszczalniach są poletka osadowe. Filtracja cieczy nadosadowej przez warstwę osadu i warstwę piasku zależy od ich oporu właściwego. Z uwagi na nieduże ciśnienie filtracji oraz w większości duży opór właściwy osadu, udział filtracji przy odwadnianiu na poletku jest niewielki. Dominującym procesem decydującym o odwadnianiu (usuwanie wody kapilarnej i wolnej) jest bilans opadu i parowania. Jeżeli parowanie przewyższa opad, wówczas następuje odwadnianie osadu. W sytuacji odwrotnej następuje nawadnianie osadu.
Laguny osadowe są drugim przykładem odwadniania naturalnego. Są to zbiorniki, najczęściej ziemne, o wysokości warstwy osadu od 1 do 2 m. procesy jednostkowe odwadniania w lagunach są takie same jak przy poletkach osadowych. Z uwagi na znacznie większą grubość warstwy osadu, efektywność odwadniania w lagunach jest znacznie niższa niż na poletkach.
Kolejną metodą usuwania wody z osadu jest odwanianie mechaniczne. Odwadnianie mechaniczne usuwa z osadów wodę wolną oraz wodę kapilarną. Odwadnianie mechaniczne wykorzystuje:
siły odśrodkowe (wirówki),
filtrację cieczy przez warstwę osadu (prasy filtracyjne, prasy filtracyjno - taśmowe, filtry próżniowe, prasy śrubowe),
procesy termiczne.
Przy odwadnianiu mechanicznym stosuje się tak zwane kondycjonowanie osadu, które ma na celu poprawę szybkości odwadniania w wyniku zmniejszenia oporu właściwego. Obecnie do kondycjonowania stosuje się głównie polimery. Polimery te należy dobierać indywidualnie do każdego osadu.
Najbardziej popularną metodą usuwania wody z osadu przy odwadnianiu mechanicznym jest zastosowanie wirówki. Z wielu typów wirówek przemysłowych, do odwadniania osadów stosuje się wirówki walcowo - stożkowe. W wirówkach wykorzystuje się sedymentację cząstek osadu, lecz o znacznie zwiększonej prędkości sedymentacji, wynikającej z dużych wartości przyspieszenia. W wirówkach tych wyróżnik przyspieszenia, tj. stosunek przyspieszenia odśrodkowego do przyspieszenia ziemskiego, wynosi od 1000 do 2000. Wielkościami wpływającymi na efekty odwadniania osadów w wirówkach są:
średnica bębna i liczba obrotów (wyróżnik przyspieszenia)
grubość warstwy osadu w bębnie
natężenie dopływu osadu
rodzaj i dawka polimeru
2.WYKONANIE ĆWICZENIA
Osad ściekowy poddałem procesowi odwadniania w wirówce. W tym celu wlałem do probówki wirowniczej 50 ml osadu i następnie poddawałem wirowaniu z prędkościami obrotowymi 1000, 2000 i 3000 obr/min w czasie 2, 3, 4 min.
Następnie określiłem objętość cieczy nadosadowej i uwodnienie osadu odwirowanego. W surowym osadzie oznaczyłem suchą pozostałość po prażeniu.
Każdą próbkę ścieków poddawałem wirowaniu dwukrotnie a następnie do obliczeń wziąłem wartość uśrednioną.
Wyniki badań zestawiłem w poniższej tabeli:
Tabela 1. Efekty odwadniania osadów ściekowych w zależności od prędkości wirowej i czasu wirowania.
Prędkość obrotowa obr/min |
|
Czas wirowania |
||
|
|
2 min |
3 min |
4 min |
1000 |
V0 [cm3] |
19,5 |
17,0 |
16,5 |
|
SM [g] |
19,5 |
17,0 |
16,5 |
|
Vk [%] |
39,2 |
51,4 |
53,6 |
2000 |
V0 [cm3] |
10,5 |
9,5 |
9,0 |
|
SM [g] |
10,5 |
9,5 |
9,0 |
|
Vk [%] |
75,8 |
78,9 |
80,4 |
3000 |
V0 [cm3] |
7,5 |
6,0 |
5,0 |
|
SM [g] |
7,5 |
6,0 |
5,0 |
|
Vk [%] |
84,6 |
88,5 |
91,0 |
Gdzie:
- V0 - objętość osadu po odwirowaniu z próbki o objętości 50 [cm3]
- SM - sucha masa w odwirowanym osadzie [g]
- Vk - uwodnienie końcowe [%]
3. OBLICZENIA
Uwodnienie końcowe Vk [%] obliczyłem według poniższego wzoru. Do obliczeń przyjąłem, że 1 cm3 cieczy nadosadowej = 1 g osadu.
Gdzie:
- Vwn - objętość wody nadosadowej [cm3]
- V0 - objętość osadu po odwirowaniu z próbki o objętości 50 cm3 [cm3]
- sm0 - sucha pozostałość po prażeniu osadu surowego o objętości 50 cm3 [g]
Waga tygielków:
- pusty - 96,2584 [g]
- z osadem - 97,2123 [g]
Zatem sucha pozostałość po prażeniu osadu surowego o objętości 50 cm3 (sm0) wynosi: 97,2123 - 96,2584 = 0,9539 [g]
Wyniki obliczeń:
- dla prędkości obrotowej 1000 [obr/min] i czasu wirowania 2 [min]:
- dla prędkości obrotowej 1000 [obr/min] i czasu wirowania 3 [min]:
- dla prędkości obrotowej 1000 [obr/min] i czasu wirowania 4 [min]:
- dla prędkości obrotowej 2000 [obr/min] i czasu wirowania 2 [min]:
- dla prędkości obrotowej 2000 [obr/min] i czasu wirowania 3 [min]:
- dla prędkości obrotowej 2000 [obr/min] i czasu wirowania 4 [min]:
- dla prędkości obrotowej 3000 [obr/min] i czasu wirowania 2 [min]:
- dla prędkości obrotowej 3000 [obr/min] i czasu wirowania 3 [min]:
- dla prędkości obrotowej 3000 [obr/min] i czasu wirowania 4 [min]:
WNIOSKI
Odwadnianie jest procesem usuwania wody z osadu w celu zmniejszenia jego objętości. Celem odwodnienia jest obniżenie zawartości wody w takim stopniu, aby stanowiła ona 50 - 88% masy osadów.
W trakcie przeprowadzania ćwiczenia zauważyłem, że efekt odwadniania osadów ściekowych zależy zarówno od czasu wirowania jak również od prędkości obrotowej. Im dłuższy czas wirowania oraz większa prędkość obrotowa tym zmniejsza się objętość osadu odwirowanego. Najmniejszą objętość osadu odwirowanego udało nam się uzyskać przy prędkości obrotowej 3000 [obr/min] oraz czasie wirowania 4 [min].
Podobną zależność można zaobserwować pomiędzy czasem odwadniania, prędkością obrotową a wartością odwodnienia końcowego. Im dłuższy czas oraz im większa prędkość obrotowa, tym rośnie uwodnienie końcowe. Największą wartość uwodnienia końcowego (91%) udało nam się uzyskać przy prędkości obrotowej 3000 [obr/min] i czasie wirowania 4 [min].
5
Wyszukiwarka