CZĘŚĆ TEORETYCZNA

Zagęszczanie jest procesem jednostkowym, pozwalającym na zmniejszenie objętości osadu, a tym samym i objętości urządzeń do ich przeróbki. Jest to podstawowy proces prowadzony w wydzielonych urządzeniach lub połączony z innymi procesami przeróbki osadów. Wydzielone urządzenia do zagęszczania mogą pracować okresowo lub w układzie przepływowym.

Osady składają się z cząstek stałych i wody. Im więcej jest wody, tym jest on bardziej płynny i uwodniony. Woda w osadzie występuje w postaci:

• wody wolnej( międzycząsteczkowej, samorzutnie oddziela się od osadu, np. w czasie odstania. Dominuje w osadach przy uwodnieniu 80-99,9 %)

• wody kapilarnej

• Wody związanej( woda chemicznie związana)

W procesie zagęszczania osadów tylko woda wolna usuwana jest z osadu.

Zagęszczenie osadu może być:

Samoistne. Przebiega samorzutnie np. w osadnikach wstępnych, wtórnych lub może być prowadzone w oddzielnych urządzeniach- w zagęszczaczach osadu. Mogą one zagęszczać osady w systemie okresowym lub w sposób ciągły. W czasie zagęszczania w obu typach zagęszczaczy występuje równocześnie sedymentacja komprymacja(punkt w którym osady zaczynają się zagęszczać). Zasadniczym wskaźnikiem efektywności procesu zagęszczania jest uwodnienie osadu zagęszczonego lub stężenia suchej masy w osadzie zagęszczonym:

η_z = C_e/C_o

η_z - współczynnik stopnia zagęszczania. Im większa wartość jego tym lepiej.

C_e - sucha masa osadu zagęszczonego w kg s.m./m³

C_o - sucha masa osadu doprowadzanego w kg s.m./m³

Wartość współczynnika η_z zależy od:

• początkowego uwodnienia osadu

• rodzaju osadu

• czasu zagęszczania i wysokości warstwy osadu

• temperatury

• stosowania czynników wspomagających

Sedymentację zachodzącą w tym procesie nazywa się strefową. Obserwujemy ją w przypadku zawiesin kłaczkowatych, gdy ich stężenie przekracza 1000 g/m³. Ma to miejsce w osadnikach wtórnych współpracujących z komorami osadu czynnego.

V₀

Ciecz nadosadowa

V_e

Osad

Czas [h]

Z krzywej objętości osadu zagęszczonego wyznacza się wartość C_e dla przyjętego czasu zagęszczania:

C_e = C_o*(V₀/V_e)

C_e - sucha masa osadu zagęszczonego w kg s.m./m³

C_o - sucha masa osadu doprowadzanego w kg s.m./m³

V_o - początkowa objętość osadu w cylindrze, cm³

V_e - objętość osadu po czasie zagęszczania, cm³

CZĘŚĆ OBLICZENIOWA

• SPOSÓB WYKONANIA

Do cylindra o wysokości 1 m wlewamy dobrze wymieszany osad. Przez około 120 minut odczytujemy wysokość osadu. Na początku wysokość osadu szybko się zmienia, więc odczytujemy ją co 1 minutę. W miarę upływu czasu zagęszczanie następuje wolniej dlatego odczyty wykonujemy co 3 minuty, co 5 i co 10 minut.

Tabela pomiarów

Czas [min]	Wysokość [cm]	Czas [min]	Wysokość [cm]
1	158,8	50	120,9
2	158,7	55	117,6
3	158,0	60	114,2
4	157,0	65	110,9
5	156,0	70	107,6
8	152,9	75	104,8
11	150,2	80	101,7
14	147,6	85	98,7
17	145,2	90	95,8
20	143,0	95	93,0
25	138,7	100	90,9
30	134,9	105	87,9
35	131,2	110	85,0
40	127,8	115	82,2
45	124,2	120	80,0

Sucha masa:

[g/dm³]

gdzie:

a - ciężar parownicy z osadem, g

b - ciężar parownicy bez osadu, g

V - objętość próbki wody użytej do oznaczenia, cm³

C₀ = 5,16%

Z krzywej zagęszczania odczytano:

h_t1 = 149,5 cm h_i1 = 103,5 cm t₁ = 75 min

h_t2 = 146,0 cm h_i2 = 97,5 cm t₂ = 85 min

h_t3 = 140,5 cm h_i3 = 92,0 cm t₃ = 95 min

h_t4 = 135,0 cm h_i4 = 87,0 cm t₄ = 105 min

h_t5 = 122,5 cm h_i5 = 81,0 cm t₅ = 120 min

Prędkości opadania odpowiadające h_i oraz t_i wynoszą:

[cm/min]

cm/min

cm/min

cm/min

cm/min

cm/min

Mając dane v_i obliczamy stężenie zawiesin w dowolnym czasie t:

[ %]

Tak więc mamy:

%

%

%

%

%

Dla odpowiednich stężeń C_i założyłyśmy następujące zawartości ciał stałych w osadzie:

C_e1 = 7,0%

C_e2 = 7,5%

C_e3 = 8,0%

Mając stężenia C_e można obliczyć powierzchnię jednostkową zagęszczacza A_j [ m²/m³min] ze wzoru:

Mamy więc:

• C_e1 = 7,0%

[ m²/m³min]

[ m²/m³min]

[ m²/m³min]

[ m²/m³min]

[ m²/m³min]

• C_e1 = 7,5%

[ m²/m³min]

[ m²/m³min]

[ m²/m³min]

[ m²/m³min]

[ m²/m³min]

• C_e1 = 8,0%

[ m²/m³min]

[ m²/m³min]

[ m²/m³min]

[ m²/m³min]

[ m²/m³min]

Obliczenie obciążenia powierzchni zagęszczacza ładunkiem suchej masy osadu:

[kg sm/m²h]

[kg sm/m²h]

ZESTAWIENIE WYNIKOW

Nr punktu na krzywej		ti			hi			ht			Ci			ht - hi			vi
-		min			cm			cm			%			cm			cm/min
1 2 3 4 5		75 85 95 105 120			103,5 97,5 92,0 87,0 81,0			149,5 146,0 140,5 135,0 122,5			5,48 5,62 5,84 6,08 6,70			46,0 48,5 48,5 48,0 41,5			0,61 0,57 0,51 0,46 0,35
vi	Ci		1/Ci	1/Ce					1/Ci - 1/Ce				100C0/vi		Aj
								Ce1		Ce2	Ce3				Ce1	Ce2		Ce3			Ce1	Ce2		Ce3
0,61 0,57 0,51 0,46 0,35	5,48 5,62 5,84 6,08 6,70		0,18 0,18 0,17 0,16 0,15	0,14 0,14 0,14 0,14 0,14		0,13 0,13 0,13 0,13 0,13	0,125 0,125 0,125 0,125 0,125		5,34 5,48 5,70 5,94 6,56	5,35 5,49 5,71 5,95 6,57		5,36 5,50 5,72 5,96 6,58	845,9 905,3 1011,8 1121,7 1474,3		335,2 317,6 287,1 242,5 94,3	415,7 403,8 384,5 349,3 234,7		486,2 479,2 467,8 442,8 357,6

WNIOSKI:

Na podstawie otrzymanych wyników można stwierdzić, iż wraz z upływem czasu prędkość opadania zawiesin malała. Spowodowane to jest tym, ze w strefie zagęszczania jest bardzo duża ilość cząstek i z upływem czasu dochodzi do kompresji zawiesin. Można także stwierdzić ze wraz z upływem czasu zwiększa się stężenie zawiesin co także jest spowodowane coraz większym zagęszczaniem się cząstek. Widać również, że wraz ze spadkiem prędkości opadania zawiesin rosło stężenie cząstek.

Na postawie sporządzonego wykresu krzywej zagęszczania można dojść do wniosku, iż badany osad słabo się zagęszcza, ponieważ wykres jest wysoki(prawie plaski). Krzywa zagęszczania pokazuje, ze wraz z upływem czasu poziom wysokości osadu maleje, natomiast zagęszczanie zwiększa. Wiąże się to ze zmianą uwodnienia.

Celem ćwiczenia było także obliczenie jednostkowej powierzchni zagęszczacza. Na postawie tych obliczeń sporządzono wykres przedstawiający zależności jednostkowej powierzchni zagęszczacza od prędkości opadania. Z wykresu widać ze na początku wraz ze wzrostem prędkości opadania A_j rośnie, aż do osiągnięcia maksimum po czym maleje.

---