UNIWERSYTET ZIELONOGÓRSKI Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska

Ćwiczenia laboratoryjne z Technologii Ścieków

Zagęszczanie osadu i indeks osadu

Tomasz Kloc

Miron Nowak

Piotr Zieliński

Damian Pietrzak

GRUPA 36B

1. WSTĘP TEORETYCZNY

Jedną z metod biologicznego oczyszczania ścieków jest proces oczyszczania ścieków osadem czynnym. Proces polega na usuwaniu zanieczyszczeń ze ścieków przez napowietrzanie ich w komorach napowietrzania z osadem czynnym a następnie oddzieleniu w osadnikach wtórnych oczyszczonych ścieków od osadu czynnego.

Osad czynny jest skupiskiem kłaczków mikroorganizmów wodnych, zwłaszcza bakterii, pierwotniaków, które rozwijają się intensywnie w warunkach zwiększonej podaży substratów i tlenu. Usuwane są w ten sposób substancje organiczne zawarte w ściekach dzięki utlenieniu tych substancji, częściowej asymilacji przez organizmy - przyrost biomasy osadu czynnego oraz autooksydacji.

Rozkładowi początkowo ulegają związki węgla, następnie połączenia azotowe przechodzące w azotany i azotyny. Przy oznaczaniu BZT₅ dokonuje się pomiaru tylko pierwszej części tego procesu i wartość ta wynosi ok.. 60 % BZT całkowitego.

Parametry techniczne metody osadu czynnego:

- obciążenie ładunkiem (osadu czynnego) zanieczyszczeń,

- indeks osadu,

- czas napowietrzania ścieków z osadem czynnym,

- wiek osadu czynnego,

- stężenie zawiesin osadu czynnego.

Indeks osadu (indeks Mohlmana) jest to parametr technologiczny określający właściwości sedymentacyjne osadu. Jest to iloraz objętości (V) zagęszczonego osadu czynnego po półgodzinnej sedymentacji w cylindrze litrowym oraz stężenie suchej masy osadu (X) w gramach suchej masy organicznej w litrze.

IO = 50 - 150 - dobrze sedymentujący

IO > 150 - rozwój bakterii nitkowatych lub spuchnięcie osadu wywołanego innymi przyczynami

Rodzaje osadu:

- osady surowe - osad wstępny (z osadników wstępnych), osad wtórny (w osadnikach wtórnych), osad z chemicznego strącania (powstaje w wyniku koagulacji lub neutralizacji ścieków oraz strącania koloidów i zawiesin trudno opadających), osad mieszany (przeważnie powstały w wyniku zmieszania osadów wstępnych i wtórnych)

- osady mineralizowane (stabilizowane) - osad przefermentowany (wstępny, wtórny, mieszany), stabilizowany (po procesie tlenowej przeróbki), osad przemyty (po procesie przemywania), osad zagęszczony, osad odwodniony (pozbawiony części wody - % uwodnienia 70 - 50), osad wysuszony (po odwodnieniu lub suszeniu)

Cechy osadu to zapach, barwa, wygląd, gęstość, ilość zawiesin objętościowo, własności sedymentacyjne, pH, kwasowość, zasadowość, zawartość ciał stałych, straty prażenia, pozostałość po prażeniu, azot organiczny, amoniak, kwasy lotne, tłuszcze. Również uwodnienie, objętość, gęstość własności hydrauliczne, zdolność do fermentacji, własności filtracyjne, nawozowe, ciepło spalania.

Sedymentacja strefowa - obserwuje się ją w przypadkach zawiesin kłaczkowatych, gdy ich stężenie > 1000 g/m³. Ma to miejsce w osadnikach wtórnych współpracujących z komorami osadu czynnego podczas badania opadania zawiesin można zaobserwować powstawanie czterech obszarów: strefę sklarowania cieczy, strefę opadania, strefę przejściową i zagęszczania. Początkowo cząstki zawiesin opadają z jednakową prędkością. Strefa przejściowa ponad warstwą opadłego osadu jest wynikiem zmian gęstości i lepkości cieczy nad strefą opadłych osadów wskutek wzrostu stężenia zawiesin w tej strefie. Zmniejsza to prędkość opadania cząstek w pobliżu strefy zagęszczania. Z upływem czasu pod wpływem sił ciężkości dochodzi do upakowania cząstek w strefie zagęszczania, co nazywane jest kompresją zawiesin (rozpoczyna się umownie z chwilą zaniku strefy przejściowej).

Zagęszczanie - proces wstępny do wszystkich metod przeróbki i ostatecznego usuwania osadów. Ma ona na celu zmniejszanie objętości osadu surowego wydzielonego przez sedymentację. Proces polega na oddzieleniu od osadu znacznej części wody osadowej a tym samym zmniejszeniu jego procentu uwodnienia do wartości w > 88 % przy wykorzystaniu zjawiska grawitacji, flotacji lub metod dynamicznych. Zagęszczanie stosuje się do osadu surowego zarówno wstępnego jak i wtórnego, szczególnie pochodzącego z procesu osadu czynnego, a także do osadów mieszanych. Z uwagi na zasadę działania procesu zagęszczania dzieli się na: grawitacyjne (może odbywać się w lejach osadników, komorach fermentacyjnych oraz zagęszczaczach) oraz flotacyjne.

INDEKS OSADU

1. CEL ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie indeksu osadu czynnego pobranego z komór napowietrzania w oczyszczalni ścieków w Zielonej Górze.

2. WYKONANIE ĆWICZENIA

Do leja Imhoffa wlano 1 dm³ osadu czynnego i po 30 minutach sedymentacji odczytano objętość wydzielonego osadu (V = 350 ml/dm³).

Przed sedymentacją w osadzie oznaczono ilość zawiesiny z 50 ml metodą wagową (suszenie w temp. 105 ºC) do stałej wagi.

zatem:

gdzie:

3. WNIOSKI

Indeks osadu badanej próbki osadu czynnego nie jest wysoki w stosunku do wartości granicznych 50 - 150 ml/g charakteryzujących osad dobrze sedymentujący. Wartość IO > 150 ml/g może świadczyć o rozwoju bakterii nitkowatych lub spuchnięciu osadu wywołanego innymi przyczynami. W przypadku osadu przez nas badanego zawartość tych bakterii może być niewielka i nie wpływa niekorzystnie na właściwości sedymentacyjne osadu.

ZAGĘSZCZANIE OSADU

1. CEL ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia jest obliczenie powierzchni zagęszczania (Aj) metodą Eckenfeldera na podstawie badań laboratoryjnych procesu zagęszczania osadu w cylindrze.

2. WYKONANIE ĆWICZENIA

Dobrze wymieszany osad wlano do cylindra o wysokości 1m. Odczytywano wysokość osadu co 1 minutę, 3 minuty, 5 oraz co 10 minut, aż do momentu kiedy trzy ostatnie pomiary były takie same. Przed sedymentacją w osadzie oznaczono ilość zawiesin metodą wagową.

3. OBLICZENIA

Tabela nr 1

Wysokość sedymentującego osadu [cm]
Nr	co 1 min.	co 3 min.	co 5 min.	co 10 min.
1	98,5	31,5	16,5	12,0
2	93,0	29,0	15,5	11,9
3	86,0	25,0	15,0	11,5
4	78,0	23,5	14,5	11,5
5	69,0	22,0	14,0	11,5
6	61,0	21,0	13,8
7	54,0	19,0	13,5
8	47,0	18,3	13,0
9	41,5	17,5	12,8
10	36,0	17,0	12,0

Załącznik - wykres nr 1 „porcjowego zagęszczania osadu”

h_t - z wykresu nr 1

Tabela nr 2

Nr punktu na krzywej	ti [min]	hi [cm]	ht [cm]	Ci [%]	ht - hi [cm]	Vi [cm/min]
1	10	37	62	0,42	25	2,5
2	20	24	40	0,65	16	0,8
3	30	19	30	0,87	11	0,4
4	40	17	25	1,04	8	0,2
5	50	15	20	1,30	5	0,1
6	60	14	19	1,37	5	0,08

Załącznik - wykres nr 2 „zależność prędkości opadania od stężenia osadu”

Wymagana zawartość ciał stałych w osadzie zagęszczonym

C_e1 = 4,1

C_e2 = 4,2

C_e3 = 4,3

C₀ = 0,26%

Tabela nr 3

Vi	Ci	1/Ci	1/Ce			1/Ci - 1/Ce			100C0/Vi	Aj
						Ce1	Ce2	Ce3		Ce1	Ce2	Ce3		Ce1	Ce2	Ce3
2,5	0,42	2,38	0,244	0,238	0,233	2,13	2,14	2,15	10,4	22,15	22,26	22,36
0,8	0,65	1,54	0,244	0,238	0,233	1,29	1,30	1,31	32,5	31,92	31,20	31,19
0,4	0,87	1,15	0,244	0,238	0,233	0,90	0,91	0,92	65,0	64,10	64,09	64,08
0,2	1,04	0,96	0,244	0,238	0,233	0,71	0,72	0,73	130,0	129,29	129,28	129,27
0,1	1,30	0,77	0,244	0,238	0,233	0,52	0,53	0,54	260,0	259,48	259,47	259,46
0,08	1,37	0,73	0,244	0,238	0,233	0,48	0,49	0,50	325,0	324,52	324,52	324,50

Załącznik - wykres nr 3 „zależność powierzchni jednostkowej od prędkości opadania”

- powierzchnia jednostkowa zagęszczacza

- obciążenie powierzchni zagęszczacza ładunkiem suchej masy osadu

Wymiary geometryczne zagęszczacza grawitacyjnego:

- powierzchnia

- średnica

- objętość
przy założeniu t = 25 h

4. WNIOSKI

W przeprowadzonym ćwiczeniu obliczono powierzchnię zagęszczacza metodą Eckenfeldera zależnie od różnej prędkości opadania zawiesin oraz wymaganej zawartości ciał stałych w osadzie zagęszczonym. Największa wartość A_j to 324,52 m²/m³ min i na jej podstawie obliczono obciążenie powierzchni zagęszczacza ładunkiem suchej masy osadu oraz wymiary geometryczne zagęszczacza grawitacyjnego. Zakładając czas przetrzymania 25 godzin objętość zagęszczacza powinna wynosić ponad 156 m³ dla danego osadu.

Z przeprowadzonych badań wynika, że początkowe stężenie osadu wynosi 2600 g/m3. Może to oznaczać, że zachodzi tutaj sedymentacja strefowa zawiesin kłaczkowatych o stężeniu > 1000 g/m³. Ma to miejsce w osadnikach wtórnych współpracujących z komorami osadu czynnego.

W początkowym okresie cząstki zawiesin opadają ze znaczną prędkością, która z czasem maleje. Powstała strefa przejściowa może być wynikiem zmian gęstości i lepkości cieczy nad strefą opadłych zawiesin w tej strefie. Powoduje to zmniejszenie szybkości opadania cząstek zawiesin w pobliżu strefy zagęszczania.

---