Лабораторная работа №1 Определение основных свойств осадка сточных вод

Цель работы:

1. Освоить методику выполнения лабораторных исследований основных свойств осадков сточных вод;

2. Определить лабораторным путем основные свойства осадков сточных вод;

3. Производить необходимые расчеты

В результате выполнения работы студент должен:

знать:

• основные свойства осадка сточных вод;

• методику определения основных свойств осадков сточных вод

уметь:

• проводить лабораторные исследования по определению основных свойств осадков сточных вод;

• определять расчетом влажность, зольность, плотность, концентрацию и удельное сопротивление осадка используя результаты замеров;

• определять размерность выполненных расчетов;

• по результатам исследований определять тип осадка и его основные свойства.

Общие положения

Осадок, образующийся в процессе очистки сточных вод, характеризуется различными составом и свойствами, которые в свою очередь зависят от конкретных условий образования сточных вод, от метода очистки и условий эксплуатации очистных сооружений и т.д.

Основными свойствами, которые в достаточной мере характеризуют осадок сточных вод, являются его влажность, зольность, плотность, концентрация взвешен­ных веществ и удельное сопротивление.

Оборудование: аналитические весы, технические весы, водяная баня, сушильный шкаф, эксикатор, фарфоровая чашка, фарфоровый тигель, муфельная печь и лабораторный стенд для определения удельного сопротивления осадков (рис. 3.1), который включает в себя воронку со съемной дырчатой решеткой 2, мерный цилиндр 1 на 200—250 см³, предназначенный для сбора и замера фильтрата, емкость 4 для сбора фильтрата, ресивер 6 вместимостью 0,5—1 л и вакуум-насос 8. Для замера вакуума служит вакуумметр 5. Все элементы установки соединены между собой вакуумными шлангами 7, снабженными запорными кранами 3. Воронка и съемная дырчатая решетка изготовлены из оргстекла. Решетка служит опорой для фильтрующей ткани и имеет живое сечение, равное живому сечению опорной поверхности производственного вакуум-фильтра, работа которого моделируется.

Рис. 3.1. Лабораторный стенд для определения удельного сопротивления осадка

1 – мерный цилиндр; 2 – воронка; 3 – запорный кран; 4 – емкость для сбора фильтрата;

5 – вакуумметр; 6 – ресивер; 7 – вакуумный шланг; 8 – вакуум-насос; 9 - электродвигатель

Порядок выполнения работы: «Определение основных свойств осадка сточных вод»

Влажность. Баланс массы влажного осадка может быть представлен в следующем виде:

, (3.1)

где М_вл.о — масса влажного осадка, кг;

М_{сух. в} — масса абсолютно сухого вещества осадка, кг;

М_вод — масса воды, кг.

Влажность осадка W, %, характеризуется отношени­ем массы воды к общей массе влажного осадка

. (3.2)

В условиях лаборатории определение влажности осадка производится следующим образом. В предварительно прокаленную и взвешенную с 0,01 г фарфоровую чашку наливают хорошо перемешанный осадок. На технических весах отвешивают 100 г осадка и высушивают его на водяной бане досуха, после чего ставят в сушильный шкаф и сушат при 105⁰С до постоянной массы. Затем охлаждают в эксикаторе и взвешивают. Тогда начальная влажность осадка W_и, %, определяется из выражения

, (3.3)

где m₁ — масса чашки с влажным осадком, г;

m₂ — масса чашки с высушенным осадком, г;

m₃ — масса пуcтой фарфоровой чашки, г.

Зольность. Характеризует содержание минеральных примесей. Для определения зольности осадка в лабораторных условиях высушенный осадок (обычно используется навеска, которая используется после определения влажности) помещают в фарфоровый тигель, предварительно прокаленный и взвешенный. Затем тигель с осадком помещают муфельную печь и в течение 20 мин прокаливают при температуре 800°С, после этого тигель охлаждают в эксикаторе и взвешивают на аналитических весах.

Зольность осадка, %, определяется по формуле

, (3.4)

где m₄ — масса тигля с прокаленным осадком, г;

m₅ — масса пустого тигля, г;

m₆ — масса тигля с навеской высушенного осадка, г.

Плотность. , кг/м³, осадка характеризует массу единицы его объема и выражается отношением всех составных компонентов осадка к его объему, т.е.

, (3.5)

где m — масса осадка со всеми включениями, кг;

V – объем осадка, м³.

Концентрация. Суспензии, к которым относится и осадок сточных вод, характеризуются также концентрацией находящихся в них веществ. Количество находящихся в 1 м³ осадка твердых частиц сухого или растворенного вещества, кг/м³, называется концентрацией и выражается следующей зависимостью:

, (3.6)

где W_и — влажность исходного осадка, %;

- плотность осадка, кг/м³.

Полученные данные записываются в таблицу по форме 3.1.

Определение характеристик исходного осадка и параметров фильтрации Таблица 3.1

Плотность					Влажность				Кон-цент-ация С, кг/м3	Золь ност З, %	Ва-ку-ум, Р	Посто-янная вели-чина К	Пара-метр b	Удельное сопротивление осадка r·10-10, см/г
Масса, г			Объем осадка в цилиндре V, см3	, г/см3	Масса чашки, г			Wн%
пустого ци-линдра	ци-линдра с осадком	осадка m			с влаж-ным осад-ком m1	пус-той m3	c сухим осад-ком m2
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15

Удельное сопротивление осадка, являясь обобщенным показателем его фильтруемости, представляет собой сопротивление единицы массы твердой фазы, отлагающейся на единице площади фильтра при фильтровании под постоянном давлением суспензии и вязкости жидкой фазы, равной единице. Удельное сопротивление осадка, см/г, определяется опытным путем и вычисляется по формуле

, (3.7)

где Р — вакуум, при котором происходит фильтрация;

F- площадь фильтрующей поверхности;

— вязкость фильтрата;

С - концентрация осадка;

b — параметр, зависящий от условий опыта:

, (3.8)

где t — продолжительность фильтрации;

V — объем образующегося фильтрата.

Параметр b можно определить по графику, построенному в координатах:

х = V, у = t/ V (рис. 3.2.). В этом случае b представляет собой тангенс угла наклона прямой к абсциссе.

Обычно удельное сопротивление осадка определяется при постоянных значениях F, , Р.

Если обозначить

, (3.9)

то формула (3.7) примет вид:

. (3.10)

Таким образом, для определения удельного сопротивления осадка необходимо в лабораторных условиях определить параметры b и с.

Рис. 3.2. График для определения удельного

сопротивления осадка

1 — исходный осадок; 2 — осадок, скоагулированный хлорным

железом и известью;3 — осадок, скоагулированный

сернокислым железом, аммиачной водой и слабо-

концентрированной азотной кислотой

В заранее взвешенный мерный цилиндр выливают предназначенный для анализа осадок и определяют его объем (берут примерно 200 см³). Определяют массу осадка, как разность массы цилиндра с осадком и массы пустого цилиндра. Зная массу осадка и его объем, определяют плотность , кг/м³. Одновременно определяют влажность осадка. При проведении опыта по определению удельного сопротивления фильтровальная ткань не должна набухать, поэтому используют фильтроткань, бывшую ранее в употреблении.

Первоначально фильтроткань смачивают, наливая в воронку 10—15 см³ чистой воды, и путем и кратковременного пуска вакуум-насоса ее просушивают. Осадок, предназначенный для анализа, тщательно перемешивают и выливают в воронку 2. Кран 3 закрывают. Включают вакуум-насос, устанавливают заданный вакуум, контролируют его величину по вакуумметру и открывают кран 3. При этом происходит частичное падение вакуума, который затем доводят до заданной величины 0,053-0,067 МПа (400-500 мм рт.ст.). С установлением заданного вакуума включают секундомер отсчет начального объема фильтрата в цилиндре 1 - V₀. Затем опыт производят при постоянном вакууме, что достигается путем регулирования (частичного открытия или закрытия) крана у вакуумметра.

В начале опыта отсчеты производят через 10-15, а с замедлением скорости фильтрации промежуток времени между отсчетами увеличивают до 1-2 мин. Опыт длится не более 15—20 мин. С прекращением поступления фильтрата или с появлением трещин в осадке выключают секундомер и вакуум-насос, записывают объем фильтрата и время окончания опыта.

Все полученные отсчеты, выполненные для определения параметра b, записывают в таблице по форме. 3.2. Для примера в таблице проставлены данные замеров.

Данные замеров, выполненных для определения параметров b Таблица 3.2

t,с	Объем фильтрата, V1, см3	V= V1-V0	t/V	t,с	Объем фильтрата, V1, см3	V= V1-V0	t/V
0 30	14 35 42	- 21	- 1,42	150 180	61 66 71 75 82	47 52 57 61 68	3,2 3,51 3,7
60		28	2,14	210
90	50	36	2,5	240			3,92
120	56	42	2,86	300			4,41

Исходя из приведенных данных при времени фильтрации 30,180, 300 с значениями параметра b ,будут соответственно равны:

b₁=1,43/21=0,068; b₂=3,51/52=0,067;

b₃=4,41/68=0,064.

Среднеарифметическое значение b:

При Р = 0,067 МПа (500 мм рт.ст.), F = 28,3 см² и = 0,001 Па·с (0,01 пз), постоянная К равна 10,7 10¹⁰ см⁴/с.

При влажности исходного осадка 91,3 % и плотности =1020 кг/м³ концентрация осадка составит

г/см³.

Тогда удельное сопротивление будет равным:

см/г.

Данные опытов по определению удельного сопротивления осадка заносят в таблицу по форме 3.3

Результаты определения удельного сопротивления осадка Таблица 3.3

Характеристика исходного осадка				Доза коагулянтов, % по сухому веществу осадка				Удельное сопротивление после коагуля- ции r ·10-10, см/г
влаж- ность Wн, %	золь- ность З, %	плот- ность р, кг/м3	удельное сопротивление r ·10-10	опыт №1	опыт №2	опыт № 3	Вакуум Р, МПа (мм рт. ст.)
1	2	3	4	5	6	7	8	9

Контрольные вопросы

1. Перечислите основные свойства осадков сточных вод, назовите их характеристики.

2. Назовите химический и гранулометрический состав осадков сточных вод.

3. Какие существуют формы связи воды с частицами твердой фазы и как они влияют на обработку осадков.

4. Перечислите теплофизические характеристики осадков.

5. Назовите размерности основных характеристик осадков сточных вод.