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. Впредварительно 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 чашкис 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/м^3

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, см^3

, г/см^3

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

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, V^1, см^3	V= V^1-V0	t/V	t,с	Объем фильтрата, V^1, см^3	V= V^1-V0	t/V
		-	- 1,42				3,2 3,51 3,7
		2,14
			2,5		3,92
			2,86		4,41

 

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

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/м^3	удельное сопротивление r ·10^-10	опыт №1	опыт №2	опыт № 3	Вакуум Р, МПа (мм рт. ст.)

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.

VI. ПЕРЕЧЕНЬ ОТЧЕТНЫХ РАБОТ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ ТИП, ОБЪЕМ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТА И ФОРМУ ОТЧЕТНОСТИ

 

№ темы	Вид и наименование работы	Количество часов на выполнение внеаудиторной работы	Вид контроля
1.2	Определение удельного сопротивления осадков природных вод. Данная отчетная работа включает результаты выполнения задания на практическое занятие №1		Проверка и защита работы, оценка.
1.3	Вычерчивание и расчет технологических схем механического обезвоживания. Данная отчетная работа включает результаты выполнения задания на практическое занятие №2		Проверка и защита работы, оценка
2.2	Определение основных свойств осадка сточных вод. Данная отчетная работа включает результаты выполнения задания на лабораторное занятие №1		Проверка и защита работы, оценка

Содержание отчета и требования к его оформлению

1. Отчет по практической или лабораторной работе выполняется в соответствии с требованиями действующих стандартов (ГОСТ).

2. Отчет включает в себя разделы, отражающие все этапы выполнения работы.

2.1. Номер, название и цель работы.

Цель работы отражает основные задачи теоретического и экспериментального плана, решаемые в данной работе.

2.2. Расчетное задание.

Каждый этап расчета должен иметь свой подзаголовок, приводится расчетная схема (при необходимости), исходные данные, расчетные формулы, результаты расчетов в виде таблиц, необходимые графики и схемы, выполненные в масштабе.

2.3. Экспериментальная часть.

Включает в себя схемы и результаты измерений, сведенные в таблицы.

Каждый этап, опыт должен иметь свой подзаголовок.

2.4. Обработка результатов эксперимента.

Приводятся таблицы результатов расчетов по экспериментальным данным, все формулы, по которым делались эти расчеты, построенные по результатам экспериментов и расчетов диаграммы и графики, анализ результатов, ответы на вопросы данного раздела указаний.

По указанию преподавателя в отчете даются ответы на контрольные вопросы, приведенные в работе.

3. Графическая часть отчета (схемы, таблицы, графики) выполняются карандашом с применением чертежных инструментов.

4. Отчет по работе выполняется индивидуально каждым студентом. В отчете должны быть указаны группа, фамилия студента и дата выполнения отчета

Структура отчетной работы:

- титульный лист;

- формулировка задания и исходная информация;

- пояснительная записка;

- схемы (эскизы);

- литература;

- выводы исполнителя;

- заключение преподавателя, составленное в соответствии с критериями оценки работы

 

 

VII. КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ ВЫПОЛНЕНИЯ СТУДЕНТОМ

ОТЧЕТНЫХ РАБОТ

 

№ п/п	Оцениваемые навыки	Метод оценки	Граничные критерии оценки
Отлично	Неудовлетворит.
	Отношение к работе	Наблюдение преподавателя, просмотр материалов	Все материалы представлены в указанный срок, не требуют дополнительного времени на завершение	В отведенное время для работы не уложился
	Умение использовать раннее полученные знания и навыки для решения конкретных задач	Просмотр материалов	Без дополнительных пояснений (указаний) использует навыки и умения, полученные при изучении дисциплин: «Водоснабжение», «Охрана природы», «Водоснабжение и водоотводящие системы промпредприятий», «Водоотведение».	Не способен использовать знания из смежных дисциплин
	Оформление работы	Просмотр материалов	Все материалы оформлены согласно стандартным требованиям инструкций, графика на высоком уровне	Работа оформлена в высшей степени небрежно, не соблюдены требования ГОСТов
	Умение отвечать на вопросы, пользоваться профессиональной и общей лексикой при сдаче отчетной работы	Собеседование	Грамотно отвечает на поставленные вопросы, используя профессиональную лексику. Может обосновать свою точку зрения по проблеме	Показывает незнание дисцип-лины при ответе на вопросы, огра-ниченный сло-варный запас. Четко выражен-ная неуверен-ность в ответах и действиях

VIII. ЗАДАНИЯ ДЛЯ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ

Контрольная должна быть выполнена в тетради или на листах формата А4 в соответствии с требованиями действующих стандартов (ГОСТ).

Номер варианта соответствует последней цифре номеру в списке учебного журнала группы.

 

Вариант 1

1. Основные свойства осадков природных вод, их характеристики.

2. Фазы брожения осадка – кислая и щелочная (метановая). Характерные особенности каждой фазы.

3. Вычертить технологическую схему биологической очистки сточных вод с различными сооружениями обработки осадка. Внести изменения в технологическую схему биологической очистки сточных вод в зависимости от видов обработки осадка: сбраживание и высушивание в естественных условиях.

 

Вариант 2

1. Механизм образования и структура осадков природных вод.

2. Основные системы управления и транспортирования осадков сточных вод к местам переработки и складирования.

3. Вычертить технологическую схему биологической очистки сточных вод с различными сооружениями обработки осадка. Внести изменения в технологическую схему биологической очистки сточных вод в зависимости от видов обработки осадка: сбраживание и механическое обезвоживание.

 

Вариант 3

1. Основные характеристики удельного сопротивления осадков.

2. Аппараты для уплотнения и сгущения осадков сточных вод.

3. Вычертить технологическую схему биологической очистки сточных вод с различными сооружениями обработки осадка. Внести изменения в технологическую схему биологической очистки сточных вод в зависимости от видов обработки осадка: стабилизация и высушивание в естественных условиях.

 

Вариант 4

1. Способы интенсификации процессов влагоотдачи осадков природных вод.

2. Методы кондиционирования осадков сточных вод.

3. Вычертить технологическую схему биологической очистки сточных вод с различными сооружениями обработки осадка. Внести изменения в технологическую схему биологической очистки сточных вод в зависимости от видов обработки осадка: стабилизация и механическое обезвоживание.

 

Вариант 5

1. Основные виды технологических сбросов водоочистных станций.

2. Состав и количество выделяющего газа при сбраживании осадка сточных вод, и его использование.

3. Вычертить технологическую схему биологической очистки сточных вод с различными сооружениями обработки осадка. Определить состав предшествующих сооружений при термической сушке осадка.

 

Вариант 6

1. Сущность метода замораживания осадков природных вод.

2. Термическая сушка осадков сточных вод.

3. Вычертить технологическую схему биологической очистки сточных вод с различными сооружениями обработки осадка. Определить состав предшествующих сооружений при сжигании.

 

Вариант 7

1. Аппараты, которые используют при механическом обезвоживании осадков природных вод.

2. Сравнение удобрительной ценности и санитарного состояния осадков сточных вод обезвоженных на иловых площадках, механически обезвоженных и прошедших термическую сушку.

3. Вычертить технологическую схему биологической очистки сточных вод с различными сооружениями обработки осадка. Внести изменения в технологическую схему биологической очистки сточных вод в зависимости от видов обработки осадка: стабилизация и механическое обезвоживание.

Вариант 8

1. Сущность процесса кислотной обработки гидроокисных осадков природных вод.

2. Способы совместной обработки осадков природных и сточных вод.

3. Вычертить технологическую схему биологической очистки сточных вод с различными сооружениями обработки осадка. Внести изменения в технологическую схему биологической очистки сточных вод в зависимости от видов обработки осадка: сбраживание и механическое обезвоживание.

 

Вариант 9

1. Объясните сущность процессов сухой регенерации и влажной

переработки осадков природных вод.

2. Основные методы и сооружения обезвоживания осадков сточных вод.

3. Вычертить технологическую схему биологической очистки сточных вод с различными сооружениями обработки осадка. Внести изменения в технологическую схему биологической очистки сточных вод в зависимости от видов обработки осадка: сбраживание и высушивание в естественных условиях.

Вариант 10

1. Сооружения, которые используют для технологических сбросов водоочистных станций.

2. Химическое обеззараживание осадка и компостирование.

3. Вычертить технологическую схему биологической очистки сточных вод с различными сооружениями обработки осадка. Определить состав предшествующих сооружений при термической сушке осадка.

IX. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Основной

1. Осадки природных вод и методы их обработки. – М.: Стройиздат, 1980. – 128 с.

2. Николадзе Г.И., Минц Д.М., Кастальский А.А. Подготовка воды для питьевого и промышленного водоснабжения: Учебное пособие для вузов. М.: Высшая школа, 1984. – 368 с. ил.

3. Туровский И.С. Обработка осадков сточных вод. – М: Стройиздат, 1988 – 256 с.

4. Яковлев С.В., Воронов Ю.В. Водоотведение и очистка сточных вод: Учебник для вузов. – М.: Издательство АСВ, 2004. – 704с.

5. Журба М.Г., Соколов Л.И., Говорова Ж.М. Водоснабжение. Проектирование систем и сооружений: издание второе, переработанное и дополненное. Учебное пособие. – М.: Издательство АСВ, 2004. – 256 с.

 

Дополнительной

1. СНиП 2.04.02.-84* Водоснабжение. Наружные сети и сооружения:

Госстрой России. – М.: ФГУП ЦПП, 2004, - 80 с.

2. СНиП 2.04.03-85. Канализация. Наружные сети и сооружения: Госстрой России. – М.: ФГУП ЦПП, 2004, - 87 с.

3. Водоснабжение и санитарная техника. Периодический журнал.

 

Приложение А

 

СХЕМА 1

Рис. 1. Технологическая схема обработки волы с резервуаром-усреднителем промывных вод скорых фильтров:

1, 5 – подача исходной и отвод очищенной воды; 2 – смеситель; 3 – горизонтальный отстойник; 4 – скорый фильтр; 6 – отвод промывной воды скорых фильтров; 7 – резервуар-усреднитель со встроенной песколовкой; 8 – насос для возврата промывной воды в трубопровод перед смесите­лем; 9 – возврат промывной воды в «голову» сооружений; 10 – насос для удаления осадка из ре­зервуара; 11 – осадок на дальнейшую обработку; 12 – осадок на уплотнение

 

СХЕМА 2

 

 

Рис. 2. Технологическая схема обработки воды с отстойником промывных вод периодического действия:

1, 5 - подача исходной и отвод очищенной промывкой воды; 2 - барабанная сетка; 3 - смеситель; 4 - контактный осветлитель; 6 - отстойник промывных вод периодического действия со встроенной пе­сколовкой; 7 - подача очищенной воды в «голову» сооружений; 8 - сброс промывной воды; 9 - оса­док на дальнейшую обработку

 

Приложение Б