Zmiany stopnia rozdziału osadu w procesie odwirowania nadźwiękawianych osadów ściekowych

ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ

S e r i a : INŻYNIERIA SANITARNA z . 21 Nr k o l . 575

_________ 1 9 7 8

Oanuary BIEŃ, E u g e n ia KOWALSKA, Ewa ZIELEWICZ

ZMIANY STOPNIA ROZDZIAŁU OSADU W PROCESIE ODWIROWANIA NADŹWIĘKAWIANYCH OSADÓW ŚCIEKOWYCH

S t r e s z c z e n i e . W

wu f a l u ltra d źw ię k o w y ch i ^ lo l ie le k t r o li t ó w na s to p ie ń r o z d z ia łu o- sadu

z e

Budowa i e k s p lo a t a c ja co ra z w iększych o c z y s z c z a ln i ścieków w warunkach p o s tę p u ją c e j u r b a n iz a c j i i i n d u s t r a l i z a c j i d o s ta r c z a Je d n o c ze ś n ie co ra z w ięk szych i l o ś c i osadów ściekow ych [l] . O dn o si s i ę to z w ła s zc za do dużych o c z y s z c z a ln i ściek ó w o p a rty c h na b io lo g ic z n y c h metodach o c z y s z c z a n ia wyso- koo b ciążo n ych śc ie k ó w , ja k rów nież do o c z y s z c z a ln i grupowych w y k o rz y s tu ją ­ cych kombinowane metody o c z y s z c z a n ia . Problem u t y l i z a c j i i zagospodarowa­

n ie osadów ściek ow ych,w o d r ó ż n ie n iu od dość d obrze opanowanych te c h n o lo ­ g i i o c z y s z c z a n ia ścieków komunalnych i przem ysłow ych. J e s t c i ą g l e otw a rty i a k tu a ln y , a z m n ie js z e n ie o b j ę t o ś c i osadów ściekow ych wraz z obniżeniem s t o p n ia ic h uw odnienia J e s t z a s a d n ic z ą o p e ra c ją w każdej f a z i e p roce su te ch n o lo g icz n e g o .W n ie k tó r y c h g a łę z ia c h przem ysłu osady ściekow e po ic h odpowiednim z a g ę s z c z e n iu są k on cen trate m , z k tó re g o odzysk w artościow ych s k ła d n ik ó w s t a j e s i ę o p ła c a ln y , podobnie ja k ek o no m icznie u zasadnion e Jest i k o n ie cz n a w p r o c e s ie te ch n o lo g iczn y m r e c y r k u la c j a wody ob ieg o w e j.

Ze w zględu na ro d z a j osadu Jak i zmianę je g o c h a r a k t e r y s t y k i f iz y k o ­ ch em iczn ej J e s t to problem , k tó re g o ro z w ią z a n ie stw arza duże t r u d n o ś c i i d la te g o trw a ją n a d a l p o szu k iw a n ia nowych metod i n t e n s y f i k a c j i procesów od­

w a d n ia n ia osadów ście k ow y ch .

W

wane p rz y zas tosow a n iu f a l u ltrad źw ięk ow ych do z w ię k s z e n ia p o d a tn o ś c i osa­

dów ściek ow ych na o d w a d n ia n ie. W y k o rz y s ta n ie e n e r g ii p o la akustycznego pozw ala m iędzy innym i na u n i k n i ę c ie , a p rz y n a jm n ie j na o g r a n ic z e n ie ty ch skutków u bocznych. J a k ie powoduje sto so w a n ie środków chem icznych łą c z n ie ze s z k o d liw o ś c ią d la n a tu ra ln e g o ś ro d o w is k a . Proce3 nadźw iękaw iania J e s t s z y b k i , z m n ie js z a i l o ś ć dozowanych odczynników ch em iczn ych , a w ś la d za tym z m n ie js z a k o s z ty t r a n s p o r t u , magazynowanie i t d . U lt r a d ź w ię k i mogą rów­

n ie ż aktyw izow ać m niej sk u te czn e p o l i e l e k t r o l i t y .

1 2

3. Bień 1 Inni

Dotychczasow a in fo r m a c je lit e r a t u r o w e na temat d z i a ła n ia p o la u l t r a ­ dźwiękowego na osady ściekow e są sk ą p e , a le in t e r e s u j ą c e i za c h ę ca ją do d a ls z y c h badań. M iędzy innym i o s ią g n ię t o pozytywne e fe k t y w przypadku u l ­ tradźw ięko w ej k o a g u la c ji ściek ó w pocelu lo zo w ych cz y o c z y s z c z a n ie c ie k ły c h p a liw [2, 3] .

P r z e j ś c iu f a l i u ltra d źw ię k o w e j o dużym n a tę ż e n iu p rze z c i e c z tow arzy­

s z y z ja w is k o k a w i t a c j i, t j . tw o rz e n ie s ię pustych p r z e s t r z e n i i ic h z a n ik o ra z rezonansowe d rg a n ia pęcherzyków gazowych. Z ja w isk o k a w it a c j i w ystępu­

j e d o p ie ro po p r z e k ro c z e n iu pewnej w a r t o ś c i n a tę ż e n ia f a l u ltr a d ź w ię k o ­ wych, zwanej progiem k a w i t a c j i, z a le ż y od w ie lu czynników i uważane j e s t za p ie rw otn ą p rzy czyn ę czynnego d z i a ła n ia p o la u ltra d źw ięk o w eg o . P rz e p ro ­ wadzone badania sze re g u autorów p o tw ie r d z a ją , że f a l e u ltrad źw ięk ow e mogą w k o r z y s t n y sposób wpływać na p ro ce sy o przeciwnym c h a r a k te r z e [4,

5. 6 ] .

W przedstaw ionym a r t y k u le omówiony z o s t a ł fragment badań d o ty czą cy ch d z i a ł a n ia f a l u ltrad źw ięk ow ych w p r o c e s ie odwirowywania nadźwiękawianych w stęp n ie osadów ze ścieków kom unalnych. E f e k t y odwirowania osadu zależą od t a k ic h czynników , j a k : sposób kondycjo no w ania, uw odnienie osadu, zaw arto­

ś c i s u b s t a n c j i o rg a n icz n y ch i m ineralnych-, a ta k że od parametrów p ra c y z a ­ stosow anej w iró w k i.

W wirówce o se d y m e n ta cji c z ą s te k c i a ł a s t a łe g o w c ie c z y d ecyd u je d z ia ­ ł a j ą c e na c z ą s t k i p r z y s p ie e z e n ie odśrodkowe. S i ł a (F) d z i a ła j ą c a na c z ą s t ­ kę c i a ł a s t a łe g o o masie (m) z a le ż y od p r ę d k o ś c i kątowej (m = 27! n ) , o d le ­ g ł o ś c i c z ą s t k i od o s i o b ro tu bębna ( r ) 1 od l i c z b y obrotów będna w iró w ki w je d n o s tc e czasu (n );

F = m . o) . r

S i ł a c ię ż k o ś c i (Fg) d z i a ła j ą c a na c z ą s tk ę zaw ieszoną w c ie c z y podczas b ie g u w iró w k i j e s t bardzo n ie w ie lk a w porównaniu z s i ł ą odśrodkową ( F ) .

Ze sto sun ku obu s i ł :

w ynika, że decydującym czynn ik iem wpływającym na prędkość p o ru s z a n ia s ię c z ą s t k i c i a ł a s t a łe g o w wirówce j e s t l i c z b a obrotów bębna o ra z promień ob­

r o t u , t j . o d le g ło ś ć c z ą s t k i od o s i o b ro tu .

S t o p ie ń r o z d z ia łu ,c h a r a k t e r y z u ją c y p roces o d d z ie la n ia c i e k ł e j fa z y o - sadu od je g o s t a ł e j f a z y , o k r e ś la wzór:

Qk * Ck

S = ^ . 100*.

s s

Zm iany s t o p n i a r o z d z i a ł u osadu.. 13

g d z i s :

3

Qk - i l o ś ć osadu w y d zie lo n e g o w p r o c e s ie w iro w a n ia , m3/h,

Q - i l o ś ć o s a d u doprowadzonego do w iro w a n ia , m3/ h ,

a - zaw a rto ść s u c h e j masy w o s a d z ie odwirowanym, kg/m3

Cs - zaw a rto ść s u c h e j masy w o s a d z ie doprowadzonym do w irow ania,kg/m 3.

P r z y u w z g lę d n ie n iu warunków b ila n s u osadu w p r o c e s ie w iro w a n ia :

\

° 8 * Ce “ Qz * Cz + Qu * Ck ‘

Q, - Qz ♦ Qk .

g d z ie :

Q„ - i l o ś ć c i e c z y p o w s ta ją ce j w wyniku w iro w ania osadu, m3/ h ,

C ■■ zaw a rto ść s u c h e j masy w c ie c z y osadowej p o w s ta łe j w wyniku w irow a-

2 3

n ia osadu, kg/m

o trzym u je s i ę po p r z e k s z t a łc e n iu w zór:

Ck (Cs " Cz>

3 = * 1 0 0 % ’

k t ó r y pozwala na o k r e ś le n ie s t o p n ia r o z d z ia łu osadu w z a le ż n o ś c i od z a ­ w a r t o ś c i s u ch e j masy osad u .

Z

na

[ 7 ]

zysku c z g s te k fa z y s t a ł e j ) k o rz y s tn e j e s t w p ra k ty c e z w ię k s z e n ie szyb k o­

ś c i o b ro to w e j,

p o d w y ż s z e n i e

C z ę ś ć d o ś w i a d c z a l n a

Do badań z a le ż n o ś c i s t o p n ia r o z d z ia łu osadu od czasu n adźw iękaw iania u- ż y to osad przeferm antow any po m e z o filn e j fe r m e n t a c ji z o c z y s z c z a ln i ś c i e ­ ków kom unalnych. Osad o uw odnieniu poczętkowym 98,16% poddawano d z i a ła n iu f a l u ltra d źw ię k o w y ch -o c z ę s t o t l iw o ś c i drgań 20 kHz. Nadźw iękaw ianie prowa­

dzono w t r z e c h te m peraturach 283°, 291° i 298°K c h a r a k te r y s ty c z n y c h dla na­

s z e j s t r e f y k lim a t y c z n e j . Czas nadźw iękaw iania w y n o s ił 15, 30, 60, 90,120,

M . 3 . S i e ń i I n n i

180 i 300 s e k . 3ako f lo k u la n t y p o s łu ż y ły kationoaktyw ne Zetag 63 i Z e- ta g 92.

Odwirowywanie osadów prowadzono w wirówce la b o r a t o r y jn e j w c ią g u 5 mi­

nut p rz y c z ę s t o t l iw o ś c i obrotów 5000 obr/m in.

Omówienie wyników

P rz e b ie g krzywych na rysunkach 1, 2 i 3 in fo rm u je o z m n ie js z e n iu s t o p ­ n ia r o z d z ia łu osadu p rzy nadźw iękaw ianiu osadów preparowanych zastosow a­

nymi p o l i e l e k t r o l i t a m i , ja k rów nież osadu niepreparow anego.

Uzyskane w y n ik i sę o d z w ie rc ie d le n ie m zaobserwowanego ju ż u p rz e d n io w na­

szych pracach d ysp erg u ją ceg o d z i a ła n ia f a l u ltra d źw ię k o w y ch , k tó re s t a b i ­ l i z u j e p o lid y s p e r s y j n y u k ła d , z w ła s zcza w przypadku osadu ze ściek ów o rg a ­ n ic z n y c h . N a le ży p rz y p u s z c z a ć , że d y s p e r s j i u le g a ją w p ie rw s z e j k o le jn o ­ ś c i p ro d u k ty b io k o a g u la c j i wytworzone w p r o c e s ie b io d e g r a d a c ji metodą osa­

du czynnego. Wynikiem ta k ie g o d z i a ła n ia f a l ultrad źw ięk ow ych j e s t w kon­

se k w e n cji z m n ie js z e n ie s t o p n ia r o z d z ia ł u , a p r z e d łu ż e n ie czasu nadżw ięka- w ia n ia powoduje d a ls z e , stopniow e o b n iż e n ie w a r t o ś c i s t o p n ia r o z d z ia łu za­

równo osadów preparowanych Zetagiem 63 i 92 ja k i osadu niepreparow anego.

Zmiana te m p e ra tu ry n ie wpływa p r a k t y c z n ie na c h a r a k te r p rze b ie g u k r z y ­ wych. Obserw uje s i ę n ato m ia st p rz y te m peraturach 291, 298°K wyraźny w zrost s t o p n ia r o z d z ia łu osadu d la obu badanych p o l i e l e k t r o l i t ó w (Zetag 63 i 92)

T e m p e r a t u r a

283°K

Rys. 1. Wpływ c z a s u n a d ź w i ę k a w i a n i a o s a d u o r g a n i c z n e g o n i e p r e p a r o w a n e g o i

p r e p a r o w a n e g o Z e t a g i e m 63 i 92 na s t o p i e ń r o z d z i a ł u

Zmiany stopnia rozdziału osadu.. 15

R y s. 2 . Wpływ czasu nadźw iękaw iania osadu o rg a n icz n e g o niepreparow anego i preparowanego Zetagiem 63 i 92 na s t o p ie ń r o z d z ia łu

Tem peratura pom iaru 291°K

K— osad niepceparowany

o

osad preparowany Zetagiem 63 preparowany Zetagiem 32

czas nadiwiękawiania,

sek

T e m p e r a t u r a p o m i a r u 298°K

R y s . 3 . Wpływ c z a s u n a d ź w i ę k a w i a n i a o s a d u o r g a n i c z n e g o n i e p r e p a r o w a n e g o i

p r e p a r o w a n e g o Z e t a g i e m 63 i 92 na s t o p i e ń r o z d z i a ł u

3 . B i e ń i I n n i

w stosunku do osadu niepreparow anego ( r y s . 2 1 3 ) . Pewne o d c h y le n ia zazn a­

c z a ją s i ę p rz y prow adzeniu procesu w irow ania w te m peratu rze 283°K ( r y s . l ) . Otrzymane w y n ik i w porównaniu z innym i ba d an iam i, np. ze swobodnym za­

gęszczaniem g raw ita cyjn y m , p ozw alaję s t w ie r d z ić , że n ie p rz y d a tn e w p ro ce ­ s i e odwirowywania p o l i e l e k t r o l i t y Zatag 63 i 92 sę bardzo sk u te czn e w tych samych dawkach p rzy z a g ę s z c z a n iu graw itacyjnym i w yw ierają pozytywny wpływ na z m n ie js z e n ie o b j ę t o ś c i osadu o ra z na w zrost s z y b k o ś c i opadania c z ą s te k . R ó ż n ice t e ,u z a le ż n io n e od w ie lu czynników , w yn ik a ją g łów nie z odmiennego c h a ra k te ru p ro ce su swobodnej s e d y m e n ta cji i wymuszonego procesu odwirowy­

w ania, a w ięc z ró ż n e j p r ę d k o ś c i i ro d za ju ruchu c z ą s t e k . I n t e r p r e t a c j a r ó ż n ic w d z ia ła n iu p o l i e l e k t r o l i t u w tym samym, a z w ła s z c z a ■ w nadźwiękawia- nym ośro d k u , b ę d z ie przedmiotem o d d z ie ln y c h rozważań.

LITERATURA

[1] E c k e n fe ld e r W .W .; O cz y s z cz a n ie śc ie k ó w . Światowa O rg a n iz a c ja Zdrowia P r o je k t FS—ONZ P o lsk a 26 U n iw e rs y te t Teksas - A u s t in 1967.

[2] E lp i n e r I . E . : U lt r a d ź w ię k i - d z i a ła n ie fiz y k o ch e m ic zn e i b io lo g ic z n e PWN, Warszawa 1968.

[3] B r o c k e ls b y F . : 3 . S c i . I n s t r . 40, 153, 1963.

[

4

[5] Czugunow N . P . : A k u s t ic z . Z . 10, 488, 1964.

[6] C u r r e l D . L . : 3 . An. Chem. S o c. 85, 127, 1963.

[7] Praca zbio ro w a : Z a g ę s z cz a n ie i odw adnianie osadów ściekow ych.AGK,M os­

kwa, IKS, Warszawa 1976.

H 3 M E H E H H E . C T E II E H H P A C U I P W S J I E H H f l OC A JtfC A B [ I P O I I E C C E L I,£ E T P H < t> y r/.P O B A H H fl H A £ 3 B y K 0 B U X C T O T H H X O C A U K O B

P 6 3 H) m e

B

c i a i t e noKa3aHO p e a y x b i a t H H cczeAoaaHH ii

y a b ip a sB y ic o B ia :

nojiHSJisKTpojiHTOB Ha c ie n e H b p a an p e A e ze H H a

H3 ceaibC3coxo3HitciBeHHii£

c t o ^ h u x b o a b

n p o a e c c e neHTpni$yrHpoBaHHH npH z a d o p a io p H u x y o ao B H ax .

CHANGE OF DEGREE OF SOLIDS SEPARATION IN CENTRIFUGAL SOUND AMPLIFIED SLUDGE DEWATERING

S u m m a r y

The paper p re s e n ts the re su lts co n ce rn in g the in f lu e n c e o f u lt r a s o n ic waves and p o ly e le k t r o ly t e s on degree o f s o l id s s e p a r a tio n in communal s e -

ge s lu d g e c e n t r if u g a t io n on la b o r a t o r y s c a l e .