2775

12

3.Вакуумметр.

4.Вакуум-насос.

5.Секундомер.

6.Мерные цилиндры на 100 мл.

7.Фарфоровые чашки диаметром 10 см.

8.Металлические чашки для ускоренного' определения влажности осадка.

9.Установка для ускоренного определения влажности осадка.

10.Весы аналитические.

Работа рассчитана на 4 часа /2 занятия/, 1-е занятие. Работа на вакуум-установке при различных режимах.

Определение начальной влажности осадка и влажности кека.

2-е Занятие. Обработка результатов, построение графика зависимостипроизводительности вакуум-фильтра от величины вакуума. Обсуждение данных. Выбор оптимального режима работы лабораторной установки.

Общая часть

Обезвоживание осадка путем фильтрования под вакуумом представляет, собой процесс отделения твердой фазы от жидкой, происходящий при разности давлений над и под фильтрующей средой

Вакуум-фильтрация (вакуумирование) является одним из наиболее распространенных методов механического обезвоживания осадков сточных вод. Метод широко применяется за границей и у нас в России.

Вакуумирование осадков сточных вод производится на барабанных вакуум-фильтрах и фильтр-прессах, где фильтрующей средой являемся фильтровальная ткань и слой осадка,, налипающий на ткань в процессе фильтрования.

Вакуум-фильтрацией удаляется свободная вода, скорость выделения которой при выбранном давлении (вакууме) может быть различной в зависимости от величины удельного сопротивления осадка. Поэтому для различных осадков требуется разное время обезвоживания, т.е. величина фильтроцикла должна назначаться с учетом свойств обезвоживаемого осадка.

Описание лабораторной установки вакуум-фильтра

Лабораторная установка для обезвоживания осадка (см. рис.) состоит из фильтрационной воронки 1, предназначенной для получения отфильтрованного осадка (кека), колбы Бунзена 2 - для сбора фильтрата, ресивера 3 (для выравнивания вакуума), вакуум насоса 4 – для создания давления, вакуумметра 5 - для измерения вакуума и запорных кранов 6 и 7.

13

Рис. Схема лабораторного вакуум-фильтра :

I - фильтрационная воронка; 2- колба Бунзена; 3- ресивер; 4 - вакуум-насос; 5 - вакууметр; 6 и 7 -запорные краны

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Тщательно перемешанный исследуемый осадок в количестве 100 см3 выливают в фильтровальную воронку 1. Одновременно определяют влажность осадка ускоренным методом. Включают вакуум-насос 4 и открывают кран 6. Как только установится вакуум 300 мм рт. ст. (0,041 МПа), открывают кран 7, включают секундомер. Время фильтрации 5 мин., после чего определяют влажность кека и замеряют объем фильтрата.

Затем воронку промывают и опыт повторяют при режимах вакуума 400 и 500 мм рт. ст. (0,064 и 0,067 МПа). Каждый раз в конце опыта определяют в кеке влажность и замеряют объем выделившегося фильтрата.

По полученным результатам строят график зависимости снижения влажности осадка в зависимости от величины вакуума.

Зная влажность и взятый объем исходного осадка, а также влажность полученного кека при разных режимах, подсчитать, какое получилось уменьшение объема осадка, по формуле:

W2 = W1*(100 – В1) / (100 – В2),

где W1 и W2 – соответственно первоначальный и конечный объем осадка, мл; В1 и В2 – начальная и конечная влажность, %.

Подсчитать для каждого случая эффект обезвоживания (Э) по формуле:

Э = (Вн – Вк)*100/ Вн

где Вн и Вк - начальная и конечная влажность,%.

Определить для каждого опыта производительность лабораторного вакуум-фильтра, пользуясь формулой:

14

Вн и Вк - влажность исходного и вакуумированного осадка (кека); t - время вакуумирования (продолжительность фильтроцикла) ч; ρ- плотность осадка, кг/м3.

На основании полученных результатов построить график зависимости производительности вакуум-фильтра от величины вакуума.

Все данные свести в таблицу, проанализировать и выбрать оптимальные режим работы лабораторного вакуум-фильтра для данного осадка.

Контрольные вопросы.

1. От чего зависит процесс вакуумирования осадков сточных вод ?

2. Какие факторы влияют на производительность вакуум-фильтров ?

15

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

Удельное сопротивление осадка и методика его определение

Цель работы: Получить навыки определения удельного сопротивления осадков сточных вод.

ПРИБОРЫ И ОБОРУДОВАНИЕ

1.Воронка Бюхнера.

2.Мерные цилиндры емкостью 250 см3 с пеной деления 2 см3.

3.Колба Бунзена объемом 0,5-1 л.

4.Вакуумметр.

5.Секундомер.

6.Вакуумный насос.

7.Фарфоровые чашки d = 10 см.

8.Водяная баня.

9.Сушильный шкаф.

10. Аналитические весы.

ОБЩАЯ ЧАСТЬ Удельным сопротивлением осадка называется сопротивление единицы

массы осадка на единицу площади фильтра при определенном постоянном давлении.

Удельное сопротивление осадка характеризует его водоотдающие свойства. Чем больше удельное сопротивление, тем осадок хуже отдает воду.

Удельное сопротивление определяется по формуле: r= 2 P*F2*b / η*c,

где r - удельное сопротивление фильтрапни, см/г;

P - давление /вакуум/; при котором происходит фильтрация ,Ша; F - площадь фильтра, см2;

η - вязкость фильтрата, г/см2сек; с - концентрания осадка, г/см3;

b -параметр, получаемый опытным путем b = t/V/V,

где t- продолжительность фильтрапии, с;

V - объем образующегося фильтрата см.3..

Обычно удельное сопротивление осадка определяется при постоянных значениях F, η, Р2.

Если обозначить 2 P*F2 / η = К, то формула примет вид: r=K b/с

Сырые осадки первичных отстойников и неуплотненный активный ид городских станций аэрации имеют значительно меньшее удельное сопротивление, чем сброженные осадки. При этом наибольшее удельное сопротивление имеет осадок, сброженный в термофильных условиях (см. табл.). Осадки

16

производственных сточных вод имеют более низкие значения удельного сопротивления по сравнению с осадками городских сточных вод.

Существует несколько методов определения удельного сопротивленияосадков, наиболее простым, обеспечивающим достаточную для практики точность, является объемный метод*

Ход выполнения работы

Описание опытной установки

Лабораторная установка для определения удельного сопротивления осадков состоит из мерного цилиндра 1 (см. рис. ниже), емкостью 200-250 см3 , предназначенного для сбора фильтрата, воронки Бюхнера 2, колбы Бунзена 3, ресивера 4 емкостью 15 л, вакуумметра 5,. служащего для замера величины вакуумаг вакуум-насоса 6 и запорных кранов 7 и 8.

На дно воронки Бюхнера 2 укладывают промытую, слегка смоченную водой фильтровальную ткань, вырезанную по диаметру воронки. Затем в воронку наливают 200 мл хорошо перемешанного осадка. Одновременно определяют концентрацию сухого вещества осадка по методике, описанной в работе № 1, включают вакуум-насос, открывают кран и при закрытом запорном кране 8 создают желаемое разряжение (400-500 м рт. ст., 0,054-0,067 Па), открывают кран 8, при этом происходит частичное падение давления, доводят его до требуемой величины, включают секундомер и замеряют объем фильтрата в мерном цилиндре 1 – V 0.

Следует заметить, что резко повышать вакуум не следует, т.к. это может привести к спрессовыванию кека и увеличению удельного сопротивления. Фильтрование осадка производится при постоянном вакууме, который поддерживается путем регулирования запорным краном 8. В начале опыта количество образующегося фильтрата замеряется в цилиндре I ежеминутно, а с замедлением скорости фильтрации промежуток времени между отсчетами увеличивают до 2 минут. Продолжительность опыта 15-20 минут. С прекращением поступления фильтрата или с появлением трещин в осадке выключают секундомер и вакуум-насос, записывают объем фильтрата и время окончания опыта.

Результаты замеров фильтрата записывают в таблицу. Для примера в таблице поставлены данные замеров удельного сопротивления осадка первичных отстойников Кунцевской станции аэрации. г. Москвы.

17

Удельное сопротивление осадков сточных вод

Рис. Схема лабораторной установки для определения удельного сопротивления осадков

1 - мерный цилиндр; 2 - воронка Бюхнера; 3 - колба Бунзена; 4 - ресивер; 5 - вакуумметр; 6 - вакуум-насос; 7,8 - запорные краны.

Зная количество фильтрата V1, V2, V3 и т. д. в см3, выделившееся соответственно за промежутки фильтрования t1, t2, t3 и т.д. в с, производят определение параметра «b», для чего строят график зависимости между величинами t/V. Зависимость между этими величинами должна быть прямолинейной. Практически в начальной и конечной стадии фильтрации наблюдаются отклонения, поэтому прямую следует проводить по средним точкам, соответствующим равномерной фильтрации. Значение «b», берут в трех произвольно взятых промежутках времени.

19

График для определение удельного сопротивления осадка

В нашем примере при Р = 500 мм рт. ст., F = 50,24 см2, (F = πD2/4)

η = 0,01 b = m/n

b1 = (5 – 1,6)/26 = 0,131; b 2 = (8,2 – 1,6)/52 = 0,133; b 3 = (12 – 1,6)/78 = 0,134 bср = 0,133; К = 33,6*10 10; с = 0,0643 г/см3;

r=K b/с = 33,6*1010*0,133/0, 0643 = 69,6*1010 см/г

Студенты по своим замерам определяют "b" и рассчитывают удельное сопротивление испытуемого осадка. Затем обсуждают полученные результаты, сравнивая их с результатами удельных сопротивление осадков, приведенных в таблице 6.

Контрольные вопросы:

1.Что характеризует удельное сопротивление осадка?

2.В чем состоит методика определения удельного сопротивления осадка?

3.Как определяется параметр «в» ?

4.К какому типу относятся анализируемые в работе осадки?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

Механическое обезвоживание осадков на центрифугах

Цель работы: Установить основные факторы, влияющие на эффект разделения суспензий в центробежном поле.

ПРИБОРЫ И ОБОРУДОВАНИЕ

1.Центрифуга.

2.Стаканы, V = 100 мл (2 шт.).

3.Мерные цилиндры, V = 100 мл (2 шт.).

4.Металлические чашки.

5.Прибор для определения влажности осадка экспресс-методом.

6.Весы аналитические.

ОБЩАЯ ЧАСТЬ

Для разделения неоднородных систем, состоящих их двух или более фаз - суспензий (жидкость - твёрдое тело), эмульсий (жидкость - жидкость), аэрозолей (газ - твердое тело или газ - жидкость), может быть применено центрифугирование. Процесс разделения систем происходит под действием центробежных сил. Широкое распространение центрифугирование получило для обезвоживания осадков сточных вод. Чаще всего для этих целей приме-, няются горизонтальные осадительные центрифуги непрерывного действия со шнековой выгрузкой осадка. Основными показателями, характеризующими

20

работу осадительных центрифуг, являются производительность, эффективность задержания сухого вещества и влажность обезвоженного осадка.

Эффективность работы центрифуг зависит от геометрических размеров ротора, скорости его вращения, влажности исходного осадка, плотности и дисперсионного "состава его твердой фазы, форм связи влаги с частицами взвеси, вязкости жидкой фазы и др.

Эффективность задержания сухого вещества осадка можно определить по формуле:

Э = Ск*(Сос – Сф)*100 / Сос*(Ск – Сф),

где Ск, Сос, Сф - концентрация сухого вещества соответственно в обезвоженном осадке (кеке), исходном осадке и фугате.

Эффект задержания сухого вещества в центрифуге зависит в основном от мощности силового поля в центрифугах и продолжительности пребывания осадка в центробежном поле.

Мощность силового поля в центрифугах превышает мощность сил гравитаций (в отстойниках, осадкоуплотнителях и др.) в сотни, тысячи и даже сотни тысяч раз, что позволяет получить практически любую степень полноты разделения суспензий.

Напряженность развиваемого центрифугами силового поля называют

фактором разделения.

Фактор разделения является одной из важнейших технических характеристик любой центрифуги, по которой судят о ее эффективности и возможности применения для тех или иных целей.

Величина фактора разделения Фр определяется по формуле:

g - ускорение свободного падения тела, м/c2.

Для практического пользования фактор разделения можно выразись через частоту вращения центрифуги:

Фр = (2πп/60)2* R*g = 111*10-5*п* R,

где п - число оборотов, об/мин.

Следующей важнейшей характеристикой центрифуг, влияющей на эффективность разделения различных суспензий, является продолжительность пребывания выделяемых примесей в роторе. От этого показателя зависит (при прочих равных условиях: угловая скорость, радиус вращения) эффективность работы проточных центрифуг.

Влияние основных переменных процесса центрифугирования – фактора разделения и продолжительности обработки на эффективность разделения легко определить на лабораторной стаканчиковой центрифуге.