Acta Univ. Agric. Silvic. Mendelianae Brun. 2010, 58(2), 287-294 | DOI: 10.11118/actaun201058020287

Reologické chování kalů z odpadních vod

Tomáš Vítěz1, Libor Severa2
1 Ústav zemědělské, potravinářské a environmentální techniky, Mendelova univerzita v Brně, Zemědělská 1, 613 00 Brno, Česká republika
2 Ústav techniky a automobilové dopravy, Mendelova univerzita v Brně, Zemědělská 1, 613 00 Brno, Česká republika

Práce se věnuje problematice reologických charakteristik kalů z odpadních vod. Kaly vznikají jako produkt úpravy odpadních vod, a to v různém množství a kvalitě v různých fázích procesu úpravy vody. Znalost reologického chování kalu může být využita při dimenzování technických zařízení a technologických procesů. Vzorky kalu byly odebírány v několika fázích postupné úpravy odpadní vody. Materiál byl testován pomocí digitálního rotačního viskozimetru Anton Paar s měřicí geometrií dvou souosých válců. Byla měřena dynamická viskozita, a to jako funkce teploty a rychlosti deformace. Měření proběhla v rozsahu 1 °C až 25 °C a 0,34 s-1 až 68 s-1. Obsah sušiny a ztráty žíháním byly ve vzorcích stanoveny pomocí elektrické pece LMH 07/12 a jejich obsah se pohyboval v rozmezí 0,43 % až 21,45 % v případě sušiny a v rozmezí 56,21 % až 67,80 % v případě ztrát žíháním. U všech vzorků kalů bylo zjištěno nenewtonowské chování a teplotní závislost. Chování materiálu bylo modelováno pomocí několika matematických vztahů a rovnic (Arrheniova, Binghamova, Cassonova, exponenciálního, Gaussova a IPC), a to v prostředí so waru MATLAB®. Pomocí těchto postupů bylo dosaženo uspokojivých shod mezi experimenty a modely. Nejvyšší shody v případě závislosti na teplotě i rychlosti deformace bylo dosaženo v případě Gaussova modelu (R2 = 0,999).

kal z odpadních vod, dynamická viskozita, modelování

On the rheological characteristics of sewage sludge

The work is focused on characterization of rheological behavior of sewage sludges sampled at different stages of waste water treatment. The main attention was focused on dynamic viscosity dependence on temperature, and shear rate. The sludge samples were examined under temperature ranging from 1 °C to 25 °C and under shear rate ranging from 0.34 s-1 to 68 s-1. Rotary digital viscometer (concentric cylinders geometry) was used to perform the reological measurements. The solids content of the sludge samples ranged from 0.43 % to 21.45 % (A and C samples, respectively) and ash free dry mass from 56.21 % to 67.80 % (A and B samples, respectively). The tested materials were found to be of non-Newtoninan nature and temperature dependent. Measured data were successfully characterized by several mathematical models (Arrhenius, Bingham Plastic, Casson Law, Exponential, Gaussian, and IPC Paste) in MATLAB® software with satisfying correlations between experimental and computed results. The best match (R2 = 0.999) was received with use of Gaussian model, in both cases, shear rate and temperature dependence. The results are quite useful e.g. for the purpose of technological equipment design.

Keywords: sewage sludge, apparent viscosity, modeling
Grants and funding:

The work has been supported by project "Národní program výzkumu II" - Trvalá prosperita, project No. 2A-3TP/010.

Received: January 18, 2010; Published: October 1, 2014  Show citation

ACS AIP APA ASA Harvard Chicago IEEE ISO690 MLA NLM Turabian Vancouver
Vítěz, T., & Severa, L. (2010). On the rheological characteristics of sewage sludge. Acta Universitatis Agriculturae et Silviculturae Mendelianae Brunensis, 58(2), 287-294. doi: 10.11118/actaun201058020287
Share...
Download citation
  • BibTeX (.bib)
  • Bookends (.ris)
  • EasyBib (.ris)
  • EndNote (.enw)
  • EndNote 8 (.xml)
  • ISI WoS (.isi)
  • Medlars (.medlars)
  • Mendeley (.ris)
  • MODS (.xml)
  • Papers (.ris)
  • RefWorks (.txt)
  • RefManager (.ris)
  • RIS (.ris)
  • MS Word (.xml)
  • Zotero (.ris)
    • Open full article

    References

    1. ABU-ORF, M. M., Örmeci, B., 2005: Measuring sludge network strength using rheology and relation to dewaterability, filtration, and thickening - laboratory and fullscale experiments. ASCE Journal of Environmental Engineering 131 (8), 1139-1146. DOI: 10.1061/(ASCE)0733-9372(2005)131:8(1139) Go to original source...
    2. BOGER, D. V., 2009: Rheology and the resource industries. Chemical Engineering Science 64, 4525-4536. DOI: 10.1016/j.ces.2009.03.007 Go to original source...
    3. BRAR, S. K., VERMA, M., TYAGI, R. D., VALÉRO, J. R., SURAMPALLI, R. Y., 2007: Bacillus thuringiensis fermentation of hydrolyzed sludge - rheology and formulation studies. Chemosphere 67 (2007) 674-683. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2006.11.007 Go to original source...
    4. Giordano, C., Pollice, A., Laera, G., Saturno, D., Mininni, G., 2007: Influence of solid retention time on the rheology of MBR sludge, Water Science and Technology 56 (8), 151-159. DOI: 10.2166/wst.2007.715 Go to original source...
    5. Nges, I. A., Liu, J., 2009: Effects of anaerobic pre-treatment on the degradation of dewatered sewage sludge. Renewable Energy 34, 1795-1800. DOI: 10.1016/j.renene.2008.12.001 Go to original source...
    6. Pham, T. T. H., Brar, S. K., Tyagi, R. D., Surampalli, R. Y., 2010: Influence of ultrasonication and Fenton oxidation pre-treatment on rheological characteristics of wastewater sludge, Ultrasonics Sonochemistry 17, 38-45. DOI: 10.1016/j.ultsonch.2009.06.007 Go to original source...
    7. SEVERA, L. and LOS, J., 2008: On the influence of temperature on dynamic viscosity of dark beer. Acta Universitatis Agriculturae et Silviculturae Mendelianae Brunensis 2, 303-307. DOI: 10.11118/actaun200856020303 Go to original source...
    8. SEVERA, L., NEDOMOVÁ, Š. and BUCHAR, J., 2010: Influence of storing time and temperature on the viscosity of an egg yolk. Journal of Food Engineering 2, 266-269. DOI: 10.1016/j.jfoodeng.2009.07.020 Go to original source...
    9. Steffe, J. F., 1996: Rheological methods in food process engineering. East Lansing, MI: Freeman Press, East Lansing, USA.
    10. SEYSSSIECQ, I., MARROT, B., DJERROUD, D. and ROCHE, N., 2008: In situ triphasic rheological characterisation of activated sludge, in an aerated bioreaktor. Chemical Engineering Journal 142(1), 40-47. DOI: 10.1016/j.cej.2007.11.007 Go to original source...
    11. VERMA, M., BRAR, S. K., RIOPEL, A. R., TYAGI, R. D. and SURAMPALLI, R. Y., 2007: Pre-treatment of wastewater sludge-biodegradability and rheology study. Environmental 28(3), 273-284. Go to original source...
    12. WERTHER, J., OGADA, T., 1999: Sewage sludge combustion. Progress in Energy and Combustion Science 25, 55-116. DOI: 10.1016/S0360-1285(98)00020-3 Go to original source...

    This is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License (CC BY NC ND 4.0), which permits non-comercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original publication is properly cited. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.


    Return to the content