污泥比阻的测定装置

污泥比阻的测定说明

 注意：(本说明书及提供的计算方法和实验数据仅供参考：根据学校实际实验得出的数据为准。)

一、实验目的：

污泥比阻（或称比阻抗）是表示污泥脱水性能的综合性指标，污泥比阻愈大，脱水性能愈差，反之脱水性能愈好。本实验测定活性污泥的比阻，是以FeCl₃和Al₂(SO₄)₃为混凝剂进行试验。

希望通过实验达到下述目的：

1. 掌握测定污泥比阻的实验方法；
2. 掌握用布氏漏斗试验选择混凝剂；
3. 掌握确定投加混凝剂的方法。

二、实验原理：

污泥比阻是单位过滤面积上，单位干重滤饼所具有的阻力，在数值上等于粘滞度为1时，滤液通过单位重量的泥饼产生单位滤液流率所需要的压差，

影响污泥脱水性能的因素有：污泥的性质、污泥的浓度、污泥和滤液的粘滞度、混凝剂的种类和投加量等。通常是用布氏漏斗试验，通过测定污泥滤液滤过介质的速度快慢来确定污泥比阻的大小，并比较不同污泥的过滤性能，确定最佳混凝剂及其投加量。

污泥脱水是依靠过滤介质（多孔性物质）两面的压力差作为推动力，使水分强制通过过滤介质，固体颗粒被截留在介质上，达到脱水的目的。造成压力差的方法有四种：

1. 依靠污泥本身厚度的静压力（如污泥自然干化场的渗透脱水）；
2. 过滤介质的一面造成负压（如真空过滤脱水）；
3. 加压污泥把水分过滤介质（如压滤脱水）；
4. 造成离心力作为推动力（如离心脱水）。

根据推动力在脱水过程中的演变，可分为定压过滤与恒竖过滤两种。前者在过滤工程中压力保持不变；后者在过滤过程中过滤速度保持不变。

本实验是用抽真空的方法造成压力差，并用调节阀调节压力，使整个实验过程压力差恒定。

过滤开始时，滤液只需克服过滤介质的阻力，当滤饼逐步形成后，滤液还需克服滤饼本身的阻力。滤饼是由污泥的颗粒堆积而成的，也可视为一种多孔性的过滤介质，孔道属于毛细管。因此，真正的过滤层包括滤饼与过滤介质。由于过滤介质的孔径远比污泥颗粒的粒径大，所以只过滤开始阶段，滤液往往是浑浊的。随着滤饼的形成，阻力变大，滤液变清。

由于污泥悬浮颗粒的性质不同，滤饼的性质可分为两类：一类为不可压缩性滤饼，如沉砂、初次沉淀污泥或其他无机沉渣，在压力作用下，颗粒不会变形，因而滤饼中滤液的通道（如毛细管孔径与长度）不因压力作用的变化而改变；另一类为可压缩性滤饼，如活性污泥，在压力的作用下，颗粒会变形，随着压力增加，颗粒被压缩并挤入孔道中，使滤液的通道变小，阻力增加。

过滤时，滤液体积V与压强降P、过滤面积A、过滤时间t成正比，而与过滤阻力R、滤液粘滞度u成正比，即过滤时：V= Par  uR（ml）  （14-1）

式中：V——滤液体积（ml）；

      P——过滤时压强（Pa）

      A——过滤面积（cm²）

      t——过滤时间（s）

          u——滤液粘度（Pa·s）

          R——单位过滤面积上，通过单位体积的滤液所产生的过滤阻力，决定于滤饼性质（cm^-1）

过滤阻力R包括滤饼阻力R_z和过滤介质阻力R_g两部分。阻力R随滤饼厚度增加而增加，过滤速度则随滤饼厚度

的增加而减小，因此将式（14-1）改写成微分形式： dV  dt ＝ PA  uR＝    RA    u(δR_z+R_g)   （14-2）

式中：δ——泥饼的厚度

1

设每滤过单位体积的滤液，在过滤介质上截留的滤饼体积为υ，则当滤液体积为V时，滤饼体积为υ·V，因此δA=υV

δ＝ υV  A  （14-3）

将式（14-3）代入式（14-2）得 dV  dr＝      PA²        u（υVR_z+R_gA）  （14-4）

若以滤过单位体积得滤液在过滤介质上截留得滤饼干固体重量C代替υ，并以单位重量得阻抗r代替R_z,则式（14-4）可改写成 dV  dr＝      PA²        u（CVr+R_gA）  （14-5）

式中：r——污泥比阻

定压过滤时，式（14-5）对时间积分：∫^˙₀  dt=∫^v₀   (  uCVr   PA² + Ur₀  PA )dV  （14-6）

                                   t= uCrV²r   2PA₂ + uR₀V   PA

                                    t  V= uCrV  2PA² +  uR_g  PA   （14-7）

式（14-7）说明：在定压下过滤，t/V与V成直线关系，即：y-bx+a

                斜率b= uCr  2PA²   截距 a= uR_g  PA    因此比阻公式为 r＝ 2PA²   u· b  C  （14-8）

r单位为cm/g，b为s/cm⁶，C为g/cm³

从式（14-8）可以看出，要求得污泥比阻r，需在实验条件下求出斜率b和C₀b的求法是：可在定压下（真空度保持不变）通过测定一系列的r—V数据，用图解法求取，见图14-1，C的求法为：

C＝（V₀-V_y）     C_b （g泥饼干重/ml滤液）  （14-9）

式中：V₀——原污泥体积（ml）

      V_y——滤液体积（ml）

      C_b——滤饼固体浓度（g/ml）

      V₀C₀=V_yC_y+V_bC_b        V_b=V₀V_y

      V_y= V₀（C₀-C_b）    C_y-C_b   （14-10）

式中：C₀——原污泥固体浓度（g/ml）

      C_y——滤液中固体浓度（g/ml）

      Vb——滤饼体积（ml）

将式（14-10）代入（14-9）得 C=  C_b（C₀-C_y）    C_b-C₀（g/ml）  （14-11）

因滤液固体浓度C_y相对污泥固体浓度C₀来讲要小得多，故忽略不计，因此C=  C_bC₀  C_b-C₀（g/ml）     （14-12）

投加混凝剂可以改善污泥的脱水性质，使污泥的比阻减小，对于无机混凝剂，如F_eCl₃、Al₂(SO₄)₃等的投加量，一般为污泥干重的5-10％；高分子混凝剂，如聚丙烯酰胺、碱式氯化铝等，投加量一般为污泥干重的1％。

一般认为：比阻抗在10¹²-10¹³cm/g为难过滤污泥；在（0.5-0.9）×10¹²cm/g为中等，小于0.4××10¹²cm/g为易过滤污泥。

活性污泥的比阻一般为（2.74-2.94）×10¹³cm/g；消化污泥的比阻为（1.17-1.37）×10¹³cm/g；初沉污泥的比阻为（3.9-5.8）×10¹²cm/g。

三、实验装置与设备：

（一）实验装置：

实验装置由真空泵、吸滤筒、计量筒、抽气接管、布氏漏斗等组成，

1. 不锈钢固定架    2、计量筒    3、抽气接管    4、布氏漏斗    5、吸滤筒    6、真空泵

7、真空表    8、调节阀    9、放空阀    10、硬塑料管    11、硬橡皮管

计量筒为具塞玻璃量筒，用不锈钢架子固定夹住，上接抽气接管和布氏漏斗。吸滤筒作为真空室及盛水之用，是用有机玻璃制成。它上有真空表和调节阀，下有放空阀；一端用硬塑料管联结抽气接管，另一端用硬橡皮管接真空泵。真空泵抽吸吸滤筒内的空气，使筒内形成一定的真空度。

（二）实验设备和仪器仪表：(由用户自行购买)：

1、秒表                                                                                        1块

2、烘箱                                                                                     1台

3、分析天平                                                                              1台

四、实验步骤：

1. 测定污泥的固体浓度C₀。
2. 配制FeCl₃（10g/l）和Al₂（SO₄）₃（10g/l）混凝剂溶液。
3. 用FeCl₃（10g/l）混凝剂调节污泥（每组加一种混凝剂量，加量分别为污泥干重的5％、6％、7％、8％、9％、10％）。
4. 在布氏漏斗上放置快速滤纸（直径大于漏斗，最好大于一倍），用水润湿，贴紧周底。
5. 启动真空泵，用调节阀调节真空压力到比实验压力小约1/3，实验压力为35.5kPa（真空度266mmHg）或70.9 kPa（真空度532mmHg），使滤纸紧贴漏斗底，关闭真空泵。
6. 放50-100ml调节好的污泥在漏斗内，（污泥高度不超过滤纸高度），使其依靠重力过滤1分钟，启动真空泵，调节真空压力至实验压力，记下此时计量筒内的滤液体积V₀。启动秒表。在整个实验过程中，仔细调节真空度调节阀，以保持实验压力恒定。
7. 每隔一定时间（开始过滤时可每隔10s或15s，滤速减慢后每隔30s或1min），记下记量筒内相应的滤液体积V¹。
8. 定压过滤至滤饼破裂，真空破坏，如真空长时间不破坏，则过滤20分钟即可停止（也可30-40min，待泥饼形成为止）。
9. 测出定压过滤后滤饼的厚度及固体浓度。

10、另取加Al₂（SO₄）₃混凝剂的污泥（每组加混凝剂与加FeCl₃量相同）及不加混凝剂的污泥，按实验步骤4-9分别进行实验。

注意事项：

1. 污泥中加混凝剂后，应充分混合。
2. 在整个过滤过程中，真空度应始终保持一致。
3. 实验时，抽真空装置的各个接头均不应漏气。

五、实验结果整理：

1. 测定并记录实验基本参数：

实验日期      年    月    日        实验真空度              kPa

加混凝剂量及泥饼厚度

1加Al₂（SO₄）₃                 mg/l，泥饼厚度δ₂＝              mm。

2加FeCl₃                 mg/l，泥饼厚度δ₂＝              mm。

3不加混凝剂的泥饼厚度δ₂＝              mm。

  污泥固体浓度C₀＝              g/ml。

  泥饼固体浓度C_b＝              g/ml。

1. 将实验测得数据按表14-1记录并计算。
2. 以t/V为纵坐标，V为横坐标作图，求b。
3. 根据泥饼和污泥固体浓度求出C。
4. 计算实验条件下的比阻r。
5. 以比阻r为纵坐标，混凝剂投加量为横坐标作图，求最佳投药量。

6. 不加混凝剂的污泥				加FeCl3的污泥				加Al2（SO4）3的污泥
   t （s）	计量筒 内滤液 V1(ml)	滤液量 V=V1 -V0(ml)	t  V (s/ml)	t （s）	计量筒 内滤液 V1(ml)	滤液量 V=V1 -V0(ml)	t  V (s/ml)	t （s）	计量筒 内滤液 V1(ml)	滤液量 V=V1 -V0(ml)	t  V (s/ml)
   0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 . . .				0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 . . .				0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 . . .

   六、实验结果讨论：

7. 比阻抗的大小与污泥的固体浓度有否关系？是怎样的关系？
8. 活性污泥在真空过滤时，能否讲真空度越大泥饼的固体浓度越大？为什么？
9. 对实验中发现的问题加以议论。

10. 四、设备的组成和规格：

          1、用有机玻璃圆管制成吸滤筒1套(Φ150mm×250mm、2、并配有300ml计量筒2套、3、陶瓷布氏漏斗2只、4、抽气接管1根、5、连接管道1根、6、真空表1只、7、真空泵1台、8、放气阀1只、9、渗漏阀1只、10、带移动轮子不锈钢台架1套等。

    17、实验装置总尺寸：500mm×300mm×1300mm     

11. 八、定期检查项目

12. 一、定期检查项目

    1．抽气接管、布氏漏斗、硬塑料管、硬橡皮管；

    2．真空表、等设备是否正常；

    3、吸滤筒、真空泵是否正常运行；

    二、定期维护工作：

    1． 不用时吸滤筒一定要排放出水