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Rz和过滤介质阻力Rg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(δRz+Rg) (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(υVRz+RgA) (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
Rz,则式(14-4)可改写成 dV dr= PA2 u(CVr+RgA) (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 + uRg 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= uRg 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:
1 ぃ (s/ml)
0 n b=tg0= n m
m
↑
0 V(ml)
图14-1图解法求b示意图
C=(V0-Vy) Cb (g泥饼干重/ml滤液) (14-9)
式中:V0——原污泥体积(ml)
Vy——滤液体积(ml)
Cb——滤饼固体浓度(g/ml)
V0C0=VyCy+VbCb Vb=V0Vy
Vy= V0(C0-Cb) Cy-Cb (14-10)
式中:C0——原污泥固体浓度(g/ml)
Cy——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= Cb(C0-Cy) Cb-C0(g/ml) (14-11)
因滤液固体浓度Cy相对污泥固体浓度C0来讲要小得多,故忽略不计,因此C= CbC0 Cb-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FeCl3、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。
2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。
3
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Cb= g/ml。
2、 将实验测得数据按表14-1记录并计算。
3、 以t/V为纵坐标,V为横坐标作图,求b。
4、 根据泥饼和污泥固体浓度求出C。
5、 计算实验条件下的比阻
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