恒奥德仪器四组污泥比阻测定实验装置污泥脱水性能测定实验操作说明书

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