中瑞祥污泥比阻測定實驗污泥比阻測定儀說明書 注意：(本說明書及提供的計算方法和實驗數據僅供參考：根據學校實際實驗得出的數據為準。) 一、實驗目的： 污泥比阻（或稱比阻抗）是表示污泥脫水性能的綜合性指標，污泥比阻愈大，脫水性能愈差，反之脫水性能愈好。本實驗測定活性污泥的比阻，是以FeCl3和Al2(SO4)3為混凝劑進行試驗。 希望通過實驗達到下述目的： 1、 掌握測定污泥比阻的實驗方法； 2、 掌握用布氏漏斗試驗選擇混凝劑； 3、 掌握確定投加混凝劑的方法。 二、實驗原理： 污泥比阻是單位過濾面積上，單位干重濾餅所具有的阻力，在數值上等于粘滯度為1時，濾液通過單位重量的泥餅產生單位濾液流率所需要的壓差， 影響污泥脫水性能的因素有：污泥的性質、污泥的濃度、污泥和濾液的粘滯度、混凝劑的種類和投加量等。通常是用布氏漏斗試驗，通過測定污泥濾液濾過介質的速度快慢來確定污泥比阻的大小，并比較不同污泥的過濾性能，確定最佳混凝劑及其投加量。 污泥脫水是依靠過濾介質（多孔性物質）兩面的壓力差作為推動力，使水分強制通過過濾介質，固體顆粒被截留在介質上，達到脫水的目的。造成壓力差的方法有四種： 1、 依靠污泥本身厚度的靜壓力（如污泥自然干化場的滲透脫水）； 2、 過濾介質的一面造成負壓（如真空過濾脫水）； 3、 加壓污泥把水分過濾介質（如壓濾脫水）； 4、 造成離心力作為推動力（如離心脫水）。 根據推動力在脫水過程中的演變，可分為定壓過濾與恒豎過濾兩種。前者在過濾工程中壓力保持不變；后者在過濾過程中過濾速度保持不變。 本實驗是用抽真空的方法造成壓力差，并用調節閥調節壓力，使整個實驗過程壓力差恒定。 過濾開始時，濾液只需克服過濾介質的阻力，當濾餅逐步形成后，濾液還需克服濾餅本身的阻力。濾餅是由污泥的顆粒堆積而成的，也可視為一種多孔性的過濾介質，孔道屬于毛細管。因此，真正的過濾層包括濾餅與過濾介質。由于過濾介質的孔徑遠比污泥顆粒的粒徑大，所以只過濾開始階段，濾液往往是渾濁的。隨著濾餅的形成，阻力變大，濾液變清。 由于污泥懸浮顆粒的性質不同，濾餅的性質可分為兩類：一類為不可壓縮性濾餅，如沉砂、初次沉淀污泥或其他無機沉渣，在壓力作用下，顆粒不會變形，因而濾餅中濾液的通道（如毛細管孔徑與長度）不因壓力作用的變化而改變；另一類為可壓縮性濾餅，如活性污泥，在壓力的作用下，顆粒會變形，隨著壓力增加，顆粒被壓縮并擠入孔道中，使濾液的通道變小，阻力增加。 過濾時，濾液體積V與壓強降P、過濾面積A、過濾時間t成正比，而與過濾阻力R、濾液粘滯度u成正比，即過濾時：V= Par uR（ml） （14-1） 式中：V——濾液體積（ml）； P——過濾時壓強（Pa） A——過濾面積（cm2） t——過濾時間（s） u——濾液粘度（Pa·s） R——單位過濾面積上，通過單位體積的濾液所產生的過濾阻力，決定于濾餅性質（cm-1） 過濾阻力R包括濾餅阻力Rz和過濾介質阻力Rg兩部分。阻力R隨濾餅厚度增加而增加，過濾速度則隨濾餅厚度 的增加而減小，因此將式（14-1）改寫成微分形式： dV dt ＝ PA uR＝ RA u(δRz+Rg) （14-2） 式中：δ——泥餅的厚度 1 設每濾過單位體積的濾液，在過濾介質上截留的濾餅體積為υ，則當濾液體積為V時，濾餅體積為υ·V，因此δA=υV δ＝ υV A （14-3） 將式（14-3）代入式（14-2）得 dV dr＝ PA2 u（υVRz+RgA） （14-4） 若以濾過單位體積得濾液在過濾介質上截留得濾餅干固體重量C代替υ，并以單位重量得阻抗r代替Rz,則式（14-4）可改寫成 dV dr＝ PA2 u（CVr+RgA） （14-5） 式中：r——污泥比阻 定壓過濾時，式（14-5）對時間積分：∫˙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）說明：在定壓下過濾，t/V與V成直線關系，即：y-bx+a 斜率b= uCr 2PA2 截距 a= uRg PA 因此比阻公式為 r＝ 2PA2 u· b C （14-8） r單位為cm/g，b為s/cm6，C為g/cm3 從式（14-8）可以看出，要求得污泥比阻r，需在實驗條件下求出斜率b和C0b的求法是：可在定壓下（真空度保持不變）通過測定一系列的r—V數據，用圖解法求取，見圖14-1，C的求法為 圖14-1圖解法求b示意圖 C＝（V0-Vy） Cb （g泥餅干重/ml濾液） （14-9） 式中：V0——原污泥體積（ml） Vy——濾液體積（ml） Cb——濾餅固體濃度（g/ml） V0C0=VyCy+VbCb Vb=V0Vy Vy= V0（C0-Cb） Cy-Cb （14-10） 式中：C0——原污泥固體濃度（g/ml） Cy——濾液中固體濃度（g/ml） Vb——濾餅體積（ml） 將式（14-10）代入（14-9）得 C= Cb（C0-Cy） Cb-C0（g/ml） （14-11） 因濾液固體濃度Cy相對污泥固體濃度C0來講要小得多，故忽略不計，因此C= CbC0 Cb-C0（g/ml） （14-12） 投加混凝劑可以改善污泥的脫水性質，使污泥的比阻減小，對于無機混凝劑，如FeCl3、Al2(SO4)3等的投加量，一般為污泥干重的5-10％；高分子混凝劑，如聚丙烯酰胺、堿式氯化鋁等，投加量一般為污泥干重的1％。 一般認為：比阻抗在1012-1013cm/g為難過濾污泥；在（0.5-0.9）×1012cm/g為中等，小于0.4××1012cm/g為易過濾污泥。 活性污泥的比阻一般為（2.74-2.94）×1013cm/g；消化污泥的比阻為（1.17-1.37）×1013cm/g；初沉污泥的比阻為（3.9-5.8）×1012cm/g。 三、實驗裝置與設備： 14-2比阻抗實驗裝置圖 1、 不銹鋼固定架 2、計量筒 3、抽氣接管 4、布氏漏斗 5、吸濾筒 6、真空泵 7、真空表 8、調節閥 9、放空閥 10、硬塑料管 11、硬橡皮管 計量筒為具塞玻璃量筒，用不銹鋼架子固定夾住，上接抽氣接管和布氏漏斗。吸濾筒作為真空室及盛水之用，是用有機玻璃制成。它上有真空表和調節閥，下有放空閥；一端用硬塑料管聯結抽氣接管，另一端用硬橡皮管接真空泵。真空泵抽吸吸濾筒內的空氣，使筒內形成一定的真空度。 （二）實驗設備和儀器儀表：(由用戶自行購買)： 1、秒表 1塊 2、烘箱 1臺 3、分析天平 1臺 四、實驗步驟： 1、 測定污泥的固體濃度C0。 2、 配制FeCl3（10g/l）和Al2（SO4）3（10g/l）混凝劑溶液。 3、 用FeCl3（10g/l）混凝劑調節污泥（每組加一種混凝劑量，加量分別為污泥干重的5％、6％、7％、8％、9％、10％）。 4、 在布氏漏斗上放置快速濾紙（直徑大于漏斗，最好大于一倍），用水潤濕，貼緊周底。 5、 啟動真空泵，用調節閥調節真空壓力到比實驗壓力小約1/3，實驗壓力為35.5kPa（真空度266mmHg）或70.9 kPa（真空度532mmHg），使濾紙緊貼漏斗底，關閉真空泵。 6、 放50-100ml調節好的污泥在漏斗內，（污泥高度不超過濾紙高度），使其依靠重力過濾1分鐘，啟動真空泵，調節真空壓力至實驗壓力，記下此時計量筒內的濾液體積V0。啟動秒表。在整個實驗過程中，仔細調節真空度調節閥，以保持實驗壓力恒定。 7、 每隔一定時間（開始過濾時可每隔10s或15s，濾速減慢后每隔30s或1min），記下記量筒內相應的濾液體積V1。 8、 定壓過濾至濾餅破裂，真空破壞，如真空長時間不破壞，則過濾20分鐘即可停止（也可30-40min，待泥餅形成為止）。 9、 測出定壓過濾后濾餅的厚度及固體濃度。 10、另取加Al2（SO4）3混凝劑的污泥（每組加混凝劑與加FeCl3量相同）及不加混凝劑的污泥，按實驗步驟4-9分別進行實驗。 3 注意事項： 1、 污泥中加混凝劑后，應充分混合。 2、 在整個過濾過程中，真空度應始終保持一致。 3、 實驗時，抽真空裝置的各個接頭均不應漏氣。 五、實驗結果整理： 1、 測定并記錄實驗基本參數： 實驗日期 年 月 日 實驗真空度 kPa 加混凝劑量及泥餅厚度 ○1加Al2（SO4）3 mg/l，泥餅厚度δ2＝ mm。 ○2加FeCl3 mg/l，泥餅厚度δ2＝ mm。 ○3不加混凝劑的泥餅厚度δ2＝ mm。 污泥固體濃度C0＝ g/ml。 泥餅固體濃度Cb＝ g/ml。 2、 將實驗測得數據按表14-1記錄并計算。 3、 以t/V為縱坐標，V為橫坐標作圖，求b。 4、 根據泥餅和污泥固體濃度求出C。 5、 計算實驗條件下的比阻r。 6、 以比阻r為縱坐標，混凝劑投加量為橫坐標作圖， 六、實驗結果討論： 1、 比阻抗的大小與污泥的固體濃度有否關系？是怎樣的關系？ 2、 活性污泥在真空過濾時，能否講真空度越大泥餅的固體濃度越大？為什么？ 3、 對實驗中發現的問題加以議論。 四、設備的組成和規格： 1、用有機玻璃圓管制成吸濾筒1套(Φ150mm×250mm、2、并配有300ml計量筒2套、3、陶瓷布氏漏斗2只、4、抽氣接管1根、5、連接管道1根、6、真空表1只、7、真空泵1臺、8、放氣閥1只、9、滲漏閥1只、10、帶移動輪子不銹鋼臺架1套等。 17、實驗裝置總尺寸：500mm×300mm×1300mm
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