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污泥比阻的測定說明

 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。)

、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為混凝劑行試驗。

希望通過實驗達到下述目的：

掌握測定污泥比阻的實驗方法；

掌握用布氏漏斗試驗選擇混凝劑；

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，并不同污泥的過濾性能，確定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。成壓力差的方法有四種：

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）；

過濾介質的面成負壓（如真空過濾脫水）；

加壓污泥把水分過濾介質（如壓濾脫水）；

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：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R_z和過濾介質阻力R_g兩分。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(δR_z+R_g)   （14-2）

式中：δ——泥餅的厚度

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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（υVR_z+R_gA）  （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R_z,則式（14-4）可改寫成 dV  dr＝      PA²        u（CVr+R_gA）  （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 +  uR_g  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= uR_g  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）通過測定系列的r—V數據，用圖解法求取，見圖14-1，C的求法為：

           ↑

         0                                                           V（ml）  

                           圖14-1圖解法求b示意圖

C＝（V₀-V_y）     C_b （g泥餅干重/ml濾液）  （14-9）

式中：V₀——原污泥體積（ml）

      V_y——濾液體積（ml）

      C_b——濾餅固體濃度（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——原污泥固體濃度（g/ml）

      C_y——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=  C_b（C₀-C_y）    C_b-C₀（g/ml）  （14-11）

因濾液固體濃度C_y相對污泥固體濃度C₀來講要小得多，故忽略不計，因此C=  C_bC₀  C_b-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F_eCl₃、Al₂(SO₄)₃等的投加量，般為污泥干重的5-10％；分子混凝劑，如聚丙烯酰胺、堿式氯化鋁等，投加量般為污泥干重的1％。

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。

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三、實驗裝置與設備：

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；端用硬塑料管聯結抽氣接管，另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：

測定污泥的固體濃度C₀。

配制FeCl₃（10g/l）和Al₂（SO₄）₃（10g/l）混凝劑溶液。

用FeCl₃（10g/l）混凝劑調節污泥（每組加種混凝劑量，加量分別為污泥干重的5％、6％、7％、8％、9％、10％）。

在布氏漏斗上放置快速濾紙（直徑大于漏斗，好大于倍），用水潤濕，貼緊周底。

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。

放50-100ml調節好的污泥在漏斗內，（污泥度不過濾紙度），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。

每隔定時間（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。

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）。

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分別行實驗。

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注意事項：

污泥中加混凝劑后，應充分混合。

在整個過濾過程中，真空度應始終保持致。

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：

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C_b＝              g/ml。

將實驗測得數據按表14-1記錄并計算。

以t/V為縱坐標，V為橫坐標作圖，求b。

根據泥餅和污泥固體濃度求出C。

計算實驗條件下的比阻r。

以比阻r為縱坐標，混凝劑投加量為橫坐標作圖，求佳投藥量。

六、實驗結果討論：

比阻抗的大小與污泥的固體濃度有否關系？是怎樣的關系？

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？

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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八、定期檢查項目

、定期檢查項目

1．抽氣接管、布氏漏斗、硬塑料管、硬橡皮管； 

2．真空表、等設備是否正常；

3、吸濾筒、真空泵是否正常運行； 

二、定期維護作： 

1． 不用時吸濾筒定要排放出水