污泥比阻的測(cè)定說(shuō)明
注意：(本說(shuō)明書(shū)及提供的計(jì)算方法和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)僅供參考：根據(jù)學(xué)校實(shí)際實(shí)驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。)
、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/span>
污泥比阻（或稱比阻抗）是表示污泥脫水性能的綜合性標(biāo)，污泥比阻愈大，脫水性能愈差，反之脫水性能愈好。本實(shí)驗(yàn)測(cè)定活性污泥的比阻，是以FeCl3和Al2(SO4)3為混凝劑行試驗(yàn)。
希望通過(guò)實(shí)驗(yàn)達(dá)到下述目的：
掌握測(cè)定污泥比阻的實(shí)驗(yàn)方法；
掌握用布氏漏斗試驗(yàn)選擇混凝劑；
掌握確定投加混凝劑的方法。
二、實(shí)驗(yàn)原理：
污泥比阻是單位過(guò)濾面積上，單位干重濾餅所具有的阻力，在數(shù)值上等于粘滯度為1時(shí)，濾液通過(guò)單位重量的泥餅產(chǎn)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(zhì)、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(yàn)，通過(guò)測(cè)定污泥濾液濾過(guò)介質(zhì)的速度快慢來(lái)確定污泥比阻的大小，并不同污泥的過(guò)濾性能，確定佳混凝劑及其投加量。
污泥脫水是依靠過(guò)濾介質(zhì)（多孔性物質(zhì)）兩面的壓力差作為推動(dòng)力，使水分強(qiáng)制通過(guò)過(guò)濾介質(zhì)，固體顆粒被截留在介質(zhì)上，達(dá)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(chǎng)的滲透脫水）；
過(guò)濾介質(zhì)的面成負(fù)壓（如真空過(guò)濾脫水）；
加壓污泥把水分過(guò)濾介質(zhì)（如壓濾脫水）；
成離心力作為推動(dòng)力（如離心脫水）。
根據(jù)推動(dòng)力在脫水過(guò)程中的演變，可分為定壓過(guò)濾與恒豎過(guò)濾兩種。前者在過(guò)濾程中壓力保持不變；后者在過(guò)濾過(guò)程中過(guò)濾速度保持不變。
本實(shí)驗(yàn)是用抽真空的方法成壓力差，并用調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)壓力，使整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程壓力差恒定。
過(guò)濾開(kāi)始時(shí)，濾液只需克服過(guò)濾介質(zhì)的阻力，當(dāng)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(guò)濾介質(zhì)，孔道屬于毛細(xì)管。因此，真正的過(guò)濾層包括濾餅與過(guò)濾介質(zhì)。由于過(guò)濾介質(zhì)的孔徑遠(yuǎn)比污泥顆粒的粒徑大，所以只過(guò)濾開(kāi)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(zhì)不同，濾餅的性質(zhì)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(wú)機(jī)沉渣，在壓力作用下，顆粒不會(huì)變形，因而濾餅中濾液的通道（如毛細(xì)管孔徑與長(zhǎng)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(huì)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(guò)濾時(shí)，濾液體積V與壓強(qiáng)降P、過(guò)濾面積A、過(guò)濾時(shí)間t成正比，而與過(guò)濾阻力R、濾液粘滯度u成正比，即過(guò)濾時(shí)：V= Par uR（ml） （14-1）
式中：V——濾液體積（ml）；
P——過(guò)濾時(shí)壓強(qiáng)（Pa）
A——過(guò)濾面積（cm2）
t——過(guò)濾時(shí)間（s）
u——濾液粘度（Pa·s）
R——單位過(guò)濾面積上，通過(guò)單位體積的濾液所產(chǎn)生的過(guò)濾阻力，決定于濾餅性質(zhì)（cm-1）
過(guò)濾阻力R包括濾餅阻力Rz和過(guò)濾介質(zhì)阻力Rg兩分。阻力R隨濾餅厚度增加而增加，過(guò)濾速度則隨濾餅厚度
的增加而減小，因此將式（14-1）改寫(xiě)成微分形式： dV dt ＝ PA uR＝ RA u(δRz+Rg) （14-2）
式中：δ——泥餅的厚度
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設(shè)每濾過(guò)單位體積的濾液，在過(guò)濾介質(zhì)上截留的濾餅體積為υ，則當(dāng)濾液體積為V時(shí)，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(guò)單位體積得濾液在過(guò)濾介質(zhì)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(xiě)成 dV dr＝ PA2 u（CVr+RgA） （14-5）
式中：r——污泥比阻
定壓過(guò)濾時(shí)，式（14-5）對(duì)時(shí)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(shuō)明：在定壓下過(guò)濾，t/V與V成直線關(guān)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(shí)驗(yàn)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(guò)測(cè)定系列的r—V數(shù)據(jù)，用圖解法求取，見(jiàn)圖14-1，C的求法為：
↑
0 V（ml）
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?yàn)V液固體濃度Cy相對(duì)污泥固體濃度C0來(lái)講要小得多，故忽略不計(jì)，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(zhì)，使污泥的比阻減小，對(duì)于無(wú)機(jī)混凝劑，如FeCl3、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(rèn)為：比阻抗在1012-1013cm/g為難過(guò)濾污泥；在（0.5-0.9）×1012cm/g為中等，小于0.4××1012cm/g為易過(guò)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(shí)驗(yàn)裝置與設(shè)備：
計(jì)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(jī)玻璃制成。它上有真空表和調(diào)節(jié)閥，下有放空閥；端用硬塑料管聯(lián)結(jié)抽氣接管，另端用硬橡皮管接真空泵。真空泵抽吸吸濾筒內(nèi)的空氣，使筒內(nèi)形成定的真空度。
（二）實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器儀表：(由用戶自行購(gòu)買(mǎi))：
1、秒表 1塊
2、烘箱 1臺(tái)
3、分析天平 1臺(tái)
四、實(shí)驗(yàn)步驟：
測(cè)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(diào)節(jié)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(rùn)濕，貼緊周底。
啟動(dòng)真空泵，用調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)真空壓力到比實(shí)驗(yàn)壓力小約1/3，實(shí)驗(yàn)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(guān)閉真空泵。
放50-100ml調(diào)節(jié)好的污泥在漏斗內(nèi)，（污泥度不過(guò)濾紙度），使其依靠重力過(guò)濾1分鐘，啟動(dòng)真空泵，調(diào)節(jié)真空壓力至實(shí)驗(yàn)壓力，記下此時(shí)計(jì)量筒內(nèi)的濾液體積V0。啟動(dòng)秒表。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，仔細(xì)調(diào)節(jié)真空度調(diào)節(jié)閥，以保持實(shí)驗(yàn)壓力恒定。
每隔定時(shí)間（開(kāi)始過(guò)濾時(shí)可每隔10s或15s，濾速減慢后每隔30s或1min），記下記量筒內(nèi)相應(yīng)的濾液體積V1。
定壓過(guò)濾至濾餅破裂，真空破壞，如真空長(zhǎng)時(shí)間不破壞，則過(guò)濾20分鐘即可停止（也可30-40min，待泥餅形成為止）。
測(cè)出定壓過(guò)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(shí)驗(yàn)步驟4-9分別行實(shí)驗(yàn)。
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注意事項(xiàng)：
污泥中加混凝劑后，應(yīng)充分混合。
在整個(gè)過(guò)濾過(guò)程中，真空度應(yīng)始終保持致。
實(shí)驗(yàn)時(shí)，抽真空裝置的各個(gè)接頭均不應(yīng)漏氣。
五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果整理：
測(cè)定并記錄實(shí)驗(yàn)基本參數(shù)：
實(shí)驗(yàn)日期 年 月 日 實(shí)驗(yàn)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。
將實(shí)驗(yàn)測(cè)得數(shù)據(jù)按表14-1記錄并計(jì)算。
以t/V為縱坐標(biāo)，V為橫坐標(biāo)作圖，求b。
根據(jù)泥餅和污泥固體濃度求出C。
計(jì)算實(shí)驗(yàn)條件下的比阻r。
以比阻r為縱坐標(biāo)，混凝劑投加量為橫坐標(biāo)作圖，求佳投藥量。
不加混凝劑的污泥 | 加FeCl3的污泥 | 加Al2（SO4）3的污泥 | |||||||||
t （s） | 計(jì)量筒 內(nèi)濾液 V1(ml) | 濾液量 V=V1 -V0(ml) |
t V (s/ml) |
t （s） | 計(jì)量筒 內(nèi)濾液 V1(ml) | 濾液量 V=V1 -V0(ml) |
t V (s/ml) |
t （s） | 計(jì)量筒 內(nèi)濾液 V1(ml) | 濾液量 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、實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論：
比阻抗的大小與污泥的固體濃度有否關(guān)系？是怎樣的關(guān)系？
活性污泥在真空過(guò)濾時(shí)，能否講真空度越大泥餅的固體濃度越大？為什么？
對(duì)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題加以議論。
四、設(shè)備的組成和規(guī)格：
1、用有機(jī)玻璃圓管制成吸濾筒1套(Φ150mm×250mm、2、并配有300ml計(jì)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(tái)、8、放氣閥1只、9、滲漏閥1只、10、帶移動(dòng)輪子不銹鋼臺(tái)架1套等。
17、實(shí)驗(yàn)裝置總尺寸：500mm×300mm×1300mm
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八、定期檢查項(xiàng)目
、定期檢查項(xiàng)目
1．抽氣接管、布氏漏斗、硬塑料管、硬橡皮管；
2．真空表、等設(shè)備是否正常；
3、吸濾筒、真空泵是否正常運(yùn)行；
二、定期維護(hù)作：
1． 不用時(shí)吸濾筒定要排放出水
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