北京鑫諾宸解析教學2組4組污泥比阻的測定計算方法和實驗數據、目的及原理

　　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R_z和過濾介質阻力R_g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＝RAu(δR_z+R_g)（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＝PA²u（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＝PA²u（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：∫^˙₀dt=∫^v₀( uCVr PA²+Ur₀PA)dV（14-6）

　　t=uCrV²r 2PA₂+uR₀V PA

　　t V=uCrV 2PA²+ uR_gPA（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_gPA因此比阻公式為r＝2PA²u·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。

　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，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