中瑞祥解析高校学生实验多样4组污泥比阻的测定说明书
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:
、掌握测定污泥比阻的实验方法;
、掌握用布氏漏斗试验选择混凝剂;
、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:
、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);
、过滤介质的一面造成负压(如真空过滤脱水);
、加压污泥把水分过滤介质(如压滤脱水);
、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
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