污泥过滤脱水性能实验

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1、 污泥比阻的测定实验 仿真实验指导书 蔡 建 安 编著 安徽 工业大学 污泥过滤脱水 污泥比阻的测定实验 实验目的 （ 1）通过实验掌握污泥比阻的测定方法； （ 2）认识污泥比阻的物理意义，建立不同类型和来源污泥比阻的数量概念； （ 3）掌握污泥脱水前 调理预处理 的概念， 用布氏漏斗实验选择混凝剂，改变污泥 过滤性 能 (即 比阻值 )，从技术经济角度，确定污泥的最佳 混 凝剂投加量。 实验原理 基本概念和计算公式 污泥比阻是表示污泥过滤特性的综合性指标，它的物理意义是：单位质量的污泥在一定压力下过滤时在单位过滤面积上的阻力。求此值的作用是比较不 同的污泥 （或同一污泥加入不同量的混合剂后）

2、的过滤性能。污泥比阻愈大，过滤性能愈差。 过滤时滤液体积 V (m3)与推动力 P(过滤时的压强降 Pa (N/m2)，过滤面积 A(m2)，过滤时间 t(s)成正比，而与过滤阻力 R(m/m2)，滤液 动力粘滞度， （ Ns/m2）成反比。 RPAtV (2-1) 过滤阻力 R(m/m2) 过滤阻力包括滤渣阻力 Rc 和过滤隔层阻力 Rm 两个组成部分 , R=Rc+Rm (2-2) 通常 过滤隔层阻力 Rm 要远小于 滤渣阻力 Rc； 而阻力滤渣 Rc 随滤渣层的厚度增加而增大，过滤速度则减少。由于滤渣层的厚度难以测量，所以用滤液的滤渣浓度求得 CV/A，因此： Rc = rCV/A (2

3、-3) 这里 r 是 污泥过滤比阻抗 m/kg； 由于在 过滤过程 中， 滤液体积和过滤阻力都是变化的， 以 微分形式 表达 成： )(2ARrC VPAdtdV m (2-4) 式中： dV/dt=过滤速度， m3/s； V=滤出液体积， m3； t=过滤时间， s； P=过滤压力， N/m2；A=过滤面积， m2； C=单位面积滤出液所得滤饼干重， kg/m3； r=污泥 过滤比阻抗， m/kg；Rm=过滤开始时单位过滤面积上过滤介质的阻力， m/m2； =滤出液的动力粘滞度，Ns/m2。当过滤压力 P 为 的 常数时， 略去 过滤隔层阻力 Rm 的影响 则可积分得： 22PArCVVt

4、(2- ) 在定压下，在积分界线，时间由 0 到 t，及 0 到 V 积分， t/V 与 V 成直线关系，其斜 率为： 22PArCb (2- ) 解出 CbKCPAbr 22.(2- ) 22PAK(2- ) 因此，为求得污泥比阻，需要在实验条件下求出 b及 C。 根据定义 b 是 t/V 与 V 的 斜率 ，可在定压下 (真空度保持不变 )通过测定一系列的 t V数据，对 t/V与 V 用线性回归法求得。 C 是单位体积 滤液 取得的 滤饼干重 ， 根据定义 求 C值的方法，必须量测滤饼的厚度方可求得 ；但在实验过程中量测滤饼厚度是很困难的，且不易量准，故改用测滤饼含水比 或 滤饼固体浓度

5、 的方法求 C值： u duQCQQC )( 0 滤饼干重 (g/mL)滤液 (2- ) 式中： Q0：污泥量， ml； Qu：滤液量， ml; Cd:滤饼固体浓度， g/mL 基于 液体平衡有： Q0=Qu+Qd 基于 固体平衡有： Q0C0=QuCu+QdCd dudu CC CCQQ )( 00 (2-10) 代入 (2- )式，简化后得： g/ml00CCCCCdd (2-11) 式中： C0：污泥固体浓度， g/mL Cu：滤液固体浓度， g/mL Qd：滤饼量， ml。 如果使用 滤饼含水率 测定， C CC GC t 100100 10滤饼干量 (g/ml)滤液 (2-12) 式

6、中： C0： 100g 污泥中的干污泥量； C： 100g 滤饼中的干污泥量。 例如污泥含水比 97.7%， 滤饼含水率为 80% g / m l0260.048.38 120 201003.2 3.21001 C 不同 污泥比阻 和 调理 预处理 常见不同类型 污泥 的 比阻 如表 2-1 所示。 表 2-1 常见不同类型 污泥 的 比阻 污泥种类 比阻值（ 1012m/kg） 初沉污泥 46 61 活性污泥 165283 消化污泥 124139 污泥机械脱水的要求 14 显然，一般污泥的比阻值都要远高于机械脱水所要求的比阻值。因此，机械脱水前需要采取必要的调理预处理措施降低污泥比阻。 投加

7、混凝剂可以改善污泥的脱水性能，使污泥的比阻减小。对于无机混凝剂如 FeCl3， Al2(SO4)3等投加量，一般为污泥干重的 5 10%； 高分子混凝剂如聚丙烯酰胺 +碱式氯化铝等，投加量一般为干污泥重的 1%。虽然通常增加 混凝剂 的投入量会 使污泥的比阻减小 ， 改善污泥的脱水性能 ，但需要顾及 污泥 处理的运行成本，通过投入量的系列优化实验，寻找工艺操作中最适宜的 混凝剂 配方和用量也是 污泥比阻 测定实验的重要任务。 实验装置 、 试剂与 方法 进行 污泥比阻 测定实验需要 污泥比阻测试仪器以及相应的污泥浓度测试仪器等 ，包括 (1)基本 实验装置 （ 如 图 2-1）； (2)秒表

8、， 滤纸； (3)烘箱 ； (4) 混凝剂 如 FeCl3、 A12(SO4)3； (5)布氏漏斗。 对于优化 混凝剂 配方和投入量的系列实验， 使用 单一 布氏漏斗的实验装置显然效率太低，因此可采用一套真空泵、吸滤瓶配多个布氏漏斗的组合式污泥比阻测定装置 进行实验 如 图 2-2 所示。 图 2-1 污泥 比阻 测定 实验装置图 1 真空泵； 2 吸滤瓶； 3 真空调节阀； 4 真空表； 5 布式漏斗； 6 吸滤垫； 7 计量管 图 2-2 污泥 比阻 测定 的 4 漏斗 装置 组合 图 污泥 比阻测定 实验的 方法 如下： 1.测定污泥的含水率，求出其固体浓度 C0； 2.配制 FeCl3

9、(2g/l)和 Al2(SO4)3(2g/l)混凝剂； 3.加入 FeCl3 混凝剂调节污泥 (每组加一种混凝剂量 )，加量分别为干污泥重的 0%(不加混凝剂 )2%， 4%， 6%， 8%， 10%。 4.在布氏漏斗上 (直径 65 80mm)放置滤纸，用水润湿，贴紧周底。 5.开动真空泵，调节真空压力，大约比实验压力小 1/3(实验时真空压力采用 266mmHg或 532mmHg)关掉真空泵。 6.加入 100ml需实验的污泥于布氏漏斗中，开动真空泵，调节真空压力至实验压力；达到此压力后，开始起动秒表，并记下开始时计量管内的滤液 V0。 7.间隔一定时间 (开始过滤时可每 隔 10或 15

10、秒，滤速减慢后可隔 30或 60秒 )记下计量管内相应的滤液量。 8.一直过滤至真空破坏，如真空长时间不破坏，则过滤 20分钟后即可停止。 9.关闭阀门取下滤饼放入称量瓶内烘干称重。 10.称重后的滤饼于 105的烘柜内烘干称重。 11.计算出滤饼的含水比，求出单位体积滤液的固体量 C； 12.另取加 Al2(SO4)3混凝剂的污泥 (每组的加量与 FeCl3相同 )及不加混凝剂的污泥，按实验步骤211分别进行实验。 如 图 2-1 虚拟仪器测量界面与使用方法 一套配 备了 4 个布氏漏斗的 “ 组合式污泥比阻测定 ” 虚拟仪器 装置 工作界面 如 图 2-3 所示，界面中各个控件的功能和具体

11、用法说明如下： 图 2-3 组合式污泥比阻测定 （ 配 备 4 套 布氏漏斗 ） 虚拟仪器 工作界面 1. 真空泵 的 真空压力 控制 调节 旋钮，顺时针旋转使 真空压力 加大； 2. 真空压力 表，单位为 10kPa， 调节真空泵 控制旋钮 可观察 压力 表读数的变化； 3. 实验温度设定，由于不再另外测量 滤液的动力黏度，使用同温度下水的黏度进行计算； 4. 吸滤瓶 一端连接真空泵，一端连接计量筒，起稳定压力和隔离液体的作用； 5. 滤液 计量筒，接纳和对 滤出液进行 计量； 6. 4 个 真空 阀 分别连接一套 布氏漏斗 与计量筒装置，任意关闭 其中一组，会自动拆除本套 布氏漏斗 装置，

12、而不影响其他 布氏漏斗 装置的测量； 7. 布氏漏斗 及其密封塞；点击后显示 布氏漏斗 内部 液 面 ，并 弹出 “过滤 设置 ” 窗口 ； 8. 布氏漏斗内部结构和设定过滤参数：包括污泥来源、混凝剂选择和投量、污泥体积，污泥含水率和布氏漏斗直径； 12345678910111716151413129. 与“过滤设置”弹出窗口同时出现一个“显示过滤参数”按钮，按下按钮弹出“过滤参数”窗口； 10. “过滤参数”窗口包括布氏漏斗中滤纸的“过滤面积 cm2”，根据污泥含水率换算获得的“污泥浓度（ g/L）”，“滤饼含水率 %”和“滤饼的固体浓度 Cd（ g/L）”，以及 “单位体 积滤液取得的滤饼

13、干重 C（ g/ml）”和当前温度下的“滤液黏度”； 11. 连接吸滤瓶的真空阀总阀，总阀开关用来隔断 4 套装置的吸滤压力，以便实行同步计时； 12. “计时秒表”，大表为秒表，内部数字为分钟； 13. 三个控制按钮，分别用于开始和停止“计时”，“暂停”和“复位”操作； 14. 为了提高虚拟仪器的工作效率，仿真操作时使用“加速”调节旋钮加快时间进程； 15. 每点击一次“纪录”按钮便在“纪录表”中留下一组数据纪录； 16. “数据纪录表”，记载点击“纪录”按钮的时间和每套计量筒中滤出液的实时数据； 17. 操作结束后按下“ stop”键返回。 五、整理 实验结果 1.测定并记录实验基本参数：

14、 2.将布氏漏斗实验所得数据按表 1 记录并计算。 3.以 t/V 为纵坐标， V 为横坐标作图，求 b。 4.根据原污泥的含水率及滤饼的含水率求出 C。 5.列表计算比阻值 (表 2 比阻值计算表 ) 6.以比阻为纵坐标混凝剂投加量为横坐标作图求出最佳投加量。 实验报告记载及数据处理 (1)测定并记录实验基本参数 实验日期 原污泥的含水率及固体浓度 C0 实验真空度 /mmHg 不加混凝剂的滤饼的含水率 加混凝剂滤饼的含水率 (2) 将布氏漏斗实验所得数据按表 2-1 记录并计算。 表 2-1 布氏测斗实验所得数据 滤液量 V=V-V0/mL /(s/mL) 备注 (3) 以 t V 为纵坐

15、标， V 为横坐标作图，求 b。 (4) 根据原污泥的含水率及滤饼的含水率求出 C。 (5) 列表计算比阻值 (表 6-2 比阻值计算表 )。 (6) 以比阻为纵坐标，混凝剂投加量为横坐标，作图求出最佳投加量。 表 2-2 比阻值计算表 污泥含水比/% 污 泥 固 体 浓 度/(g/cm3) 混凝剂用量/% Lg2 = =b /(s/cm6) 皿滤纸量 /g 皿滤纸滤饼湿重 /g 皿滤纸滤饼干重 /g 滤饼含水比 /% 单位面积滤液的固体量 C /(g/cm3) 比阻值 /(s2/g) 布 氏 漏 斗 d /cm 过 滤 面 积 F /cm2 面 积 平 方 F2 /cm4 滤液黏度 /g/(cm.s) 真空压力 p /(g/cm2) K 值 /(s.cm3) 注意事项 (1) 检查计量管与布氏漏斗之间是否漏气。 (2) 滤纸称量烘干，放到布氏漏斗内，要先用蒸馏水湿润，而后再用真空泵抽吸一下，滤纸要贴紧不能漏气。 (3) 污泥倒入布氏漏斗内时，有部