活性污泥性质的测定实验指导

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。污泥比阻越大，脱水性能越差，反之脱水性能越好。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，滤液通过单位的泥饼产生单位滤液流率所需要的压差。在污泥中加入混凝剂、助滤剂等化学药剂，可使比阻降低，脱水性能改善。
希望通过实验达到下述目的：
1.通过实验进一步理解比阻的概念，并掌握测定污泥比阻的实验方法；
2.掌握用布氏漏斗实验选择混凝剂；
3.掌握确定投加混凝剂数量的方法；
4.通过比阻测定评价污泥脱水性能。
二、实验装置的工作原理
实验装置的组成：
1.真空泵1台 2.计量筒4个 3.抽气接管4套 4.布氏漏斗4个
5.吸滤筒1个 6.真空表1只 7.实验台架1套 8.连接管道、电源开关等1套
整体外形尺寸：1000mm×400mm×1300mm
每次测定污泥用量50—100ml，真空压力35.5——70.9 kpa，测定时间20—40min。吸滤筒尺寸：直径×高度=Φ150mm×250mm

污泥比阻测定装置示意图

测定污泥比阻的实验装置见所附示意图。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。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。滤饼的性质可分为两类，一类为不可压缩性滤饼，如沉砂，初沉池污泥和其它无机污泥；另一类为可压缩性滤饼，如活性污泥，在压力的作用下，污泥会变形。
三、实验步骤
1.测定污泥的含水率，求出其固体浓度C₀
2.配制FeCl₃（10g/L）混凝剂或聚丙烯酰胺（0.3%）絮凝剂。
3.调节污泥（每组加一种混凝剂），采用FeCl₃混凝剂时加量分别为干污泥质量的0（不加混凝剂）、2%、4%、6%、8%、10%；采用聚丙烯酰胺时，投加量分别为干污泥质量的0、0.1%、0.2%、0.5%
再布氏漏斗上（直径65~80mm）放置滤纸，用水润湿，贴紧周边。
4.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(35.46kPa)或532 mmHg(70.93kPa)]时关掉真空泵。
5.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；开始启动秒表，并记下开动时计量管内的滤液V₀每隔一段时间（开始过滤时可每隔10s或15s，滤速减慢后可每隔30s或60s）记下计量管内相应的滤液量。一直过滤至真空破坏，如真空长时间不破坏，则过滤20min后即可停止。关闭阀门，取下滤饼放入称量瓶内称量
6.称量后的滤饼于105℃的烘箱内烘干称量
7.计算出滤饼的含水率，求出单位体积滤液的固体量ω
四、相关知识点
1.污泥脱水:将污泥的含水率降低到85%以下的操作叫污泥脱水。污泥经脱水后具有固体特性（成块或饼状），并与运输和最终处理。常用的脱水方法有真空过滤、压滤、离心等。污泥机械脱水是以过滤介质两面的压差作为动力，达到泥水分离和污泥浓缩的目的。
影响污泥脱水的因素较多，主要有：污泥浓度（或含水率）、污泥种类及性质、污泥预处理方法、压力差、过滤介质种类、性质；
过滤基本方程式为

（式1）
式中：t——过滤时间，s
V——滤液体积，m³
P——真空度，Pa
A——过滤面积，m²或cm²
μ——滤液的动力黏滞系数Pa·s
ω——过滤单位体积的滤液在过滤介质上截留的固体质量kg/m³
r——比阻s²/g或m/kg
过滤基本方程式给出了在压力一定的条件下，滤液的体积与时间t的函数关系，指出了过滤面积A、压力p、污泥性能ω、γ值对过滤的影响。
2.污泥比阻及其测定方法：污泥比阻r时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产生的阻力。即单位过滤面积上滤饼单位干重所具有的阻力。求此值的作用是比较不同的污泥（或同一种污泥加入不同量的混凝剂后）的过滤性能。污泥比阻愈大，过滤性能愈差。
将过滤方程改写为

以抽滤实验为基础，测定一系列的t~V数据，即测定不同过滤时间t时滤液量V，并以滤液量V为横坐标，以t/V为纵坐标，所得直线斜率为b。然后由（式3）即可计算出新测污泥的比阻r。
ω得求法根据所设定义有

（g滤饼干重/mL滤液）（式4）
式中：Q0——过滤污泥量，mL
Qy——滤液量，mL
Cb——滤饼固体浓度g/mL
一般认为比阻在10⁹~10¹⁰s²/g的污泥难以过滤，比阻小于0.4×10⁹s²/g的污泥容易过滤。
在污泥脱水中，往往要进行化学调理，即采用向污泥中投加混凝剂的方法降低污泥的比阻r值，改善污泥脱水性能。所以，污泥的性质、混凝剂的种类、浓度、投加量以及反应时间等均影响化学调理的效果。在相同实验条件下，选择不同的药剂、投加量和反应时间，通过污泥比阻实验确定最佳的脱水条件。
五、实验数据及结果整理
1.测定并记录实验基本参数，记录格式如下：
实验日期     年    月     日；
原污泥的含水率（%）           原污泥的固体浓度（mg/L）
不加混凝剂的滤饼的含水率（%）        加混凝剂滤饼的含水率（%）
实验真空度（mmHg）
2.将布氏漏斗实验所得数据按表记录并计算
表1 布氏漏斗实验所得数据记录表

时间/s	计量管滤液量V’/mL	滤液量 V=V’-V₀/mL	/（s/mL）	备注

3.以

为纵坐标，V为横坐标作图，其直线率为

，求得b。
4.根据原污泥的含水率及滤饼的含水率求出ω
5.列表计算比阻值
6.以比阻为纵坐标，混凝剂投加量为横坐标，作图求最佳投加量。
六、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，而且用真空泵抽吸一下。滤纸要贴紧不能漏气
3.污泥倒入布氏漏斗内时。有部分滤液流入计量筒，所以正常开始实验后记录量筒内滤液体积。
4.污泥中加混凝剂后应充分混合。
5.在整个过滤过程中，真空度确定后始终保持一致。
七、实验配套设备及仪器(由用户自行购买)
烘箱、秒表、快速滤纸、分析天平、混凝剂配制容器、移液管等。
八、说明
吸滤筒作为真空室及盛水之用，用有机玻璃制成，上有真空表和调节阀，下有放空阀。
九、思考题
1.判断生污泥、消化污泥脱水性能好坏，分析其原因。
2.测定污泥比阻在工程上有何实际意义？

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