12(专)污泥比阻测定实验

实验十二 污泥比阻测定实验
一 实验目的
污泥按来源可分为初沉污泥、剩余污泥、腐殖污泥、消化污泥和化学污泥。

按性质又可以分为有机污泥和无机污泥两大类。

每种污泥的组成和性质不同，使得污泥的脱水性能也各不相同。

为了评价和比较各种污泥的脱水性能的优劣，也为了确定污泥机械脱水前加药调理的投药量，常常通要通过实验来测定污泥脱水性能的指标――污泥比阻（也称比阻抗）。

本实验的目的：
①掌握用布氏漏斗测定污泥比阻的方法；
②了解和掌握加药调理时混凝剂的选择和投加量确定的实验方法；
二 实验原理
污泥比阻是表示污泥过滤性能的综合性指标，定义：单位重量的污泥在一定压力下单位面积上的阻力。

在数值上等于粘度为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、污泥比阻越大，过滤性能越差。

反之，污泥脱水性能就越好。

过滤时V （mL ）与压力降P （过滤时的压强降g/cm 2
）、过滤面积F （cm 2
）、过滤时间 t （s ）成正比，而与过滤阻力 R （cm ·s 2
／mL ）、滤液粘度µ[g ·/（cm ·s ）]成反比，即过滤时：
()PFt
V ml R μ=
(12－1) 式中：V ――滤液体积，mL ； P ――过滤压力，g/cm 2
；
F ――过滤面积，cm 2
； t ――过滤时间，s ；
µ――滤液粘度, g/cm ·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，取决于滤饼性质，cm ·s 2
/mL ；
过滤阻力R 由滤饼阻力Rz 和过滤隔层阻力Rg 构成。

而阻力R 随滤渣层的厚度增加而增大。

过滤速度则减少，因此将（12－1）式改成微分形式：
()
z g dV pF
dt R R μ=
+ （12－2） 由于R g 比R z 相对较小，为简化计算，姑且忽略不计，则将上式进一步改写成微分形式：
2dV p F P F P F C V dt r r C V
r F μδμμ⋅⋅⋅===
''⋅⋅⋅⋅⋅'⋅⋅
（12－3） 式中： 以滤渣干重代替滤渣体积，单位质量的污泥比阻代替单位体积的污泥比阻，
r '—单位体积污泥比阻；
r —单位质量污泥比阻，s 2
/g ；
C ′—获得单位体积滤液的干固体（滤渣）体积(g/cm 3
)。

C —单位体积滤液的干固体重量(g/cm 3
)。

δ—率饼厚度 ；
式中r 为污泥比阻，在定压下将（12-3）式对时间积分（0→t ）可得：
22t r C
V V PF
μ⋅⋅=∙+常数 （12－4） 式（12－4）说明，在定压下过滤，t/V 与V 成直线关系。

其直线的斜率为（设为b ）：
2/2t V r C b V pF
μ⋅⋅=
=（s/mL 2
） 由此推导出污泥比阻r ：
22pF b b r K C C
μ== （s 2/g ） （12－5）
因此,要求得污泥比阻，只需要在实验条件下求得b 及C 即可。

b 的求法：在定压下（真空度保持不变），通过测定一系列t ～V 数据，用图解法（下图）求出斜率b ；
C 值的求法（含水率法）
在实验过程中测量滤饼厚度是很困难的而且不准确，改用测滤饼含水率的方法，求C 值：
C ＝
f
f
i
i
C C C C ---1001001
（g 滤饼干重/mL 滤液）
式中C i －100g 污泥中的干污泥； C f －100g 滤饼中的干污泥。

例如：污泥含水率97.7％，滤饼含水率80％，则
C ＝
0260.048
.381
20
3.21
==
-(g/ml) C 值或者用下式计算：
)/(0
ml g C C C C C b b -⋅=
其中： 3
21
3m m m m C b --=
，滤饼固体浓度，g/mL ；
31
0100m m C ml -=
（污泥混合液）
，污泥固体浓度，g/mL;
假设取污泥水样100mL ，则
m 1――滤纸质量，
m 2――泥饼质量（湿的）＋滤纸质量， m 3――泥饼质量（干的）＋滤纸质量。

国际单位(SI)中，比阻r 的单位是m/kg 或cm/g ；在工程制（CGS ）中，比阻单位：s 2
/g ，各单位的换算关系：
因素 工程制(CGS)单位
换成(SI)单位 乘以换算因子 比阻（r ） s 2
/g m/kg 或cm/g 9.81×10
3
压力（P ） g/cm
2 Pa 或N/m
2
9.81×10
动力粘滞系数（μ）
泊或g/(cm ·s)
Pa ·s 或s ·N/m 2
1.00×10
-1
一般认为:比阻在1012
—1013
cm/g 的污泥为难过滤的污泥，比阻在（0.5—0.9）×1012
cm/g 的污泥为中等，比阻小于0.4×1012
cm/g 的污泥为容易过滤。

初沉污泥的比阻一般为（4.61～6.08）×1012
cm/g ； 活性污泥的比阻一般为（1.65～2.83）×1013 cm/g ； 腐殖污泥的比阻一般为（5.98～8.14）×1012 cm/g ；
消化污泥的比阻一般为（1.24～1.39）×1013 cm/g ；这四种污泥均属于难过滤污泥。

一般认为进行机械脱水时，较为经济和适宜的污泥比阻是（9.81～39.2）×1010
cm/g 之间，故这四种污泥在进行机械脱水前必须进行调理。

加药调理（投加混凝剂）是减小污泥比阻、改善污泥的脱水性能最常用的方法。

对于上述污泥：
无机混凝剂如氯化铁、硫酸铝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投加量一般为干污泥量的0.1～0.3%
聚合氯化铝（PAC ）和聚合硫酸铁（PFS ）等，投加量一般为干污泥量的1～3%。

消石灰投加量20～40%，作用是在pH 大于12的情况下产生大量的Ca(OH)2絮体物，使污泥颗粒产生凝聚作用。

三 实验设备
真空抽滤实验装置（如图）、秒表、电子天平、烘箱等。

1.真空泵
2.吸滤瓶
3.真空泵调节阀
4.真空表
5.布氏漏斗
6.计量管
污泥比阻实验装置图
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–计量筒
四 实验步骤
1. 实验前将待测污泥混合液搅拌均匀。

取污泥混合液100mL 进行（平行两次）实验。

2．在污泥比阻实验装置的布氏漏斗上（直径65～80mm ）放置滤纸（之前剪切与布氏漏斗同大小），用水润湿，贴紧周边和底部。

3.开动真空泵，用调节阀调节真空压力为比实验压力的1/3（实验时压力为0.035MPa 或者0.071MPa,对应的真空度266mmHg 和532mmHg ），抽滤30s 左右，关闭真空泵，倒掉计量筒内的水。

4.加入100ml 实验污泥混合液（不加混凝剂）于布氏漏斗中，使其依靠重力过滤1min ，并记下计量管内的滤液V 0，然后启动真空泵调节至实验压力。

同时启动秒表计时，在整个实验过程中，观察压力表并保证在实验压力下试验。

5.每隔一定时间（开始过滤时可每隔10s 或15s ，滤速减慢后可隔30s 或60s ）记下计量管内的滤液体积V ′，填入表12-2中。

6.一直过滤至真空破坏（滤饼破裂），如真空长时间不破坏，则过滤10～15min （或者更长时间直至泥饼形成为止）后即可停止；关闭阀门，取下滤饼放入称量瓶内精确称重；称重后的滤饼于105℃的烘箱内烘干，冷却，精确称重。

计算C 0和C b ，进一步求得C 值。

五 实验结果整理
1. 将实验所得数据按表12-1，12-2记录，并完成表格。

2. 根据测得的滤液温度T(℃)，计算动力粘滞度μ：
μ（Pa ·s ）=
2
0.00178
10.03370.000221T T
+⋅+⋅ 3．计算C 值。

4. 以t/V 为纵坐标，V 为横坐标绘图（必须用坐标纸），图解法求b 值。

5．计算实验情况下的污泥比阻r ，并说明污泥脱水性能（污泥比阻最小说明什么）？
六 注意事项
1.污泥中加混凝剂后应充分混合，在整个过滤中，抽真度应始终达到实验压力。

2.量筒中水量少不便读数时，可以补充一定量水，使得水面高过最低刻度便于读取数值。

3.表示结果和判断污泥过滤情况时请注意单位之间的换算！
表12－1 计算滤饼固体浓度（C b）和污泥固体浓度（C0）原始数据表
注：读数时间以实际情况定而，时间间距可短可长。

原则：过滤结束时读取点在10～15个，间距分配均匀。

以t/V为纵坐标，V为横坐标绘图（必须用坐标纸），图解求得不加混凝剂情况下的b 值，并用C b和C0结果，计算不加混凝剂条件下的污泥比阻r1值。