活性污泥比阻的测定实验报告图文稿

活性污泥比阻的测定实

验报告

集团文件版本号：（M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988）

一、实验目的

1.通过实验掌握污泥比阻的测定方法；

2.掌握用布氏漏斗实验选择混凝剂；

3.掌握确定污泥的最佳泥凝剂投加量。

二、实验原理

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）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（mL）与推动力 p（过滤时的压强降，g/cm2），过滤面积 F（cm2），过滤时间 t（s）成正比；而与过滤阻力 R

（cm?s2/mL），滤液黏度μ[g/(cm?s)]成正比。

V=pFt

μR

(mL) (1?1)

过滤阻力包括滤渣阻力 R

z 和过滤隔层阻力 R

构成。而阻力只随滤渣层

的厚度增加而增大，过滤速度则减少。因此将式（1-1）改写成微分形式（1-2）：

V t =

μ(R z+R g)

(1?2)

由于只 R

g 比 R

相对来说较小，为简化计算，姑且忽略不计。

μα′δ

μα′

C′V

(1?3)

式中：α’——单位体积污泥的比阻；

δ——滤渣厚度；

C’——获得单位体积滤液所得的滤渣体积。

如以滤渣干重代替滤渣体积，单位质量污泥的比阻代替单位体积污泥的比阻，则（1-3）式可改写为：

V t =

pF2

μαCV

(1?4)

式中，α为污泥比阻，在 CGS 制中，其量纲为 s2/g，在工程单位制中其量纲为 cm/g。在定压下，在积分界线由 0 到 t 及 0 到 V 内对式（1-4）积分，可得：

t =μαC

2pF

V (1?5)

式(1-5)说明在定压下过滤，t/V 与 V 成直线关系，其斜率为：

b=t∕V

μαC

2pF

α=2pF2

(1?6)

因此，为求得污泥比阻，需要在实验条件下求出 b 及 C。

b 的求法。可在定压下(真空度保持不变)通过测定一系列的 t~V 数据，用图解法求斜率。

C 的求法。根据所设定义：

C=(Q

?Q y)C d

Q y

(g滤饼干重/mL滤液) (1?7)

式中：Q

——污泥量，mL；

——滤液量，mL；

——滤饼固体浓度，g/mL。

根据液体平衡 Q

o = Q

+ Q

根据固体平衡 Q

o C

= Q

+ Q

式中：C

——污泥固体浓度，g/mL；

——污泥固体滤饼量，mL。可得：

Q Q=Q0(Q0?Q Q) Q Q?Q Q

代入式（1-7），化简后得：

C=(Q

?Q y)C d

Q y

(g滤饼干重/mL滤液) (1?8)

上述求 C 值的方法，必须测量滤饼的厚度方可求得，但在实验过程中测量滤饼厚度是很困难的且不易量准，故改用测滤饼含水比的方法。求 C 值。

100?C i

C i

?100?C f

C f

(g滤饼干重/mL滤液)

式中：C

——l00g 污泥中的干污泥量；

——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%。

100?2.3

2.3

?100?20

38.48

=0.0260(g/mL)

一般认为比阻在 109~1010s2/g 的污泥算作难过滤的污泥，比阻在(0.5～0.9)

109s2/g 的污泥算作中等，比阻小于 0.4?109s2/g 的污泥容易过滤。

投加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 FeCl

3，A1

(SO

)

等投加量，一般为干污泥质量的 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质量的1%。

三、实验内容

3.1 实验设备与试剂

滤纸若干，烘箱1个，分析天平1台，FeCl

10g/L，具塞玻璃量筒1个，抽滤筒1个，真空泵1台，布氏漏斗1个，真空表1块，秒表1个。

3.2 实验装置

实验装置如图 3-1 所示。

图 3-1 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-布氏漏斗；6-吸滤垫；7-计量管

3.3 实验步骤

(1)测定污泥的含水率，求出其固定浓度 C0；

(2)配制 FeCl3 (10g/L) 混凝剂；

(3)用 FeCl3混凝剂调节污泥(每组加一种混凝剂)，加量分别为干污泥质量

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(35.46kPa)或 532mmHg(70.93kPa)]关掉真空泵；

(6)6.加入 l00mL 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，并记下开动时计量管内的滤液V

；

(7)每隔一定时间(开始过滤时可每隔 10 s 或 15s，滤速减慢后可隔 30s

或60s)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 20min 后即可停

止；

(9)关闭阀门取下滤饼放人称量瓶内称量；

(10)称量后的滤饼干 105℃的烘箱内烘干称量；

(11)计算出滤饼的含水比，求出单位体积滤液的固体量 C0。

四、数据记录与整理

4.1 实验基本参数

实验温度 28℃实验压力 0.05 MPa

混凝剂 FeCl

混凝剂浓度 10 g/L

污泥含水率 98%布氏漏斗内径 7.00 cm

4.2 实验数据记录

1. 布氏漏斗实验数据记录

表4-1 布氏漏斗实验数据1

混凝剂投加量：0%

表4-2 布氏漏斗实验数据2

混凝剂投加量：2%

表4-3 布氏漏斗实验数据3

混凝剂投加量：4%

表4-4 布氏漏斗实验数据4

混凝剂投加量：6%

表4-5 布氏漏斗实验数据5

混凝剂投加量：0%

表4-6 布氏漏斗实验数据6

混凝剂投加量：10%

2. 滤饼称量前后实验数据

表4-7 滤饼称量前后实验数据

五、数据处理与分析

已知污泥比阻计算公式为：

α=2pF2

因此，欲求得污泥比阻α，必须先求得b、C及K值。

1.1 b值求解

1. 绘制t/V-V曲线

根据表4-1至表4-6的数据，以t/V值为纵坐标、V值为横坐标，绘制不同混凝剂浓度下的t/V-V曲线如图5-1所示。

图5-1 不同混凝剂浓度下的t/V-V曲线（原始）对图5-1中曲线中间部分个别明显不符合实验规律（即明显偏离直线）的数据点进行剔除后，绘制修正后的t/V-V曲线如图5-2所示。

图5-2不同混凝剂浓度下的t/V-V曲线（修正）（1）由图5-2可以观察到：

①任一曲线的前小半段波动较大，且多数曲线的前小半段往上翘，斜率呈逐渐下降趋势；

②曲线中间部分数据较为稳定，实验数据点成明显的线性关系；

③曲线的后一小半段向上翘起，成为一条切线斜率逐渐增大的上升曲线。

（2）对上述现象可作分析如下：

①在过滤初期，滤饼刚刚形成，厚度较小，因此单位时间内滤液较多，冲击到计量筒液面，读数波动较大；实验中，将真空压力调至

0.05MPa需要一定时间，在实验刚开始时真空压力并未达到0.05MPa，此时的过滤压力偏小，过滤速度偏小，因而t/V比理论值偏大，导致曲线往上翘。

②一段时间后，真空压力稳定在0.05MPa，此时滤饼层厚度也已增大，滤液生成量稳定，对污泥过滤的毛细管理论符合条件较好，污泥过滤进入稳定阶段，此时读数比较准确，这一段的曲线可用于实验计算分析。

③实验进行到最后阶段，由于污泥中的自由水急剧减少，过滤阻力达到最大，此时实验的真空度也已轻微破坏，过滤压力减小，过滤速度也随着减小，因此t/V-V曲线急剧向上翘起。

（3）从图5-2也可得出结论：

对任一t/V-V曲线而言，随滤液体积的增大其过滤脱水阻力不断增大，表现为曲线随V增大呈不断上升趋势。这主要是过滤时滤饼不断增厚的结果。

2. t/V-V曲线线性拟合

（1）有效数据点的选取

根据对图5-2的分析，我们可知，对t/V-V曲线进行线性拟合应选择曲线中间呈线性相关的部分。在本次实验中，对每一条t/V～V曲线的有效数据点选取采用了如下方法：

①去除曲线前段明显波动的2~3个数据点；

②去除曲线末端往上上升的2~3个数据点；

③去除曲线中间部分明显偏离直线的个别数据点。

具体选择范围如表5-1所示。

表5-1 t/V～V曲线图中有效数据点选取范围

（2）t/V-V曲线的线性拟合

根据表5-1所选取的数据进行线性拟合，结果如图5-3所示，拟合方程相关参数如表5-2所示。

图5-3不同混凝剂浓度下的t/V-V曲线线性拟合结果

表5-2 线性拟合方程参数

从表5-2可知，各t/V-V曲线所取数据的线性拟合相关系数R2仅有两个达到了0.99以上，极其接近1，有较好的线性拟合效果；有两组实验的线性拟合相关系数R2仅达到0.94，线性拟合效果较差，对应实验的实验数据准确度不高，这可能是由于实验压力有轻微波动所致。

由拟合直线的斜率，可得b值分别为0.00999 s?mL2、0.00187 s?mL2、

0.00420 s?mL2、0.00448 s?mL2、0.00455 s?mL2和0.00452 s?mL2。

1.2 C值求解

从实验原理部分我们知道，C值（即获得单位体积滤液所得的滤渣干重）的求解可用测滤饼含水率比的方法进行，公式如下：

100?C i

C i

?100?C f

C f

(g滤饼干重/mL滤液)

式中：C

——l00g 污泥中的干污泥量；

——100g 滤饼中的干污泥量。

以混凝剂投加量为0%的实验数据组为例进行计算。由表4-7可知，其污泥含水率为98%，滤饼含水率为77.58%，C值为

100?2

?100?22.42

22.42

=0.02175g/mL

同理，可对其他组数据的C值进行求解，结果如表5-3所示。

表5-3 C值求解结果

1.3 K值求解

前面已计算得到b值和C值，欲计算污泥比阻α，还需对K值进行计算，K值的大小与混凝剂投加量无关，其计算公式如下：

K=2pF2μ

（1）过滤压力p

本实验过滤压力p设定为0.05 MPa。

（2）过滤面积F

过滤面积的确定和计算，历来有各种不同的意见。有人认为有效面积是布氏漏斗地面积的75%，也有人认为布氏漏斗整个底面积都是有效的。在过滤中，起主要分离作用的是滤饼层，而不是过滤介质。滤饼层的面积可以布氏漏斗的整个底面积来计算，因此本实验中过滤面积F取布氏漏斗底面积。

F=πd2

3.14×7.002

=38.465cm2

（3）滤液动力粘滞系数μ

水的动力粘滞系数与水温有关，可采用水力学中的经验公式进行计算。

μ=μ0exp[

?λ(t?t0)]

查表可知在20℃时，μ

= 1.002×10-3Pa·s，λ一般可取为

0.035，，水温t = 28℃，将上述数据代入公式，得

μ=1.002×10?3×exp[?0.035×(28?20)]=0.757×10?3Pa·s 因此

K=2pF2

2×0.05×106pa×38.4652cm4

0.757×10?3Pa·s

=1.954×1011cm4/s

1.4 α值求解

以第一组数据为例，其b、C、K值分别为b = 0.00999 s?mL2，C = 0.02175 g/mL，K = 1.954×1011 cm4/s

α=K b

=1.954×1011cm4·s?1×

0.00999s?mL?2

0.02175g·mL?1

=8.974×1010cm/g =9.149×106s2/g

同理，可求得其他组数据的污泥比阻，结果如表5-4所示。

表5-4α值求解结果

一般认为，比阻在 109~1010 s2/g 的污泥算作难过滤的污泥，比阻在(0.5～0.9)

109s2/g 的污泥算作中等，比阻小于 0.4?109s2/g 的污泥容易过滤。本实验中不同混凝剂投加量下的污泥比阻的数量级均为106，属于易过滤污泥。

1.5 最佳投药量确定

以污泥比阻α为纵坐标、混凝剂投加量为横坐标，绘图求解使得污泥脱水性能最好的混凝剂投药量，如图5-4所示。

图5-4 污泥比阻与混凝剂投加量关系曲线

（1）由图5-3可以观察到：

①未加入混凝剂时，污泥比阻为9.149×106 s2/g，投加混凝剂后，污泥比阻最高值出现在投加量为8%时，比阻值为4.229×106 s2/g，比未投加

混凝剂对污泥比阻降混凝剂情况下的比阻降低了一半以上，说明加入FeCl

低有良好效果。

②混凝剂投加量从0%增加到2%阶段，污泥比阻急剧降低，污泥过滤脱水性能显着增强；混凝剂投加量从2%增加到4%阶段，污泥比阻较快上升，此时污泥脱水性能反而下降；混凝剂投加量从4%增加到8%阶段，污泥比阻缓慢上升，但上升趋势不明显，污泥脱水性能比混凝剂投加量为4%时稍微下降；混凝剂投加量从8%增加到10%，污泥比阻略有下降，但下降程度也不明显。

因此，在本实验条件下可认为，随着混凝剂投加量的增加，污泥比阻先是急剧降低而后较快上升，当继续投加混凝剂，污泥比阻整体呈上升趋势，但上升趋势不明显。本实验存在最佳投药量，低于或高于这个最佳投

药量，污泥脱水效果较差。实验条件下的混凝剂最佳投药量为占污泥干重的2%，此时污泥脱水过程的比阻最低，过滤脱水性能最好。

（2）分析原因

当加入混凝剂时，在吸附架桥和压缩双电层作用下，增大了污泥絮体内部的结合强度，絮体之间紧密集结，ζ电位降低，因此容易脱水。当加入药剂量过大时，污泥中的固体颗粒因吸附了聚合物而带上正电荷，胶体颗粒因电荷排斥而重新分散稳定，絮体结合程度降低，ζ电位上升，导致过滤脱水效果下降。当混凝剂量达到一定程度时，污泥中的胶体颗粒的结合程度和ζ电位都达到较为稳定的状态，此时再增加药剂量，对污泥的过滤脱水性能影响较小。

六、误差分析

(1)实验中真空调节阀的灵敏度不高，将实验压力调节到0.05 MPa往往需

要较长时间，导致实验前30s的较大部分数据由于过滤压力不足而不符合实验规律。

(2)实验中为了准确测得干污泥质量，将滤饼和滤纸一起进行烘干，而滤纸

本身也带有一定的水分，这部分水分在之后的计算中被计为滤饼的水分，将使测得的滤饼含水率偏大。

(3)在实验初期，由于单位时间的滤液量较多，冲击到计量筒液面，导致液

面起伏不平，影响读数的准确，因而实验初始时的数据会有少许波动，无法应用于实验计算。