活性污泥比阻的测定实验报告.docx

1、活性污泥比阻的测定实验报告一、实验目的二、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?S/mL），滤液黏度 卩g/（cm?s） 成正比。过滤阻力包括滤渣阻力 Rz和过滤隔层阻力Rg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、-2）:由于只Rg比Rz相对来说较小，为简化计算，姑且忽略不计。式中：a位体积污泥的比阻;S滤渣厚度;C -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:式中，a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: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:式中：Q0污泥量，mL;Qy 滤液量，mL

3、；Cd 滤饼固体浓度，g/mL。根据固体平衡 QoCo = QyCy + QdCd式中：C0污泥固体浓度，g/mL ；Cy 污泥固体浓度，g/mL ；Qd 污泥固体滤饼量，mL。可得:代入式（1-7），化简后得: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C值。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。求式中：Ci l00g污泥中的干污泥量;Cf 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%。一般认为比阻在 1091010s2/g的污泥算作难过滤的污泥，比阻在 (0.50.9)?109s2/g的污泥算作中等，比阻小于 0.4?1晶2勺

4、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FeCb, A12(SO4)3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%0三、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，FeCl3l0g/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。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-计量管配制FeCl3 (10g/L)混凝剂;用FeCl3混凝剂调节污泥(每组加

5、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%;在布氏漏斗上(直径6580mm)放置滤纸，用水润湿，贴紧周底;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.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 V0；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

6、 20mi n后即可停止;C0。(10)称量后的滤饼干105C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四、数据记录与整理4.1实验基本参数实验温度28C混凝剂FeCb污泥含水率98%实验压力0.05 MPa 混凝剂浓度10 g/L 布氏漏斗内径7.00 cm4.2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%时间/S1 计量官滤液量V/mL滤液量 v=V-V0/mLt/V(s/mL)06700.00107581.252090230.8730115480.6340129620.6550140730.6860150830.727015

7、9920.7680165980.82901701030.871201851181.021501951281.171802101431.262102201531.372402301631.473002431761.703602501831.974502531862.42表4-2布氏漏斗实验数据2混凝剂投加量：2%时间/S计量官滤液量V/mL滤液量 v=V-V0/mLt/V(s/mL)05500.001075200.502098430.4730120650.4640139840.48501571020.49601631080.56701851300.54801951400.57902051500.

8、601202281730.691502421870.801802431880.96表4-3布氏漏斗实验数据3混凝剂投加量：4%时间/s计里官滤液里V/mL滤液量 v=V-V0/mLt/V(s/mL)05200.001065130.772090380.5330112600.5040125730.5550140880.5760150980.61701601080.65801 1701180.68901801280.701201991470.821502151630.921801 2301781.012102391871.12表4-4布氏漏斗实验数据4混凝剂投加量：6%时间/S计量管滤液量V/mL滤

9、液量 V=V-V0/mLt/V(s/mL)07400.001088140.7120107330.6130125510.5940140660.6150152780.6460164900.67701741000.70801831090.73901901160.781202101360.881502251510.991802411671.082102561821.152402591851.30表4-5布氏漏斗实验数据5混凝剂投加量：0%时间/S计量管滤液量V/mL滤液量 v=V-V0/mLt/V(s/mL)06500.00107491.112090250.8030109440.6840120550.

10、7350140750.6760155900.67701691040.67801801150.70901851200.751202051400.861502231580.951802401751.032102471821.152402491841.30表4-6布氏漏斗实验数据6混凝剂投加量：10%时间/S计量管滤液量V/mL滤液量 V=V-V0/mLt/V(s/mL)07000.001084140.7320101310.6430123530.57401 133630.6350145750.6760157870.6970167970.72801751050.76901831130.80120205

11、1350.891502231530.981802401701.062102531831.152402581881.282.滤饼称量前后实验数据表4-7滤饼称量前后实验数据混凝剂投加量/%0246810滤纸+称量瓶质量/g47.618747.649441.180243.823342.394546.9590烘干前滤纸滤饼+ 称量瓶质量/g52.559255.182650.084451.699248.427352.0084烘干后滤纸滤饼+ 称量瓶质量/g48.726550.120244.785346.756344.134448.1720滤饼湿重/g4.94057.53328.90427.87596.

12、03285.0494干污泥质量/g1.10782.47083.60512.93301.73991.2130滤饼含水率/%77.5867.2059.5162.7671.1675.98五、数据处理与分析已知污泥比阻计算公式为:因此，欲求得污泥比阻 a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

13、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.

14、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

15、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/VV曲线的有效数据点选取采用了如下方法:去除曲线前段明显波动的 23个数据点;去除曲线末端往上上升的 23个数据点;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/VV曲线图中有效数据点选取范围混凝剂投加量0%2%4%6%8%10%首端体积/mL928473669087末端体积/mL163150163151175170(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

16、线性拟合方程参数混凝剂投加量0%2%4%6%8%10%R- Square0.999590.940860.968450.949770.975270.99753Slope (即 b 值)0.009990.001870.004200.004480.004550.00452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?mL?、0.00187

17、 s?mL?2、0.00420 s?mL?2、0.00448 s?mL?2、0.00455 s?mL?2和 0.00452 s?mL?2。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:式中：Ci l00g污泥中的干污泥量;Ci 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值求解结果混凝剂投加量0%2%4%6%8%10%Ci /g222222Ci

18、/g22.4232.8040.4937.2428.8424.02C/(g/mL)0.021750.021410.02140.021350.021430.021631.3 K值求解前面已计算得到b值和C值，欲计算污泥比阻 a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:(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

19、过滤面积 F取布氏漏斗底面积。(3)滤液动力粘滞系数卩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。查表可知在20r时，e = 1.002 0-3Pas，入一般可取为0.035,，水温t = 2&C,将上述数据代入公式，得因此1.4值求解以第一组数据为例，其 b、C、K 值分别为 b = 0.00999 s?mL?2,C = 0.02175 g/mL,11 4K = 1.954 10 cm /s表5-4 a值求解结果混凝剂投加量0%2%4%6%8%10%b/ (s/mL2)0.009990.001870.00420.004480.004550.00452C /(g/mL)0.0

20、21750.021410.02140.021350.021430.02163K/ (1011 cm4/s)1.9541.9541.9541.9541.9541.954a /(10 s2/g)9.1491.7403.9094.1804.2294.162一般认为，比阻在 1091010 s2/g的污泥算作难过滤的污泥，比阻在 (0.50.9)?109s2/g的污泥算作中等，比阻小于0.4?1(fs2/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a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

21、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：未加入混凝剂时，污泥比阻为 9.149 X06 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 X06 s2/g,比未投加混凝剂情况下的比阻降低了一半以上，说明加入FeCl3混凝剂对污泥比阻降低有良好效果。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

22、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，Z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

23、电荷排斥而重新分散稳定，絮体结合程度降低，Z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 Z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。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。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。匀，但量筒内仍留有少量的污泥颗粒， 残留的这小部分污泥将导致污泥固体浓度偏小。对于相同种类的污泥，如果污泥固体浓度不同，实验得到的比阻值也会不

24、同，因此污泥固体浓度偏小将对比阻的测量产生影响。次的实验用时不确定性较高， 而污泥中混凝剂的添加和搅拌是在上一次实验未响到b值。中絮体的形成产生一定影响，从而影响到污泥的过滤脱水性能。七、思考与讨论1. 污泥过滤脱水性能的影响因素1）污泥的种类和性质污泥的性质将直接影响污泥脱水效果，污泥中污泥颗粒粒径的大小及其分布 决定过滤脱水的难易程度和好坏。试验证明 :城市污水厂初沉污泥较易脱水，剩余活性污泥较难脱水，其混合污泥的脱水性能介于两者之间。此外，污泥中的有机 物含量及污泥颗粒大小还直接影响化学药剂的投加量。2）过滤压力城市污泥随着过滤压力的增加，污泥比阻值也随之增加，其结果对过滤是否 有利，与

25、物料的压缩性及压力值的合适与否有关。一般来说，真空度越高，滤饼 厚度越大，含水率越低。但由于滤饼加厚，过滤阻力增加，不利于过滤脱水。压 力增大，使动力消耗会增加， 从而污泥处理成本提高。因此，污泥过滤脱水时必 须选择适当的压力。过滤压力对比阻的影响较大，在试验中发现污泥的比阻随过滤压力的升高而 增大，在污泥比阻试验时，真空过滤的压力在 0.04MPa - 0.06Mpa 之间比较合适。3）混凝剂的种类和投加量不同种类混凝剂对污泥比阻的降低效果不同，不同脱水方式需采用不同的混 凝剂，如真空过滤脱水，采用高分子混凝剂的效果较好，离心脱水时，不宜采用 无机混凝剂。混凝剂的投加量也对污泥脱水性能有较大

26、影响，随着混凝剂投加量 的增加，污泥比阻变小，每种混凝剂各有一个最佳量，超过这个量，污泥比阻就 会上升，脱水性能变差。4）过滤介质过滤介质的性能影响着过滤压力、过滤产率、滤液悬浮物浓度、固体回收率 及滤饼的剥离性能，过滤机械不同，采用的过滤介质也不同。如真空过滤和压滤 脱水机械中， 主要采用织物制品。 滤布不同，过滤后，滤饼脱落的难易程度不同。5）搅拌时间搅拌时间不足，混凝剂加入后形成的絮体不充分，导致比阻值增大。搅拌时间过长，絮体遭到破坏，脱水效果下降。在实际生产中应该通过试验确定较为合 适的快速搅拌强度范围及时间。2. 用于污泥调理的混凝剂种类1）无机混凝剂无机混凝剂是一种电解质化合物，

27、主要有铝盐（硫酸铝、明矾及三氯化铝等） 和铁盐（三氯化铁、绿矾及硫酸铁等 ），以往主要采用以石灰、铝盐、铁盐等无机混凝剂为主要添加剂的加药法。各类无机混凝剂离解得到的阳离子带正电荷，与 污泥颗粒上负电荷互相吸引并中和，使电荷减小，减少了粒子之间的排斥力，增 加了颗粒间的吸附， 并减少粒子和水分子的亲和力， 使粒子增加凝聚力而粗大化， 从而改善其沉降脱水性能。无机混凝剂的主要作用是中和电荷、压缩双电层、降低斥力。因此，所用的 混凝剂的离子价越高，即所带的电荷越多，对中和胶体电荷量及压缩双电层厚度 也越有利。因此，铝盐、铁盐的调理效果是比较好的。一般铁盐或铝盐加入污泥后会形成带正电荷离子，即Fe3+或AI3+，往往易水解形成氢氧化物絮体而促进混凝 作用。例如以铝盐作调理剂时：pH值小于4时，铝成为A13+的状态；pH值大于4 时，生成带正电荷高价氢氧化物聚合体，有利于中和污泥颗粒的负电荷及加强吸 附作用；pH在