中瑞祥污泥比阻测定实验的实验原理

实验原理：

　　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，滤液通过单位重量的泥饼产生单位滤液流率所需要的压差，

　　影响污泥脱水性能的因素有：污泥的性质、污泥的浓度、污泥和滤液的粘滞度、混凝剂的种类和投加量等。通常是用布氏漏斗试验，通过测定污泥滤液滤过介质的速度快慢来确定污泥比阻的大小，并不同污泥的过滤性能，确定佳混凝剂及其投加量。

　　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。成压力差的方法有四种：

　　依靠污泥本身厚度的静压力（如污泥自然干化场的渗透脱水）；

　　过滤介质的面成负压（如真空过滤脱水）；

　　加压污泥把水分过滤介质（如压滤脱水）；

　　成离心力作为推动力（如离心脱水）。

　　根据推动力在脱水过程中的演变，可分为定压过滤与恒竖过滤两种。前者在过滤程中压力保持不变；后者在过滤过程中过滤速度保持不变。

　　本实验是用抽真空的方法成压力差，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。滤饼是由污泥的颗粒堆积而成的，也可视为种多孔性的过滤介质，孔道属于毛细管。因此，真正的过滤层包括滤饼与过滤介质。由于过滤介质的孔径远比污泥颗粒的粒径大，所以只过滤开始阶段，滤液往往是浑浊的。随着滤饼的形成，阻力变大，滤液变清。

　　由于污泥悬浮颗粒的性质不同，滤饼的性质可分为两类：类为不可压缩性滤饼，如沉砂、初次沉淀污泥或其他无机沉渣，在压力作用下，颗粒不会变形，因而滤饼中滤液的通道（如毛细管孔径与长度）不因压力作用的变化而改变；另类为可压缩性滤饼，如活性污泥，在压力的作用下，颗粒会变形，随着压力增加，颗粒被压缩并挤入孔道中，使滤液的通道变小，阻力增加。

　　过滤时，滤液体积V与压强降P、过滤面积A、过滤时间t成正比，而与过滤阻力R、滤液粘滞度u成正比，即过滤时：V=Par uR（ml）（14-1）

　　式中：V——滤液体积（ml）；

P——过滤时压强（Pa）

A——过滤面积（cm2）

t——过滤时间（s）

u——滤液粘度（Pa·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，决定于滤饼性质（cm-1）

　　过滤阻力R包括滤饼阻力Rz和过滤介质阻力Rg两分。阻力R随滤饼厚度增加而增加，过滤速度则随滤饼厚度

　　的增加而减小，因此将式（14-1）改写成微分形式：dV dt＝PA uR＝RA u(δRz Rg)（14-2）

　　式中：δ——泥饼的厚度

1

　　设每滤过单位体积的滤液，在过滤介质上截留的滤饼体积为υ，则当滤液体积为V时，滤饼体积为υ·V，因此δA=υV

　　δ＝υV A（14-3）

　　将式（14-3）代入式（14-2）得dV dr＝PA2u（υVRz RgA）（14-4）

　　若以滤过单位体积得滤液在过滤介质上截留得滤饼干固体重量C代替υ，并以单位重量得阻抗r代替Rz,则式（14-4）可改写成dV dr＝PA2u（CVr RgA）（14-5）

　　式中：r——污泥比阻

　　定压过滤时，式（14-5）对时间积分：∫˙0dt=∫v0 ( uCVr PA2 Ur0PA)dV（14-6）

t=uCrV2r 2PA2 uR0V PA

t V=uCrV 2PA2 uRgPA（14-7）

　　式（14-7）说明：在定压下过滤，t/V与V成直线关系，即：y-bx a

　　斜率b=uCr 2PA2截距a=uRgPA因此比阻公式为r＝2PA2u·b C（14-8）

r单位为cm/g，b为s/cm6，C为g/cm3

　　从式（14-8）可以看出，要求得污泥比阻r，需在实验条件下求出斜率b和C0b的求法是：可在定压下（真空度保持不变）通过测定系列的r—V数据，用图解法求取，见图14-1，C的求法为：

C＝（V0-Vy）Cb（g泥饼干重/ml滤液）（14-9）

　　式中：V0——原污泥体积（ml）

Vy——滤液体积（ml）

Cb——滤饼固体浓度（g/ml）

V0C0=VyCy VbCbVb=V0Vy

Vy=V0（C0-Cb）Cy-Cb（14-10）

　　式中：C0——原污泥固体浓度（g/ml）

Cy——滤液中固体浓度（g/ml）

Vb——滤饼体积（ml）

　　将式（14-10）代入（14-9）得C= Cb（C0-Cy）Cb-C0（g/ml）（14-11）

　　因滤液固体浓度Cy相对污泥固体浓度C0来讲要小得多，故忽略不计，因此C= CbC0Cb-C0（g/ml）（14-12）

　　投加混凝剂可以改善污泥的脱水性质，使污泥的比阻减小，对于无机混凝剂，如FeCl3、Al2(SO4)3等的投加量，般为污泥干重的5-10％；分子混凝剂，如聚丙烯酰胺、碱式氯化铝等，投加量般为污泥干重的1％。

　　般认为：比阻抗在1012-1013cm/g为难过滤污泥；在（0.5-0.9）×1012cm/g为中等，小于0.4××1012cm/g为易过滤污泥。

　　活性污泥的比阻般为（2.74-2.94）×1013cm/g；消化污泥的比阻为（1.17-1.37）×1013cm/g；初沉污泥的比阻为（3.9-5.8）×1012cm/g。