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中瑞祥污泥比阻測定實驗的實驗原理

實驗原理：

　　污泥比阻是單位過濾面積上，單位干重濾餅所具有的阻力，在數值上等于粘滯度為1時，濾液通過單位重量的泥餅產生單位濾液流率所需要的壓差，

　　影響污泥脫水性能的因素有：污泥的性質、污泥的濃度、污泥和濾液的粘滯度、混凝劑的種類和投加量等。通常是用布氏漏斗試驗，通過測定污泥濾液濾過介質的速度快慢來確定污泥比阻的大小，并不同污泥的過濾性能，確定佳混凝劑及其投加量。

　　污泥脫水是依靠過濾介質（多孔性物質）兩面的壓力差作為推動力，使水分強制通過過濾介質，固體顆粒被截留在介質上，達到脫水的目的。成壓力差的方法有四種：

　　依靠污泥本身厚度的靜壓力（如污泥自然干化場的滲透脫水）；

　　過濾介質的面成負壓（如真空過濾脫水）；

　　加壓污泥把水分過濾介質（如壓濾脫水）；

　　成離心力作為推動力（如離心脫水）。

　　根據推動力在脫水過程中的演變，可分為定壓過濾與恒豎過濾兩種。前者在過濾程中壓力保持不變；后者在過濾過程中過濾速度保持不變。

　　本實驗是用抽真空的方法成壓力差，并用調節閥調節壓力，使整個實驗過程壓力差恒定。

　　過濾開始時，濾液只需克服過濾介質的阻力，當濾餅逐步形成后，濾液還需克服濾餅本身的阻力。濾餅是由污泥的顆粒堆積而成的，也可視為種多孔性的過濾介質，孔道屬于毛細管。因此，真正的過濾層包括濾餅與過濾介質。由于過濾介質的孔徑遠比污泥顆粒的粒徑大，所以只過濾開始階段，濾液往往是渾濁的。隨著濾餅的形成，阻力變大，濾液變清。

　　由于污泥懸浮顆粒的性質不同，濾餅的性質可分為兩類：類為不可壓縮性濾餅，如沉砂、初次沉淀污泥或其他無機沉渣，在壓力作用下，顆粒不會變形，因而濾餅中濾液的通道（如毛細管孔徑與長度）不因壓力作用的變化而改變；另類為可壓縮性濾餅，如活性污泥，在壓力的作用下，顆粒會變形，隨著壓力增加，顆粒被壓縮并擠入孔道中，使濾液的通道變小，阻力增加。

　　過濾時，濾液體積V與壓強降P、過濾面積A、過濾時間t成正比，而與過濾阻力R、濾液粘滯度u成正比，即過濾時：V=Par uR（ml）（14-1）

　　式中：V——濾液體積（ml）；

　　P——過濾時壓強（Pa）

　　A——過濾面積（cm2）

　　t——過濾時間（s）

　　u——濾液粘度（Pa·s）

　　R——單位過濾面積上，通過單位體積的濾液所產生的過濾阻力，決定于濾餅性質（cm-1）

　　過濾阻力R包括濾餅阻力Rz和過濾介質阻力Rg兩分。阻力R隨濾餅厚度增加而增加，過濾速度則隨濾餅厚度

　　的增加而減小，因此將式（14-1）改寫成微分形式：dV dt ＝PA uR＝RA u(δRz Rg)（14-2）

　　式中：δ——泥餅的厚度

　　1

　　設每濾過單位體積的濾液，在過濾介質上截留的濾餅體積為υ，則當濾液體積為V時，濾餅體積為υ·V，因此δA=υV

　　δ＝υV A（14-3）

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

　　若以濾過單位體積得濾液在過濾介質上截留得濾餅干固體重量C代替υ，并以單位重量得阻抗r代替Rz,則式（14-4）可改寫成dV dr＝PA2u（CVr RgA）（14-5）

　　式中：r——污泥比阻

　　定壓過濾時，式（14-5）對時間積分：∫˙0dt=∫v0 ( uCVr PA2 Ur0PA)dV （14-6）

　　t=uCrV2r 2PA2 uR0V PA

　　t V=uCrV 2PA2 uRgPA（14-7）

　　式（14-7）說明：在定壓下過濾，t/V與V成直線關系，即：y-bx a

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

　　r單位為cm/g，b為s/cm6，C為g/cm3

　　從式（14-8）可以看出，要求得污泥比阻r，需在實驗條件下求出斜率b和C0b的求法是：可在定壓下（真空度保持不變）通過測定系列的r—V數據，用圖解法求取，見圖14-1，C的求法為：

　　C＝（V0-Vy）Cb（g泥餅干重/ml濾液）（14-9）

　　式中：V0——原污泥體積（ml）

　　Vy——濾液體積（ml）

　　Cb——濾餅固體濃度（g/ml）

　　V0C0=VyCy VbCbVb=V0Vy

　　Vy=V0（C0-Cb）Cy-Cb（14-10）

　　式中：C0——原污泥固體濃度（g/ml）

　　Cy——濾液中固體濃度（g/ml）

　　Vb——濾餅體積（ml）

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

　　因濾液固體濃度Cy相對污泥固體濃度C0來講要小得多，故忽略不計，因此C= CbC0Cb-C0（g/ml）（14-12）

　　投加混凝劑可以改善污泥的脫水性質，使污泥的比阻減小，對于無機混凝劑，如FeCl3、Al2(SO4)3等的投加量，般為污泥干重的5-10％；分子混凝劑，如聚丙烯酰胺、堿式氯化鋁等，投加量般為污泥干重的1％。

　　般認為：比阻抗在1012-1013cm/g為難過濾污泥；在（0.5-0.9）×1012cm/g為中等，小于0.4××1012cm/g為易過濾污泥。

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