恒(heng)奧(ao)德汙泥(ni)比(bi)阻(zu)的(de)測(ce)定(ding)裝(zhuang)置(zhi)實驗(yan)說(shuo)明(ming)手(shou)冊(ce)

汙泥(ni)比(bi)阻(zu)的(de)測(ce)定(ding)說(shuo)明(ming)

 註(zhu)意：(本說(shuo)明(ming)書及(ji)提供(gong)的(de)計算(suan)方(fang)法和實驗(yan)數據僅(jin)供(gong)參考：根(gen)據學(xue)校實際實驗(yan)得(de)出的(de)數據為準。)

、實驗(yan)目(mu)的(de)：

汙泥(ni)比(bi)阻(zu)（或稱比(bi)阻(zu)抗）是(shi)表示汙泥(ni)脫水性(xing)能(neng)的(de)綜(zong)合(he)性(xing)標(biao)，汙泥(ni)比(bi)阻(zu)愈大(da)，脫(tuo)水性(xing)能(neng)愈差(cha)，反之脫(tuo)水性(xing)能(neng)愈好。本實驗(yan)測(ce)定(ding)活性(xing)汙泥(ni)的(de)比(bi)阻(zu)，是(shi)以(yi)FeCl3和Al2(SO4)3為混(hun)凝劑(ji)行試(shi)驗(yan)。

希(xi)望(wang)通過實驗(yan)達(da)到(dao)下(xia)述(shu)目(mu)的(de)：

1、掌(zhang)握(wo)測定(ding)汙泥(ni)比(bi)阻(zu)的(de)實驗(yan)方(fang)法；

2、掌(zhang)握(wo)用(yong)布氏(shi)漏鬥(dou)試(shi)驗(yan)選擇混(hun)凝劑(ji)；

3、掌(zhang)握(wo)確定(ding)投(tou)加(jia)混(hun)凝劑(ji)的(de)方(fang)法。

二(er)、實驗(yan)原(yuan)理(li)：

汙泥(ni)比(bi)阻(zu)是(shi)單(dan)位(wei)過濾面(mian)積(ji)上(shang)，單(dan)位(wei)幹重(zhong)濾餅(bing)所(suo)具(ju)有(you)的(de)阻(zu)力，在數值(zhi)上(shang)等(deng)於粘(zhan)滯(zhi)度(du)為1時(shi)，濾液(ye)通過單(dan)位(wei)重(zhong)量(liang)的(de)泥(ni)餅(bing)產(chan)生(sheng)單(dan)位(wei)濾液(ye)流(liu)率所(suo)需(xu)要(yao)的(de)壓差(cha)，

影(ying)響(xiang)汙泥(ni)脫水性(xing)能(neng)的(de)因(yin)素有(you)：汙泥(ni)的(de)性(xing)質(zhi)、汙泥(ni)的(de)濃度(du)、汙泥(ni)和濾液(ye)的(de)粘(zhan)滯(zhi)度(du)、混(hun)凝劑(ji)的(de)種(zhong)類(lei)和投(tou)加(jia)量等(deng)。通常(chang)是(shi)用(yong)布氏(shi)漏鬥(dou)試(shi)驗(yan)，通過測(ce)定(ding)汙泥(ni)濾液(ye)濾過介(jie)質(zhi)的(de)速度(du)快慢(man)來(lai)確定(ding)汙泥(ni)比(bi)阻(zu)的(de)大(da)小(xiao)，並(bing)不同(tong)汙泥(ni)的(de)過濾性(xing)能(neng)，確定(ding)佳(jia)混(hun)凝劑(ji)及其(qi)投加(jia)量。

汙泥(ni)脫水是(shi)依靠過濾介(jie)質(zhi)（多孔(kong)性(xing)物(wu)質）兩(liang)面的(de)壓力差(cha)作為推動(dong)力，使水分強(qiang)制(zhi)通過過濾介(jie)質(zhi)，固體顆(ke)粒(li)被截(jie)留在(zai)介(jie)質(zhi)上(shang)，達(da)到(dao)脫(tuo)水的(de)目(mu)的(de)。成(cheng)壓力差(cha)的(de)方(fang)法有四(si)種(zhong)：

1、依(yi)靠汙泥(ni)本身(shen)厚度(du)的(de)靜(jing)壓力（如(ru)汙泥(ni)自然幹化場的(de)滲透(tou)脫(tuo)水）；

2、過濾介(jie)質(zhi)的(de)面(mian)成(cheng)負壓（如(ru)真(zhen)空過濾脫(tuo)水）；

3、加(jia)壓汙泥(ni)把水分過濾介(jie)質(zhi)（如(ru)壓濾脫(tuo)水）；

4、成(cheng)離(li)心力作為推動(dong)力（如(ru)離(li)心脫水）。

根(gen)據推(tui)動力在脫(tuo)水過程(cheng)中(zhong)的(de)演(yan)變(bian)，可(ke)分為定壓過濾與(yu)恒(heng)豎(shu)過濾兩(liang)種。前者在過濾程(cheng)中(zhong)壓力保持不(bu)變；後(hou)者在(zai)過濾過程(cheng)中(zhong)過濾速度(du)保持不(bu)變。

本實驗(yan)是(shi)用(yong)抽真空的(de)方(fang)法成壓力差(cha)，並(bing)用(yong)調節(jie)閥調(tiao)節(jie)壓力，使整(zheng)個實驗(yan)過程(cheng)壓力差(cha)恒(heng)定(ding)。

過濾開(kai)始(shi)時(shi)，濾液(ye)只(zhi)需克服過濾介(jie)質(zhi)的(de)阻(zu)力，當濾餅(bing)逐(zhu)步形(xing)成(cheng)後，濾液(ye)還(hai)需(xu)克服濾餅(bing)本身(shen)的(de)阻(zu)力。濾餅(bing)是(shi)由汙泥(ni)的(de)顆(ke)粒(li)堆積(ji)而(er)成的(de)，也(ye)可(ke)視(shi)為種多(duo)孔(kong)性(xing)的(de)過濾介(jie)質(zhi)，孔(kong)道(dao)屬(shu)於毛細(xi)管。因(yin)此(ci)，真正的(de)過濾層(ceng)包(bao)括(kuo)濾餅(bing)與(yu)過濾介(jie)質(zhi)。由於過濾介(jie)質(zhi)的(de)孔(kong)徑(jing)遠(yuan)比(bi)汙泥(ni)顆(ke)粒(li)的(de)粒(li)徑(jing)大(da)，所(suo)以(yi)只(zhi)過濾開(kai)始(shi)階(jie)段(duan)，濾液(ye)往(wang)往是(shi)渾濁的(de)。隨著濾餅(bing)的(de)形(xing)成(cheng)，阻(zu)力變大(da)，濾液(ye)變(bian)清。

由於汙泥(ni)懸浮(fu)顆(ke)粒(li)的(de)性(xing)質(zhi)不同，濾餅(bing)的(de)性(xing)質(zhi)可(ke)分為兩(liang)類：類為不可(ke)壓縮性(xing)濾餅(bing)，如(ru)沈砂、初(chu)次沈澱汙泥(ni)或其(qi)他無機沈渣，在壓力作用(yong)下(xia)，顆(ke)粒(li)不會(hui)變(bian)形，因(yin)而(er)濾餅(bing)中(zhong)濾液(ye)的(de)通道(dao)（如(ru)毛細(xi)管孔(kong)徑(jing)與(yu)長度(du)）不因(yin)壓力作用(yong)的(de)變(bian)化而(er)改變(bian)；另(ling)類(lei)為可(ke)壓縮性(xing)濾餅(bing)，如(ru)活性(xing)汙泥(ni)，在壓力的(de)作用(yong)下(xia)，顆(ke)粒(li)會變(bian)形(xing)，隨著壓力增加(jia)，顆(ke)粒(li)被壓縮並(bing)擠入(ru)孔(kong)道(dao)中(zhong)，使(shi)濾液(ye)的(de)通道(dao)變(bian)小(xiao)，阻(zu)力增加(jia)。

過濾時(shi)，濾液(ye)體(ti)積V與(yu)壓強降(jiang)P、過濾面(mian)積(ji)A、過濾時(shi)間(jian)t成(cheng)正比(bi)，而(er)與過濾阻(zu)力R、濾液(ye)粘(zhan)滯(zhi)度(du)u成(cheng)正比(bi)，即過濾時(shi)：V= Par  uR（ml）  （14-1）

式中(zhong)：V——濾液(ye)體(ti)積（ml）；

      P——過濾時(shi)壓強（Pa）

      A——過濾面(mian)積(ji)（cm2）

      t——過濾時(shi)間(jian)（s）

          u——濾液(ye)粘(zhan)度(du)（Pa·s）

          R——單(dan)位(wei)過濾面(mian)積(ji)上(shang)，通過單(dan)位(wei)體積的(de)濾液(ye)所(suo)產(chan)生(sheng)的(de)過濾阻(zu)力，決定(ding)於濾餅(bing)性(xing)質(zhi)（cm-1）

過濾阻(zu)力R包(bao)括(kuo)濾餅(bing)阻(zu)力Rz和過濾介(jie)質(zhi)阻(zu)力Rg兩(liang)分。阻(zu)力R隨濾餅(bing)厚度(du)增加(jia)而(er)增加(jia)，過濾速度(du)則隨濾餅(bing)厚度(du)

的(de)增(zeng)加(jia)而(er)減(jian)小(xiao)，因(yin)此(ci)將式（14-1）改(gai)寫(xie)成(cheng)微(wei)分形(xing)式： dV  dt ＝ PA  uR＝    RA    u(δRz+Rg)   （14-2）

式中(zhong)：δ——泥(ni)餅(bing)的(de)厚度(du)

1

設每濾過單(dan)位(wei)體積的(de)濾液(ye)，在(zai)過濾介(jie)質(zhi)上(shang)截(jie)留的(de)濾餅(bing)體(ti)積為υ，則當濾液(ye)體(ti)積為V時(shi)，濾餅(bing)體(ti)積為υ·V，因(yin)此(ci)δA=υV

δ＝ υV  A  （14-3）

將(jiang)式（14-3）代(dai)入(ru)式（14-2）得(de) dV  dr＝      PA2        u（υVRz+RgA）  （14-4）

若(ruo)以(yi)濾過單(dan)位(wei)體積得濾液(ye)在(zai)過濾介(jie)質(zhi)上(shang)截(jie)留得(de)濾餅(bing)幹固體重(zhong)量(liang)C代(dai)替(ti)υ，並(bing)以(yi)單(dan)位(wei)重(zhong)量(liang)得阻(zu)抗r代(dai)替(ti)Rz,則式（14-4）可(ke)改(gai)寫(xie)成(cheng) dV  dr＝      PA2        u（CVr+RgA）  （14-5）

式中(zhong)：r——汙泥(ni)比(bi)阻(zu)

定(ding)壓過濾時(shi)，式（14-5）對(dui)時(shi)間(jian)積分：∫˙0  dt=∫v0   (  uCVr   PA2 + Ur0  PA )dV  （14-6）

                                   t= uCrV2r   2PA2 + uR0V   PA

                                    t  V= uCrV  2PA2 +  uRg  PA   （14-7）

式（14-7）說(shuo)明(ming)：在(zai)定(ding)壓下(xia)過濾，t/V與(yu)V成(cheng)直線(xian)關系(xi)，即：y-bx+a

                斜率b= uCr  2PA2   截(jie)距(ju) a= uRg  PA    因(yin)此(ci)比(bi)阻(zu)公(gong)式為 r＝ 2PA2   u· b  C  （14-8）

r單(dan)位(wei)為cm/g，b為s/cm6，C為g/cm3

從式（14-8）可(ke)以(yi)看(kan)出，要(yao)求(qiu)得汙泥(ni)比(bi)阻(zu)r，需(xu)在(zai)實驗(yan)條(tiao)件下(xia)求(qiu)出斜率b和C0b的(de)求(qiu)法是(shi)：可(ke)在(zai)定(ding)壓下(xia)（真空度(du)保持不(bu)變）通過測(ce)定(ding)系(xi)列的(de)r—V數據，用(yong)圖(tu)解(jie)法求(qiu)取，見圖(tu)14-1，C的(de)求(qiu)法為：

C＝（V0-Vy）     Cb （g泥(ni)餅(bing)幹重(zhong)/ml濾液(ye)）  （14-9）

式中(zhong)：V0——原(yuan)汙泥(ni)體積(ji)（ml）

      Vy——濾液(ye)體(ti)積（ml）

      Cb——濾餅(bing)固體濃度(du)（g/ml）

      V0C0=VyCy+VbCb        Vb=V0Vy

      Vy= V0（C0-Cb）    Cy-Cb   （14-10）

式中(zhong)：C0——原(yuan)汙泥(ni)固體濃度(du)（g/ml）

      Cy——濾液(ye)中(zhong)固體濃度(du)（g/ml）

      Vb——濾餅(bing)體(ti)積（ml）

將(jiang)式（14-10）代(dai)入(ru)（14-9）得(de) C=  Cb（C0-Cy）    Cb-C0（g/ml）  （14-11）

因(yin)濾液(ye)固體濃度(du)Cy相對(dui)汙泥(ni)固體濃度(du)C0來(lai)講(jiang)要(yao)小(xiao)得多(duo)，故忽(hu)略不計，因(yin)此(ci)C=  CbC0  Cb-C0（g/ml）     （14-12）

投(tou)加(jia)混(hun)凝劑(ji)可(ke)以(yi)改(gai)善(shan)汙泥(ni)的(de)脫(tuo)水性(xing)質(zhi)，使汙泥(ni)的(de)比(bi)阻(zu)減(jian)小(xiao)，對於無機混(hun)凝劑(ji)，如(ru)FeCl3、Al2(SO4)3等(deng)的(de)投(tou)加(jia)量(liang)，般為汙泥(ni)幹重(zhong)的(de)5-10％；分子混(hun)凝劑(ji)，如(ru)聚(ju)丙(bing)烯酰(xian)胺(an)、堿(jian)式氯化鋁等(deng)，投加(jia)量般為汙泥(ni)幹重(zhong)的(de)1％。

般認(ren)為：比(bi)阻(zu)抗在(zai)1012-1013cm/g為難過濾汙泥(ni)；在（0.5-0.9）×1012cm/g為中等(deng)，小(xiao)於0.4××1012cm/g為易過濾汙泥(ni)。

活性(xing)汙泥(ni)的(de)比(bi)阻(zu)般為（2.74-2.94）×1013cm/g；消(xiao)化汙泥(ni)的(de)比(bi)阻(zu)為（1.17-1.37）×1013cm/g；初(chu)沈汙泥(ni)的(de)比(bi)阻(zu)為（3.9-5.8）×1012cm/g。

圖(tu)14-2比(bi)阻(zu)抗實驗(yan)裝(zhuang)置(zhi)圖(tu)

1、不(bu)銹(xiu)鋼(gang)固定架    2、計量(liang)筒    3、抽氣接(jie)管    4、布氏(shi)漏鬥(dou)    5、吸(xi)濾筒    6、真(zhen)空泵

7、真(zhen)空表    8、調(tiao)節(jie)閥    9、放(fang)空閥    10、硬(ying)塑(su)料(liao)管    11、硬(ying)橡(xiang)皮管

計量(liang)筒為具塞(sai)玻(bo)璃(li)量筒，用(yong)不銹(xiu)鋼架子固定夾(jia)住(zhu)，上(shang)接(jie)抽氣接(jie)管和布氏(shi)漏鬥(dou)。吸濾筒作為真空室(shi)及(ji)盛水之(zhi)用(yong)，是(shi)用(yong)有機(ji)玻璃制成。它上(shang)有(you)真(zhen)空表和調(tiao)節(jie)閥，下(xia)有放(fang)空閥；端(duan)用(yong)硬塑(su)料(liao)管聯(lian)結(jie)抽氣接(jie)管，另端(duan)用(yong)硬橡(xiang)皮管接真(zhen)空泵。真(zhen)空泵抽吸吸(xi)濾筒內(nei)的(de)空氣，使(shi)筒內(nei)形成(cheng)定(ding)的(de)真(zhen)空度(du)。

（二(er)）實驗(yan)設備和儀(yi)器儀(yi)表：(由用(yong)戶(hu)自行購買(mai))：

1、秒(miao)表 1塊(kuai)

2、烘箱(xiang)    1臺

3、分析(xi)天(tian)平     1臺

四(si)、實驗(yan)步(bu)驟(zhou)：

1、測(ce)定(ding)汙泥(ni)的(de)固體濃度(du)C0。

2、配(pei)制(zhi)FeCl3（10g/l）和Al2（SO4）3（10g/l）混(hun)凝劑(ji)溶液(ye)。

3、用(yong)FeCl3（10g/l）混(hun)凝劑(ji)調節(jie)汙泥(ni)（每組(zu)加(jia)種混(hun)凝劑(ji)量，加(jia)量分別(bie)為汙泥(ni)幹重(zhong)的(de)5％、6％、7％、8％、9％、10％）。

4、在(zai)布氏(shi)漏鬥(dou)上(shang)放(fang)置快速濾紙(zhi)（直徑(jing)大(da)於漏鬥(dou)，好大(da)於倍），用(yong)水潤濕，貼(tie)緊周底(di)。

5、啟(qi)動(dong)真(zhen)空泵，用(yong)調節(jie)閥調(tiao)節(jie)真空壓力到比(bi)實驗(yan)壓力小(xiao)約(yue)1/3，實驗(yan)壓力為35.5kPa（真(zhen)空度(du)266mmHg）或(huo)70.9 kPa（真(zhen)空度(du)532mmHg），使(shi)濾紙(zhi)緊貼(tie)漏(lou)鬥(dou)底，關閉(bi)真空泵。

6、放(fang)50-100ml調(tiao)節(jie)好的(de)汙泥(ni)在漏(lou)鬥(dou)內(nei)，（汙泥(ni)度(du)不過濾紙(zhi)度(du)），使其(qi)依(yi)靠重(zhong)力過濾1分鐘(zhong)，啟(qi)動真(zhen)空泵，調(tiao)節(jie)真(zhen)空壓力至實驗(yan)壓力，記下(xia)此(ci)時計量(liang)筒內(nei)的(de)濾液(ye)體(ti)積V0。啟(qi)動(dong)秒(miao)表。在整(zheng)個實驗(yan)過程(cheng)中(zhong)，仔(zai)細(xi)調節(jie)真(zhen)空度(du)調節(jie)閥，以(yi)保持實驗(yan)壓力恒(heng)定(ding)。

7、每(mei)隔定(ding)時(shi)間(jian)（開始(shi)過濾時(shi)可(ke)每(mei)隔10s或(huo)15s，濾速減(jian)慢(man)後(hou)每隔30s或(huo)1min），記(ji)下(xia)記量(liang)筒內(nei)相應的(de)濾液(ye)體(ti)積V1。

8、定(ding)壓過濾至濾餅(bing)破(po)裂，真(zhen)空破壞(huai)，如(ru)真(zhen)空長時間(jian)不破壞(huai)，則過濾20分鐘(zhong)即(ji)可(ke)停(ting)止（也(ye)可(ke)30-40min，待(dai)泥(ni)餅(bing)形(xing)成為止）。

9、測(ce)出定(ding)壓過濾後(hou)濾餅(bing)的(de)厚度(du)及固體濃度(du)。

10、另(ling)取(qu)加(jia)Al2（SO4）3混(hun)凝劑(ji)的(de)汙泥(ni)（每組(zu)加(jia)混(hun)凝劑(ji)與加(jia)FeCl3量(liang)相同(tong)）及(ji)不加(jia)混(hun)凝劑(ji)的(de)汙泥(ni)，按實驗(yan)步(bu)驟(zhou)4-9分別(bie)行實驗(yan)。

3

註(zhu)意事項：

1、汙泥(ni)中加(jia)混(hun)凝劑(ji)後，應充(chong)分混(hun)合(he)。

2、在(zai)整(zheng)個(ge)過濾過程(cheng)中(zhong)，真空度(du)應始(shi)終(zhong)保持致。

3、實驗(yan)時(shi)，抽真空裝(zhuang)置(zhi)的(de)各(ge)個(ge)接(jie)頭均不(bu)應漏(lou)氣。

五(wu)、實驗(yan)結(jie)果整(zheng)理(li)：

1、測(ce)定(ding)並(bing)記錄(lu)實驗(yan)基(ji)本參數：

實驗(yan)日(ri)期      年(nian)    月(yue)    日(ri)        實驗(yan)真(zhen)空度(du)              kPa

加(jia)混(hun)凝劑(ji)量及(ji)泥餅(bing)厚度(du)

加(jia)Al2（SO4）3                 mg/l，泥(ni)餅(bing)厚度(du)δ2＝              mm。

加(jia)FeCl3                 mg/l，泥(ni)餅(bing)厚度(du)δ2＝              mm。

不(bu)加(jia)混(hun)凝劑(ji)的(de)泥(ni)餅(bing)厚度(du)δ2＝              mm。

  汙泥(ni)固體濃度(du)C0＝              g/ml。

  泥(ni)餅(bing)固體濃度(du)Cb＝              g/ml。

2、將(jiang)實驗(yan)測(ce)得(de)數據按(an)表14-1記(ji)錄(lu)並(bing)計算(suan)。

3、以(yi)t/V為縱坐(zuo)標(biao)，V為橫(heng)坐標(biao)作圖(tu)，求(qiu)b。

4、根(gen)據泥(ni)餅和汙泥(ni)固體濃度(du)求(qiu)出C。

5、計算(suan)實驗(yan)條(tiao)件下(xia)的(de)比(bi)阻(zu)r。

6、以(yi)比(bi)阻(zu)r為縱坐(zuo)標(biao)，混(hun)凝劑(ji)投加(jia)量為橫(heng)坐標(biao)作圖(tu)，求(qiu)佳投(tou)藥(yao)量(liang)。

不(bu)加(jia)混(hun)凝劑(ji)的(de)汙泥(ni) 加(jia)FeCl3的(de)汙泥(ni) 加(jia)Al2（SO4）3的(de)汙泥(ni)

t

（s） 計量(liang)筒

內(nei)濾液(ye)

V1(ml) 濾液(ye)量(liang)

V=V1

-V0(ml)

 t  V

(s/ml)

t

（s） 計量(liang)筒

內(nei)濾液(ye)

V1(ml) 濾液(ye)量(liang)

V=V1

-V0(ml)

 t  V

(s/ml)

t

（s） 計量(liang)筒

內(nei)濾液(ye)

V1(ml) 濾液(ye)量(liang)

V=V1

.  

六(liu)、實驗(yan)結(jie)果討(tao)論：

1、比(bi)阻(zu)抗的(de)大(da)小(xiao)與汙泥(ni)的(de)固體濃度(du)有否(fou)關系(xi)？是(shi)怎樣(yang)的(de)關系(xi)？

2、活性(xing)汙泥(ni)在真(zhen)空過濾時(shi)，能(neng)否講(jiang)真空度(du)越(yue)大(da)泥(ni)餅(bing)的(de)固體濃度(du)越(yue)大(da)？為什(shen)麽(me)？

3、對(dui)實驗(yan)中(zhong)發現(xian)的(de)問題(ti)加以(yi)議論。

四(si)、設備的(de)組(zu)成(cheng)和規(gui)格：

      1、用(yong)有機(ji)玻璃圓管制成(cheng)吸濾筒1套(tao)(Φ150mm×250mm、2、並(bing)配有(you)300ml計量(liang)筒2套(tao)、3、陶(tao)瓷布氏(shi)漏鬥(dou)2只(zhi)、4、抽氣接(jie)管1根(gen)、5、連(lian)接管道1根(gen)、6、真(zhen)空表1只(zhi)、7、真(zhen)空泵1臺、8、放(fang)氣閥1只(zhi)、9、滲漏(lou)閥1只(zhi)、10、帶移動輪(lun)子不銹(xiu)鋼(gang)臺架1套(tao)等(deng)。

17、實驗(yan)裝(zhuang)置(zhi)總尺寸：500mm×300mm×1300mm      

4

八(ba)、定(ding)期檢查項目(mu)

、定(ding)期檢查項目(mu)

1．抽氣接(jie)管、布氏(shi)漏鬥(dou)、硬塑(su)料(liao)管、硬橡(xiang)皮管；

2．真(zhen)空表、等設備是(shi)否正常；

3、吸(xi)濾筒、真(zhen)空泵是(shi)否正常運(yun)行；

二(er)、定(ding)期維護(hu)作：

1． 不(bu)用(yong)時吸(xi)濾筒定(ding)要(yao)排(pai)放(fang)出水