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中瑞祥污泥比阻測(cè)定實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理

實(shí)驗(yàn)原理：

　　污泥比阻是單位過(guò)濾面積上，單位干重濾餅所具有的阻力，在數(shù)值上等于粘滯度為1時(shí)，濾液通過(guò)單位重量的泥餅產(chǎn)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(zhì)、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(yàn)，通過(guò)測(cè)定污泥濾液濾過(guò)介質(zhì)的速度快慢來(lái)確定污泥比阻的大小，并不同污泥的過(guò)濾性能，確定佳混凝劑及其投加量。

　　污泥脫水是依靠過(guò)濾介質(zhì)（多孔性物質(zhì)）兩面的壓力差作為推動(dòng)力，使水分強(qiáng)制通過(guò)過(guò)濾介質(zhì)，固體顆粒被截留在介質(zhì)上，達(dá)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(chǎng)的滲透脫水）；

　　過(guò)濾介質(zhì)的面成負(fù)壓（如真空過(guò)濾脫水）；

　　加壓污泥把水分過(guò)濾介質(zhì)（如壓濾脫水）；

　　成離心力作為推動(dòng)力（如離心脫水）。

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

　　本實(shí)驗(yàn)是用抽真空的方法成壓力差，并用調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)壓力，使整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程壓力差恒定。

　　過(guò)濾開始時(shí)，濾液只需克服過(guò)濾介質(zhì)的阻力，當(dāng)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(guò)濾介質(zhì)，孔道屬于毛細(xì)管。因此，真正的過(guò)濾層包括濾餅與過(guò)濾介質(zhì)。由于過(guò)濾介質(zhì)的孔徑遠(yuǎn)比污泥顆粒的粒徑大，所以只過(guò)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(zhì)不同，濾餅的性質(zhì)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(wú)機(jī)沉渣，在壓力作用下，顆粒不會(huì)變形，因而濾餅中濾液的通道（如毛細(xì)管孔徑與長(zhǎng)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(huì)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(guò)濾時(shí)，濾液體積V與壓強(qiáng)降P、過(guò)濾面積A、過(guò)濾時(shí)間t成正比，而與過(guò)濾阻力R、濾液粘滯度u成正比，即過(guò)濾時(shí)：V=Par uR（ml）（14-1）

　　式中：V——濾液體積（ml）；

　　P——過(guò)濾時(shí)壓強(qiáng)（Pa）

　　A——過(guò)濾面積（cm2）

　　t——過(guò)濾時(shí)間（s）

　　u——濾液粘度（Pa·s）

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

　　過(guò)濾阻力R包括濾餅阻力Rz和過(guò)濾介質(zhì)阻力Rg兩分。阻力R隨濾餅厚度增加而增加，過(guò)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(shè)每濾過(guò)單位體積的濾液，在過(guò)濾介質(zhì)上截留的濾餅體積為υ，則當(dāng)濾液體積為V時(shí)，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(guò)單位體積得濾液在過(guò)濾介質(zhì)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(guò)濾時(shí)，式（14-5）對(duì)時(shí)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(shuō)明：在定壓下過(guò)濾，t/V與V成直線關(guān)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(shí)驗(yàn)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(guò)測(cè)定系列的r—V數(shù)據(jù)，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?yàn)V液固體濃度Cy相對(duì)污泥固體濃度C0來(lái)講要小得多，故忽略不計(jì)，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(zhì)，使污泥的比阻減小，對(duì)于無(wú)機(jī)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(rèn)為：比阻抗在1012-1013cm/g為難過(guò)濾污泥；在（0.5-0.9）×1012cm/g為中等，小于0.4××1012cm/g為易過(guò)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。