活性污泥比阻的測(cè)定實(shí)驗(yàn)報(bào)告

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.通過實(shí)驗(yàn)掌握污泥比阻的測(cè)定方法；2.掌握用布氏漏斗實(shí)驗(yàn)選擇混凝劑；污泥比阻是表示污泥過濾特性的綜合性指標(biāo)，它的物理意義是：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的污泥在一定壓力下過濾時(shí)在單位過濾面積上的阻力。求此值的作用是比較不同的污泥(或同一污泥加入不同量的混合劑后)的過濾性能。污泥比阻愈大，過濾性 3)C:獲得單位體積濾液所得的濾渣體積。如以濾渣干重代替濾渣體積，單位質(zhì)量污泥的比阻代替單位體積污泥的比阻，則(1-3)式可改寫為1為cm/g。在定壓下，在積分界線由0到t及0到V內(nèi)對(duì)式(1-4)積分，可得：根據(jù)液體平衡Qo=Qy+Qa根據(jù)固體平衡Q?C?=Q,Cy+QaCaO,污泥固體濾餅量，mL。代入式(1-7),化簡(jiǎn)后得：(g濾餅干重/mL濾液)(1-8)上述求C值的方法，必須測(cè)量濾餅的厚度方可求得，但在實(shí)驗(yàn)過程中測(cè)量濾2例如污泥含水比97.7%,濾餅含水率為80%。一般認(rèn)為比阻在10?~10l?s2/g的污泥算作難過濾的污泥，比阻在(0.5~三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容3.1實(shí)驗(yàn)設(shè)備與試劑筒1個(gè)，真空泵1臺(tái)，布氏漏斗1個(gè)，真空表1塊，秒表1個(gè)。實(shí)驗(yàn)裝置如圖3-1所示。3(1)測(cè)定污泥的含水率，求出其固定濃度Co;(2)配制FeCl?(10g/L)混凝劑；(3)用FeCl?混凝劑調(diào)節(jié)污泥(每組加一種混凝劑),加量分別為干污泥質(zhì)量的0%(不加混凝劑、2%、4%、6%、8%、10%;(4)在布氏漏斗上(直徑65～80mm)放置濾紙，用水潤(rùn)濕，貼緊周底；(5)開動(dòng)真空泵，調(diào)節(jié)真空壓力，大約比實(shí)驗(yàn)壓力小1/3[實(shí)驗(yàn)時(shí)真空壓力采用266mmHg(35.46kPa)或532mmHg(70.93kPa)]關(guān)掉真空泵；(6)6.加入100mL需實(shí)驗(yàn)的污泥于布氏漏斗中，開動(dòng)真空泵，調(diào)節(jié)真空壓力至實(shí)驗(yàn)壓力；達(dá)到此壓力后，開始起動(dòng)秒表，并記下開動(dòng)時(shí)計(jì)量管內(nèi)的濾液V?;(7)每隔一定時(shí)間(開始過濾時(shí)可每隔10s或15s,濾速減慢后可隔30s或60s)記下計(jì)量管內(nèi)相應(yīng)的濾液量；(8)一直過濾至真空破壞，如真空長(zhǎng)時(shí)間不破壞，則過濾20min后即可停止；(9)關(guān)閉閥門取下濾餅放人稱量瓶?jī)?nèi)稱量；(10)稱量后的濾餅干105℃的烘箱內(nèi)烘干稱量；(11)計(jì)算出濾餅的含水比，求出單位體積濾液的固體量Co。4實(shí)驗(yàn)溫度28℃混凝劑FeCl?污泥含水率98%實(shí)驗(yàn)壓力0.05MPa混凝劑濃度10g/L布氏漏斗內(nèi)徑7.00cm1.布氏漏斗實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表4-1布氏漏斗實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)1混凝劑投加量：0%時(shí)間/s計(jì)量管濾液量V'/mL0085表4-2布氏漏斗實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)2混凝劑投加量：2%時(shí)間/s計(jì)量管濾液量V/mL濾液量V=V'-V0/mL006表4-3布氏漏斗實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)3混凝劑投加量：4%時(shí)間/s計(jì)量管濾液量V/mL007表4-4布氏漏斗實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)4混凝劑投加量：6%時(shí)間/s計(jì)量管濾液量V/mL008表4-5布氏漏斗實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)5混凝劑投加量：0%時(shí)間/s計(jì)量管濾液量V/mL濾液量V=V'-V0/mL0099表4-6布氏漏斗實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)6混凝劑投加量：10%時(shí)間/s計(jì)量管濾液量V/mL002.濾餅稱量前后實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表4-7濾餅稱量前后實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)混凝劑投加量/%024濾紙+稱量瓶質(zhì)量烘干前濾紙濾餅+稱量瓶質(zhì)量/g烘干后濾紙濾餅+稱量瓶質(zhì)量/g濾餅濕重/g干污泥質(zhì)量/g濾餅含水率/%五、數(shù)據(jù)處理與分析因此，欲求得污泥比阻α,必須先求得b、C及K值。1.繪制t/V-V曲線根據(jù)表4-1至表4-6的數(shù)據(jù)，以t/V值為縱坐標(biāo)、V值為橫坐標(biāo)，繪制不同混凝劑濃度下的t/V-V曲線如圖5-1所示。V(mL)對(duì)圖5-1中曲線中間部分個(gè)別明顯不符合實(shí)驗(yàn)規(guī)律(即明顯偏離直線)的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行剔除后，繪制修正后的t/V-V曲線如圖5-2所示。圖5-2不同混凝劑濃度下的t/V-V曲線(修正)(1)由圖5-2可以觀察到：①任一曲線的前小半段波動(dòng)較大，且多數(shù)曲線的前小半段往上翹，斜率呈逐漸下降趨勢(shì)；②曲線中間部分?jǐn)?shù)據(jù)較為穩(wěn)定，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)成明顯的線性關(guān)系；③曲線的后一小半段向上翹起，成為一條切線斜率逐漸增大的上升曲線。(2)對(duì)上述現(xiàn)象可作分析如下：①在過濾初期，濾餅剛剛形成，厚度較小，因此單位時(shí)間內(nèi)濾液較多，沖擊到計(jì)量筒液面，讀數(shù)波動(dòng)較大；實(shí)驗(yàn)中，將真空壓力調(diào)至0.05MPa需要一定時(shí)間，在實(shí)驗(yàn)剛開始時(shí)真空壓力并未達(dá)到0.05MPa,此時(shí)的過濾壓力偏小，過濾速度偏小，因而t/V比理論值偏大，導(dǎo)致曲線往上翹。②一段時(shí)間后，真空壓力穩(wěn)定在0.05MPa,此時(shí)濾餅層厚度也已增大，濾液生成量穩(wěn)定，對(duì)污泥過濾的毛細(xì)管理論符合條件較好，污泥過濾進(jìn)入穩(wěn)定階段，此時(shí)讀數(shù)比較準(zhǔn)確，這一段的曲線可用于實(shí)驗(yàn)計(jì)算分析。③實(shí)驗(yàn)進(jìn)行到最后階段，由于污泥中的自由水急劇減少，過濾阻力達(dá)到最大，此時(shí)實(shí)驗(yàn)的真空度也已輕微破壞，過濾壓力減小，過濾速度也隨著減小，因此t/V-V曲線急劇向上翹起。(3)從圖5-2也可得出結(jié)論：對(duì)任一t/V-V曲線而言，隨濾液體積的增大其過濾脫水阻力不斷增大，表現(xiàn)為曲線隨V增大呈不斷上升趨勢(shì)。這主要是過濾時(shí)濾餅不斷增厚的結(jié)果。(1)有效數(shù)據(jù)點(diǎn)的選取根據(jù)對(duì)圖5-2的分析，我們可知，對(duì)t/V-V曲線進(jìn)行線性擬合應(yīng)選擇曲線中間呈線性相關(guān)的部分。在本次實(shí)驗(yàn)中，對(duì)每一條t/V～V曲線的有效數(shù)據(jù)點(diǎn)選取采用①去除曲線前段明顯波動(dòng)的2~3個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)；②去除曲線末端往上上升的2~3個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)；③去除曲線中間部分明顯偏離直線的個(gè)別數(shù)據(jù)點(diǎn)。具體選擇范圍如表5-1所示。表5-1t/V～V曲線圖中有效數(shù)據(jù)點(diǎn)選取范圍混凝劑投加量首端體積/mL末端體積/mL(2)t/V-V曲線的線性擬合根據(jù)表5-1所選取的數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，結(jié)果如圖5-3所示，擬合方程相關(guān)參數(shù)如表5-2所示。t/V(s/t/V(s/mL)圖5-3不同混凝劑濃度下的t/V-V曲線線性擬合結(jié)果表5-2線性擬合方程參數(shù)混凝劑投加量0.949770.975270.997530.004480.004550.00452從表5-2可知，各t/V-V曲線所取數(shù)據(jù)的線性擬合相關(guān)系數(shù)R2僅有兩個(gè)達(dá)到了0.99以上，極其接近1,有較好的線性擬合效果；有兩組實(shí)驗(yàn)的線性擬合相關(guān)系數(shù)R2僅達(dá)到0.94,線性擬合效果較差，對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度不高，這可能是由擬合直線的斜率，可得b值分別為0.00999smL-2、0.00187smL-2、0.00420smL-2、0.00448smL-2、0.00455smL-2和0.00452smL-2。從實(shí)驗(yàn)原理部分我們知道，C值(即獲得單位體積濾液所得的濾渣干重)的求解可用測(cè)濾餅含水率比的方法進(jìn)行，公式如下：以混凝劑投加量為0%的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)組為例進(jìn)行計(jì)算。由表4-7可知，其污泥含水率為98%,濾餅含水率為77.58%,C值為同理，可對(duì)其他組數(shù)據(jù)的C值進(jìn)行求解，結(jié)果如表5-3所示?；炷齽┩都恿?2222240.490.021750.021410.021350.021430.021631.3K值求解前面已計(jì)算得到b值和C值，欲計(jì)算污泥比阻α,還需對(duì)K值進(jìn)行計(jì)算，K值的大小與混凝劑投加量無關(guān)，其計(jì)算公式如下：(1)過濾壓力p(2)過濾面積F過濾面積的確定和計(jì)算，歷來有各種不同的意見。有人認(rèn)為有效面積是布氏漏斗地面積的75%,也有人認(rèn)為布氏漏斗整個(gè)底面積都是有效的。在過濾中，起主要分離作用的是濾餅層，而不是過濾介質(zhì)。濾餅層的面積可以布氏漏斗的整個(gè)底面積來計(jì)算，因此本實(shí)驗(yàn)中過濾面積F取布氏漏斗底面積。(3)濾液動(dòng)力粘滯系數(shù)μ水的動(dòng)力粘滯系數(shù)與水溫有關(guān)，可采用水力學(xué)中的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算。μ=1.002×10-3×exp[-0.035×(28-20)]=0.757×10-3Pa·s因此1.4α值求解=9.149×10?s2/g同理，可求得其他組數(shù)據(jù)的污泥比阻，結(jié)果如表5-4所示。1.5最佳投藥量確定以污泥比阻α為縱坐標(biāo)、混凝劑投加量為橫坐標(biāo)，繪圖求解使得污泥脫水性能最好的混凝劑投藥量，如圖5-4所示。混凝劑投加量(%)圖5-4污泥比阻與混凝劑投加量關(guān)系曲線(1)由圖5-3可以觀察到：①未加入混凝劑時(shí)，污泥比阻為9.149×10?s2/g,投加混凝劑后，污泥比阻最高值出現(xiàn)在投加量為8%時(shí)，比阻值為4.229×10?s2/g,比未投加混凝劑情況下的比阻降低了一半以上，說明加入FeCl?混凝劑對(duì)污泥比阻降低有良好效果。②混凝劑投加量從0%增加到2%階段，污泥比阻急劇降低，污泥過濾脫水性能顯著增強(qiáng)；混凝劑投加量從2%增加到4%階段，污泥比阻較快上升，此時(shí)污泥脫水性能反而下降；混凝劑投加量從4%增加到8%階段，污泥比阻緩慢上升，但上升趨勢(shì)不明顯，污泥脫水性能比混凝劑投加量為4%時(shí)稍微下降；混凝劑投加量從8%增加到10%,污泥比阻略有下降，但下降程度也不明顯。因此，在本實(shí)驗(yàn)條件下可認(rèn)為，隨著混凝劑投加量的增加，污泥比阻先是急劇降低而后較快上升，當(dāng)繼續(xù)投加混凝劑，污泥比阻整體呈上升趨勢(shì)，但上升趨勢(shì)不明顯。本實(shí)驗(yàn)存在最佳投藥量，低于或高于這個(gè)最佳投藥量，污泥脫水效果較差。實(shí)驗(yàn)條件下的混凝劑最佳投藥量為占污泥干重的2%,此時(shí)污泥脫水過程的比阻最低，過濾脫水性能最好。(2)分析原因當(dāng)加入混凝劑時(shí)，在吸附架橋和壓縮雙電層作用下，增大了污泥絮體內(nèi)部的污泥中的固體顆粒因吸附了聚合物而帶上正電荷，膠體顆粒因電荷排斥而重新分散穩(wěn)定，絮體結(jié)合程度降低，ζ電位上升，導(dǎo)致過濾脫水效果下降。當(dāng)混凝劑量達(dá)到一定程度時(shí)，污泥中的膠體顆粒的結(jié)合程度和ζ電位都達(dá)到較為穩(wěn)定的狀態(tài)，此時(shí)再增加藥劑量，對(duì)污泥的過濾脫水性能影響較小。(1)實(shí)驗(yàn)中真空調(diào)節(jié)閥的靈敏度不高，將實(shí)驗(yàn)壓力調(diào)節(jié)到0.05MPa往往需要較長(zhǎng)時(shí)間，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)前30s的較大部分?jǐn)?shù)據(jù)由于過濾壓力不足而不符合實(shí)驗(yàn)規(guī)律。(2)實(shí)驗(yàn)中為了準(zhǔn)確測(cè)得干污泥質(zhì)量，將濾餅和濾紙一起進(jìn)行烘干，而濾紙本身也帶有一定的水分，這部分水分在之后的計(jì)算中被計(jì)為濾餅的水分，將使測(cè)得的濾餅含水率偏大。(3)在實(shí)驗(yàn)初期，由于單位時(shí)間的濾液量較多，沖擊到計(jì)量筒液面，導(dǎo)致液面起伏不平，影響讀數(shù)的準(zhǔn)確，因而實(shí)驗(yàn)初始時(shí)的數(shù)據(jù)會(huì)有少許波動(dòng)，無法應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)計(jì)算。(4)實(shí)驗(yàn)中，利用量筒稱取等量的污泥，雖然在每次倒出污泥之前都有進(jìn)行充分搖勻，但量筒內(nèi)仍留有少量的污泥顆粒，殘留的這小部分污泥將導(dǎo)致污泥固體濃度偏小。對(duì)于相同種類的污泥，如果污泥固體濃度不同，實(shí)驗(yàn)得到的比阻值也會(huì)不同，因此污泥固體濃度偏小將對(duì)比阻的測(cè)量產(chǎn)生影響。(5)由于每次實(shí)驗(yàn)所需時(shí)間受濾紙準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)過濾、儀器整理等因素的影響，每一次的實(shí)驗(yàn)用時(shí)不確定性較高，而污泥中混凝劑的添加和攪拌是在上一次實(shí)驗(yàn)未完成時(shí)就開始準(zhǔn)備的，因此，污泥添加混凝劑后可能會(huì)放置較長(zhǎng)時(shí)間。污泥加藥后放置過久，由于沉淀和過濾的共同作用，也會(huì)影響到曲線的形狀，從而影響到b值。(6)實(shí)驗(yàn)中沒有嚴(yán)格控制每次添加混凝劑后污泥的攪拌時(shí)間和攪拌速度，將對(duì)污泥中絮體的形成產(chǎn)生一定影響，從而影響到污泥的過濾脫水性能。1.污泥過濾脫水性能的影響因素(1)污泥的種類和性質(zhì)污泥的性質(zhì)將直接影響污泥脫水效果，污泥中污泥顆粒粒徑的大小及其分布決定過濾脫水的難易程度和好壞。試驗(yàn)證明：城市污水廠初沉污泥較易脫水，剩余活性污泥較難脫水，其混合污泥的脫水性能介于兩者之間。此外，污泥中的有機(jī)物含量及污泥顆粒大小還直接影響化學(xué)藥劑的投加量。(2)過濾壓力城市污泥隨著過濾壓力的增加，污泥比阻值也隨之增加，其結(jié)果對(duì)過濾是否有利，與物料的壓縮性及壓力值的合適與否有關(guān)。一般來說，真空度越高，濾餅厚度越大，含水率越低。但由于濾餅加厚，過濾阻力增加，不利于過濾脫水。壓力增大，使動(dòng)力消耗會(huì)增加，從而污泥處理成本提高。因此，污泥過濾脫水時(shí)必須選擇適當(dāng)?shù)膲毫?。過濾壓力對(duì)比阻的影響較大，在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)污泥的比阻隨過濾壓力的升高而增大，在污泥比阻試驗(yàn)時(shí)，真空過濾的壓力在0.04MPa-0.06Mpa之間比較合適。(3)混凝劑的種類和投加量不同種類混凝劑對(duì)污泥比阻的降低效果不同，不同脫水方式需采用不同的混凝劑，如真空過濾脫水，采用高分子混凝劑的效果較好，離心脫水時(shí)，不宜采用無機(jī)混凝劑?；炷齽┑耐都恿恳矊?duì)污泥脫水性能有較大影響，隨著混凝劑投加量的增加，污泥比阻變小，每種混凝劑各有一個(gè)最佳量，超過這個(gè)量，污泥比阻就會(huì)上升，脫水性能變差。(4)過濾介質(zhì)過濾介質(zhì)的性能影響著過濾壓力、過濾產(chǎn)率、濾液懸浮物濃度、固體回收率及濾餅的剝離性能，過濾機(jī)械不同，采用的過濾介質(zhì)也不同。如真空過濾和壓濾脫水機(jī)械中，主要采用織物制品。濾布不同，過濾后，濾餅脫落的難易程度不同。(5)攪拌時(shí)間攪拌時(shí)間不足，混凝劑加入后形成的絮體不充分，導(dǎo)致比阻值增大。攪拌時(shí)間過長(zhǎng)，絮體遭到破壞，脫水效果下降。在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)該通過試驗(yàn)確定較為合適的快速攪拌強(qiáng)度范圍及時(shí)間。2.用于污泥調(diào)理的混凝劑種類(1)無機(jī)混凝劑無機(jī)混凝劑是一種電解質(zhì)化合物，主要有鋁鹽(硫酸鋁、明礬及三氯化鋁等)和鐵鹽(三氯化鐵、綠礬及硫酸鐵等),以往主要采用以石灰、鋁鹽、鐵鹽等無機(jī)混凝劑為主要添加劑的加藥法。各類無機(jī)混凝劑離解得到的陽離子帶正電荷，與污泥顆粒上負(fù)電荷互相吸引并中和，使電荷減小，減少了粒子之間的排斥力，增加了顆粒間的吸附，并減少粒子和水分子的親和力，使粒子增加凝聚力而粗大化，從而改善其沉降脫水性能。無機(jī)混凝劑的主要作用是中和電荷、壓縮雙電層、降低斥力。因此，所用的混凝劑的離子價(jià)越高，即所帶的電荷越多，對(duì)中和膠體電荷量及壓縮雙電層厚度也越有利。因此，鋁鹽、鐵鹽的調(diào)理效果是比較好的。一般鐵鹽或鋁鹽加入污泥后會(huì)形成帶正電荷離子，即Fe3+或Aβ+,往往易水解形成氫氧化物絮體而促進(jìn)混凝作用。例如以鋁鹽作調(diào)理劑時(shí)：pH值小于4時(shí)，鋁成為A13+的狀態(tài)；pH值大于4時(shí)，生成帶正電荷高價(jià)氫氧化物聚合體，有利于中和污泥顆粒的負(fù)電荷及加強(qiáng)吸附作用；pH在8.2以上時(shí)，Al(OH)?明顯的溶解成為鋁酸離子Al(OH)?,而喪失了調(diào)理作用。因此，每種調(diào)理劑都有其最適宜的pH值范圍。(2)高分子混凝劑高分子調(diào)理劑是高分子聚合電解質(zhì)，包括有機(jī)合成劑及無機(jī)高分子混凝劑兩種。近年來，高分子混凝劑發(fā)展迅速，目前得到廣泛的應(yīng)用。高分子混凝劑除了能中和污泥膠體顆粒的電荷及壓縮雙電層，與無機(jī)電解質(zhì)混凝劑相比，它的優(yōu)點(diǎn)在于它們的長(zhǎng)分子(約長(zhǎng)0.lum)可構(gòu)成污泥顆粒之間的“架橋”作用，并且能形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，起到網(wǎng)羅作用，促進(jìn)凝聚過程，提高脫水性能。特別是變性后的高分子聚合電解質(zhì)，架橋作用更強(qiáng)。因非離子型的鏈?zhǔn)蔷砬?，變性后，極性基團(tuán)被拉長(zhǎng)展開，增強(qiáng)了架橋與吸附能力，混凝效果可提高6-10倍。此外高分子混凝