CN206906179U - 一种气压式污泥比阻测定装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种气压式污泥比阻测定装置，包括空气压缩机，气体稳压阀，空气管，密闭过滤器，固定装置，滤液收集器，称量装置，气体减压阀；所述密闭过滤器通过空气管与空气压缩机相连，并通过气体稳压阀给密闭过滤器提供稳定的输入气压。本装置采用正压测定，利用空气压缩机、气体稳压阀来维持测定过程中压力的稳定，利用天平来精确读取滤液质量并换算成体积，利用多联测定来节约大量的测定时间和空间，解决了传统测量方法中压力不稳定和读数不精确带来的问题，解决了常规设备操作复杂、数据重复性差、操作时间过长等缺点，提高了测量结果的精确度。

Description

一种气压式污泥比阻测定装置

技术领域

本实用新型涉及一种气压式污泥比阻测定装置，主要用于高校、科研单位和企业进行污泥比阻的测定。

背景技术

污泥比阻是表征污泥过滤特性的综合性指标。它的物理意义是指单位质量的污泥在一定压力下过滤时在单位过滤面积上的阻力。求此值的作用是比较不同的污泥(或同一污泥加入不同量的混凝剂后)的过滤性能。污泥比阻愈大，过滤性能愈差。污泥比阻的测定受很多因素的影响，因此准确测定各参数并减少实验误差对保证实验结果的准确性十分重要。目前，实验室通常采用布氏漏斗过滤实验进行污泥比阻的测定。

布氏漏斗过滤实验所采用的是中国专利文献《污泥比阻测定装置》(授权公告号CN201203605)公开的一种污泥比阻测定装置，由布氏漏斗、计量筒、真空泵、真空表、吸滤筒、防空阀等组成。在用该装置测定污泥比阻时，先在布氏漏斗中放置滤纸(已烘干、称重)，用蒸馏水喷湿，开动真空泵，将玻璃管抽成负压，使滤纸紧贴漏斗。然后关闭真空泵，将泥样倒入漏斗，开动真空泵，以一定的真空度进行污泥脱水实验，记录过滤时间t及滤液体积V，从而计算出过滤比阻。这种测量的方法在测量过程中需要保持真空度的恒定，但真空度会随着滤饼厚度的增加而变化，必须调节压力控制阀以保持真空度恒定，操作难度较大，测量结果不够精确。另外，污泥比阻测量过程中滤液不断下滴，在读数时刻，带刻度玻璃管中的最低液面无法恒定；尤其在开始阶段滤液量大，引起液面的强烈波动，在很短的时间间隔内不易获得相对准确的数值，从而造成读数误差。不仅如此，布氏漏斗实验中测量滤液量所用的玻璃管内径较大，在液体表面张力作用下，所形成的凹面周边所含液体体积较大，使得滤液读数偏小，导致比阻值偏高。针对读数问题，中国专利文献《多联式污泥比阻测定装置》(授权公告号CN201828559U)进行了改进，通过在布氏漏斗下端出水口处套上由塑料材料制备的弯曲导流管，并与计量筒紧贴，从而使得滤液面平稳上升，一定程度上提高了读数的精确性。总之，压力不稳定和读数问题是布氏漏斗测定法亟待解决的问题。

在采用布氏漏斗过滤实验测定污泥比阻的过程中，存在许多干扰因素，这大大降低了测量结果的可靠性。因此，赵培涛、葛仕福等人在《压滤式污泥过滤比阻测定方法》(东南大学学报(自然科学版),2011,(01):155-159)中提出了一种压滤式污泥比阻测定装置，采用正压法测量，可恒定过滤压力，通过测定活塞位移随时间的变化测定污泥比阻，在简化了操作流程的同时，提高了测量结果的精度，并且可以通过活塞杆的位移直观的反应污泥比阻的过滤快慢。这种污泥比阻的测定方法与采用布氏漏斗测定污泥比阻的方法相比，具有许多优点：(1) 布氏漏斗过滤实验采用真空测量法，在实验过程中很难保持稳定的真空度，而压滤式污泥比阻测定法采用正压法，实验过程中压力容易维持稳定，从而增加了实验结果的可靠性；(2) 与布氏漏斗测污泥比阻法相比，压滤式污泥比阻测定装置通过活塞的位移来间接反映滤液体积的变化，一定程度上避免了布氏漏斗法因滤液波动和读数造成的误差，增加了实验的精确性。然而，压滤式污泥比阻测定装置在实验过程中仍然存在许多问题：(1)整个实验装置较为复杂，制作要求较高；并且，在实验过程中，活塞杆下降过程容易受到侧壁杂质的影响，从而引起内部压力的波动，不利于维持稳定地压滤过程；(2)虽然压滤式污泥比阻测定法一定程度上避免了布氏漏斗测定法所带来的读数误差，但是压滤式污泥比阻测定法仍然会受到量筒读数带来的误差，尤其对于污泥样品体积较少时的污泥比阻测定，由于活塞杆整个过程位移很小，这样就会增大读数误差带来的影响。

实用新型内容

为了解决以上两种污泥比阻测定方法所存在的问题，增加污泥比阻测定的精确度和可靠度，本实用新型提供了一种气压式污泥比阻测定装置，不仅结合了以上两种污泥比阻测定方法所具有的优点，还大大增加了测定效率，为高校、科研单位和企业进行污泥比阻测定节约了大量的时间。

本实用新型所采用的解决方案为：(1)针对以上两种测定装置在压力恒定上所存在的问题，本实用新型采用了正压测定法，利用空气压缩机和气体稳压阀提供稳定的输入气压，从而避免了负压不恒定以及活塞下滑受杂质干扰所带来的气压波动问题；(2)针对以上两种装置在滤液体积读数上所存在的问题，本装置加入了天平，直接将体积的读数转化成质量的读数，从而解决了滤液波动和活塞位移所带来的读数误差；(3)目前，各高校、科研单位和企业使用的污泥比阻测定装置大多只装有一个布氏漏斗以及量筒，只能进行单个污泥样品的测定，若要进行多个污泥样品比阻的测定，工作量较大并且效率较低。针对此问题，本实用新型提供了一种气压式测定装置，该装置可以同时进行多个污泥样品比阻的测定，不仅节约了大量的空间和时间，同时也排除了环境和时间改变所带来的干扰，增加了污泥比阻测定对比实验结果的可靠性。(4)本实用新型在同时进行多组污泥比阻测定实验时，可以通过单独调节密闭过滤器进气管上的减压阀，同时进行不同压力下多个污泥样品比阻的测定，一定程度上提升了测定效率。综上，利用本实用新型进行污泥比阻的测定，可大幅度提升测定结果的精确度和可靠度以及污泥比阻测定的速率。

本实用新型气压式污泥比阻测定装置，包括空气压缩机1、气体稳压阀2、空气管3、密闭过滤器4、固定装置5、滤液收集器6、称量装置7、气体减压阀8。

所述密闭过滤器4通过空气管3与空气压缩机1相连，并通过气体稳压阀2给密闭过滤器4提供稳定的输入气压(压力值可根据实验目的自行调节，一般范围为0.01-0.5MPa)；

所述密闭过滤器4通过固定装置5固定；所述滤液收集器6用于收集经密闭过滤器4过滤流出的滤液；所述称量装置7用于称量经密闭过滤器4过滤流出的滤液的重量。

所述滤液收集器6可以为量筒或烧杯等。

所述称量装置7为电子天平。

本实用新型气压式污泥比阻测定装置可以多套并联使用，共用一个空气压缩机；并联使用时，每套测定装置的空气管支路上均设置气体减压阀8以控制每套测定装置内部的气压，并在空气管干路上设置气体稳压阀2以控制输出气压。

利用本装置测定气压式污泥比阻的方法，包括如下步骤：

1、将密闭过滤器4通过固定装置5固定，将滤液收集器6放在称量装置7上，并置于密闭过滤器4出水口的正下方，然后将称量装置7校零；

2、打开密闭过滤器4的顶盖，向密闭过滤器4的底部均匀喷洒水，使密闭过滤器4的底部润湿，然后放入定量滤纸，使定量滤纸与密闭过滤器4的滤槽紧密贴合；

3、用温度计测量污泥溶液温度并记录；根据滤液温度查表获得滤液的粘度系数；由于污泥滤液为污泥中除内部水以外的水分，故近似认为滤液粘度系数为同温度下水的动力粘度系数，直接查找水的动力粘度系数即可获得；或者直接采用经验公式：

式中μ——动力粘滞度，Pa·s；T——滤液温度，℃。

4、取混合均匀的污泥溶液，迅速倒入密闭过滤器4内并盖上顶盖使其密闭，污泥溶液体积控制在密闭压力罐总体积的10％-80％；若需要研究絮凝剂对待测污泥过滤性能的改善效果，可以根据实验设计在待测污泥溶液中投加不同浓度或不同种类的絮凝剂并搅拌均匀，再依次倒入密闭过滤器4内并盖上顶盖使其密闭；

5、打开空气压缩机1，调节气体稳压阀2至压力表示数为0.01～0.5MPa；

6、待密闭过滤器4出水时开始计时，每隔时间t记录称量装置7的示数，直到实验结束。由于不同污泥比阻值差距较大，间隔时间t一般根据实际测定过程中的滤速自行确定，一般时间间隔t为5-300s。

7、关闭秒表和空气压缩机，打开压力罐顶部放气阀，取出密闭过滤器内的滤饼层，并用洗瓶冲洗压力罐，保持压力罐内部的洁净。

污泥比阻的计算公式如下：

式中α——污泥比阻，在工程单位制中量纲为cm/g；

P——过滤时施加的正压力，g/cm²；

F——过滤面积，cm²；

μ——滤液粘度系数，测定过程中根据滤液温度查表获取，g/(cm·s)；

b——由该装置测定出来的参数，可在定压下通过测定一系列的t～V数据，用图解法求斜率。(其中t为过滤时间，单位为s；V为滤液体积，单位ml)

C——用测滤饼含水率的方法求得，

式中C_i——l00g污泥中的干污泥量；

C_f——100g滤饼中的干污泥量。

对于污泥比阻测定装置多套并联使用时，有如下两种测定方式：

1、若要进行多组同压力污泥比阻测定实验时，首先根据待测样品数目将相同数目支管上气体减压阀全开并关闭其他的减压阀，然后打开空气压缩机，调节气体稳压阀至需要的压力，其他测定步骤不变。

2、若要进行多组不同压污泥比阻测定实验时，需要先打开空气压缩机并调节气体稳压阀至需要的压力值，然后再分别调节各支管上气体减压阀至需要的压力(未使用的气体减压发全关闭)，其他步骤不变。

一般认为污泥比阻在10¹²～10¹³cm/g范围属于难过滤污泥，污泥比阻在(0.5～0.9)×10¹²cm/g 范围属于中等，污泥比阻小于0.4×10¹²cm/g范围属于易过滤污泥。

本实用新型的有益效果体现在：

本装置采用正压测定，利用空气压缩机、气体稳压阀来维持测定过程中压力的稳定，利用天平来精确读取滤液质量并换算成体积，利用多联测定来节约大量的测定时间和空间，解决了传统测量方法中压力不稳定和读数不精确带来的问题，解决了常规设备操作复杂、数据重复性差、操作时间过长等缺点，提高了测量结果的精确度。

本装置具有测量精度高，装置操作简单，抗冲击性强等优点。

附图说明

图1为本实用新型气压式污泥比阻测定装置的结构示意图。

图2为本实用新型气压式污泥比阻测定装置多套并联使用的结构示意图。

其中，1空气压缩机，2气体稳压阀，3空气管，4密闭过滤器，5固定装置，6滤液收集器，7称量装置，8气体减压阀，9滤纸。

图3是实施例2中本实用新型气压式污泥比阻测定装置两次测量结果的曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案作进一步的分析说明。

实施例1：测定装置

本实施例中气压式污泥比阻测定装置，包括空气压缩机1、气体稳压阀2、空气管3、密闭过滤器4、固定装置5、滤液收集器6和称量装置7；

所述密闭过滤器4通过空气管3与空气压缩机4相连，并通过气体稳压阀2给密闭过滤器4提供稳定的输入气压；

所述密闭过滤器4通过固定装置5固定；所述滤液收集器6用于收集经密闭过滤器4过滤流出的滤液；所述称量装置7用于称量经密闭过滤器4过滤流出的滤液的重量。

所述滤液收集器6为量筒或烧杯。

所述称量装置7为电子天平。

实施例2：单个污泥样品的测定

应用本实用新型装置对一批浓度为35.733g/L的厌氧污泥进行污泥比阻测定，测定过程中对同一批样品进行两次测量，测定压力P＝100000Pa。

实验材料：

除了测定装置本身外，还需要的实验材料为：直径为7cm的定量滤纸、100mL量筒、污泥溶液、絮凝剂、电子天平、秒表、200mL烧杯、温度计、洗瓶等。

本实施例中气压式污泥比阻测定方法如下：

1、将密闭过滤器4通过固定装置5固定，将滤液收集器6放在称量装置7上，并置于密闭过滤器4出水口的正下方，然后将称量装置7校零；

2、打开密闭过滤器4的顶盖，向密闭过滤器4的底部均匀喷洒水，使密闭过滤器4的底部润湿，然后放入定量滤纸，使定量滤纸与密闭过滤器4的滤槽紧密贴合；

3、用温度计测量污泥溶液温度并记录；本次使用的过滤器直径为7cm，测得滤液温度为 16℃，溶液粘度系数为0.00111Pa·s；滤饼含水率C为0.0071466g/ml；

4、称取100mL混合均匀的污泥溶液，迅速倒入密闭过滤器4内并盖上顶盖使其密闭；(在污泥比阻测定过程中，絮凝剂的投加可以提升污泥的过滤性能，但是并非必须要添加，在本实施例中，为了反应污泥本身的过滤性能，所以并未投加絮凝剂)

5、打开空气压缩机4，调节气体稳压阀2至压力表示数P＝100 000Pa；

6、待密闭过滤器4出水时开始计时，每隔300s记录称量装置7的示数，直到实验结束。

7、关闭秒表和空气压缩机，打开压力罐顶部放气阀，取出密闭过滤器内的滤饼层，并用洗瓶冲洗压力罐，保持压力罐内部的洁净。

测量结果如下表所示：

对以上两次测量结果进行作图，结果见图3。测量过程和结果分析如下：

(1)在测量过程中，由于使用的厌氧污泥浓度较高，污泥比阻较大，所以每隔5分钟记录一次滤液重量，并且电子天平称取的滤液质量与滤液体积数值相等；

(2)两次测量结果的线性相关度都达到了0.999，说明利用该装置进行污泥比阻的测定具有较高的精确度；

(3)两次测量所得到污泥比阻值α₁和α₂分别为2.69×10¹³cm/g和2.74×10¹³cm/g，相对偏差仅为1.84％，说明利用本方法测定污泥比阻具有较高的可靠性。

一般认为污泥比阻在10¹²～10¹³cm/g范围属于难过滤污泥，污泥比阻在(0.5～0.9)× 10¹²cm/g范围属于中等，污泥比阻小于0.4×10¹²cm/g范围属于易过滤污泥，所以本实施例中的污泥样品为难过滤污泥。

以上污泥比阻测定方法为单个污泥样品的测定，测定过程中所需压力和滤液体积可根据自己的实验要求进行更改。

实施例3：多组污泥样品的测定

如图2所示，本实施例中气压式污泥比阻测定装置采用多套并联使用，共用一个空气压缩机；并联使用时，每套测定装置的空气管支路上均设置气体减压阀以控制每套测定装置内部的气压，并在空气管干路上设置气体稳压阀以控制总气压。

对于污泥比阻测定装置多套并联使用时，有如下两种测定方式：

1、若要进行多组同压力污泥比阻测定实验时，首先根据待测样品数目将相同数目支管上气体减压阀全开并关闭其他的减压阀，然后打开空气压缩机，调节气体稳压阀至需要的压力，其他测定步骤不变。

2、若要进行多组不同压污泥比阻测定实验时，需要先打开空气压缩机并调节气体稳压阀至需要的压力值，然后再分别调节各支管上气体减压阀至需要的压力(未使用的气体减压发全关闭)，其他步骤不变。

Claims (3)

1.一种气压式污泥比阻测定装置，其特征在于：

包括空气压缩机(1)，气体稳压阀(2)，空气管(3)，密闭过滤器(4)，固定装置(5)，滤液收集器(6)，称量装置(7)，气体减压阀(8)；

所述密闭过滤器(4)通过空气管(3)与空气压缩机(1)相连，并通过气体稳压阀(2)给密闭过滤器(4)提供稳定的输入气压。

2.根据权利要求1所述的测定装置，其特征在于：

所述密闭过滤器(4)通过固定装置(5)固定；所述滤液收集器(6)用于收集经密闭过滤器(4)过滤流出的滤液；所述称量装置(7)用于称量经密闭过滤器(4)过滤流出的滤液的重量。

3.根据权利要求1所述的测定装置，其特征在于：

所述气压式污泥比阻测定装置可以多套并联使用，共用一个空气压缩机；并联使用时，每套测定装置的空气管支路上均设置气体减压阀(8)以控制每套测定装置内部的气压，并在空气管干路上设置气体稳压阀(2)以控制输出气压。