申请日2017.05.19
公开(公告)日2017.07.28
IPC分类号G01N5/04; G01M3/34
摘要
本发明涉及自动化污泥比阻测定装置及测定方法，可有效解决污泥比阻的准确测定问题，技术方案是，电子天平上放置有抽滤瓶，密闭实验箱上设置有抽滤漏斗，抽滤漏斗内设置有水平的多孔支板，多孔支板上铺设有滤纸，抽滤漏斗的下口部装有伸入抽滤瓶内腔底部的第一连接管，抽滤瓶的上部装有一端与其内腔相连通的第二连接管，中间缓冲瓶上部装有一端与其内腔相连通的抽滤管道，抽滤管道另一端与真空泵相连，抽滤漏斗与抽滤瓶之间的第一连接管上依次装有阀门和真空表，电子天平的输出端与计算机相连，本发明通过计算机程序控制实现污泥比阻的自动化测定，读取和记录测试数据更加简便、准确，具有使用方便，操作简单，测量数据准确度高的优点。
权利要求书
1.一种自动化污泥比阻测定装置，其特征在于，包括密闭实验箱(1)和设置在密闭实验箱(1)内的电子天平(6)、中间缓冲瓶(3)，电子天平(6)上放置有抽滤瓶(8)，抽滤瓶(8)和中间缓冲瓶(3)均为密闭的中空结构，密闭实验箱(1)上设置有抽滤漏斗(14)，抽滤漏斗(14)内设置有水平的多孔支板(19)，多孔支板(19)上均布有上下贯通的抽滤孔，多孔支板(19)上铺设有滤纸(20)，抽滤漏斗(14)的下口部装有伸入抽滤瓶(8)内腔底部的第一连接管(11)，抽滤瓶(8)的上部装有一端与其内腔相连通的第二连接管(9)，第二连接管(9)的另一端伸入中间缓冲瓶(3)的内腔底部，中间缓冲瓶(3)上部装有一端与其内腔相连通的抽滤管道(23)，抽滤管道(23)另一端伸出密闭实验箱(1)，伸出的一端与真空泵(2)相连，构成抽滤结构，抽滤漏斗(14)与抽滤瓶(8)之间的第一连接管(11)上依次装有阀门(13)和真空表(10)，电子天平(6)的输出端与计算机(16)相连。
2.根据权利要求1所述的自动化污泥比阻测定装置，其特征在于，所述的抽滤漏斗(14)包括底座(15)和漏斗主体(18)，漏斗主体(18)装在底座(15)上，多孔支板(19)水平设置在漏斗主体(18)的上部内，漏斗主体(18)的上口部经卡扣(21)装有延长筒(22)，构成拆装式的污泥盛装结构。
3.根据权利要求1所述的自动化污泥比阻测定装置，其特征在于，所述的密闭实验箱(1)内的第一连接管(11)、第二连接管(9)和抽滤管道(23)均通过卡槽(12)固定。
4.根据权利要求1所述的自动化污泥比阻测定装置，其特征在于，所述的电子天平(6)放置在电子天平放置台(5)上。
5.根据权利要求1所述的自动化污泥比阻测定装置，其特征在于，所述的中间缓冲瓶(3)固定在缓冲瓶底座(4)上。
6.一种基于权利要求1所述自动化污泥比阻测定装置的污泥比阻测定方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、安装自动化污泥比阻测定装置
所述的自动化污泥比阻测定装置包括密闭实验箱(1)和设置在密闭实验箱(1)内的电子天平(6)、中间缓冲瓶(3)，电子天平(6)上放置有抽滤瓶(8)，抽滤瓶(8)和中间缓冲瓶(3)均为密闭的中空结构，密闭实验箱(1)上设置有抽滤漏斗(14)，抽滤漏斗(14)内设置有水平的多孔支板(19)，多孔支板(19)上均布有上下贯通的抽滤孔，多孔支板(19)上铺设有滤纸(20)，抽滤漏斗(14)的下口部装有伸入抽滤瓶(8)内腔底部的第一连接管(11)，抽滤瓶(8)的上部装有一端与其内腔相连通的第二连接管(9)，第二连接管(9)的另一端伸入中间缓冲瓶(3)的内腔底部，中间缓冲瓶(3)上部装有一端与其内腔相连通的抽滤管道(23)，抽滤管道(23)另一端伸出密闭实验箱(1)，伸出的一端与真空泵(2)相连，构成抽滤结构，抽滤漏斗(14)与抽滤瓶(8)之间的第一连接管(11)上依次装有阀门(13)和真空表(10)，电子天平(6)的输出端与计算机(16)相连;
所述的抽滤漏斗(14)包括底座(15)和漏斗主体(18)，漏斗主体(18)装在底座(15)上，多孔支板(19)水平设置在漏斗主体(18)的上部内，漏斗主体(18)的上口部经卡扣(21)装有延长筒(22)，构成拆装式的污泥盛装结构;
B、测试准备
(a)、检查气密性
关闭阀门(13)，打开真空泵(2)，当真空表(10)读数为预先设计的定值时时，关闭真空泵，10min后，若真空表(10)读数维持不变，则说明装置气密性良好，反之装置则漏气，不能进行下一步骤操作，检修装置，直至气密性检查合格;
(b)、拆下抽滤漏斗(14)的延长筒(22)，将烘干后的滤纸(20)覆盖在多孔支板(19)上，然后将延长筒(22)安装于漏斗主体(18)上，用卡扣(21)卡紧;用蒸馏水将滤纸(20)润湿，打开真空泵(2)和阀门(13)，将蒸馏水抽至抽滤瓶(8)内，待蒸馏水30s无下落时，关闭真空泵(2)和阀门(13);打开电子天平(6)和计算机(16)，通过计算机将电子天平(6)读数归零;
C、测量与记录
将真空泵(2)打开，观察真空表(10)的读数，待压强达到实验所需时，将湿重为w1的待测污泥倒入抽滤漏斗(14)，在通过计算机选择开始测量，打开阀门(13)，此时计算机(16)进行实验数据的记录;
首先进行快速过滤阶段的记录：每隔10s-15s记录一个时间ti，同时计算机通过读取和输出电子天平显示的滤液质量mi，并实时显示时间ti和滤液质量mi;每个时间ti对应一个滤液质量mi;所述的滤液指的是待测污泥抽滤至抽滤瓶8的液体;
再进行慢速过滤阶段的记录：当相邻两个及以上时间点的滤液质量m波动范围在1g之内时，时间间隔可改变至每30s-60s记录相应的时间ti和对应的滤液质量mi;
D、结束测量
计算机根据所读取的m值自动判断实验结束与否，判别方式为：
当ma-mb≤Δm时,自动停止实验.，其中：
ma=(mi+1+mi+2+mi+3+mi+4+mi+5)/5
mb=(mi+mi+1+mi+2+mi+3+mi+4)/5
(i=1，2，3……)
其中mi表示第i次记录时间对应的滤液质量，mi+1表示第i+1次记录时间对应的滤液质量，依次类推;
Δm为实验灵敏度,可根据实验要求取值，单位为g;
结束测量后，关闭真空泵2，结束实验;
E、计算污泥比阻r
(a)b值的求取
记xi=mi/ρ,yi=tiρ/mi，其中，ρ为待测滤液的密度，对xi与yi做线性拟合，得出直线方程y=bx+c，其中b、c为常数，b为斜率，c为直线截距;其计算方法如下所示：
线性拟合范围可由下式确定：
式中：bi为(xi，yi)至(xi+5，yi+5)所对应的斜率;
bi+1为(xi+1，yi+1)至(xi+6，yi+6)所对应的斜率;
sa为灵敏度因子;
(b)计算污泥滤饼干重与滤液体积之间的关系值C
抽滤漏斗(14)内剩余的污泥称为滤饼，取出滤饼测量滤饼湿重w2，之后放入烘箱，烘干后称量滤饼干重w3，w1为预先称量的污泥湿重，
通过公式计算污泥滤饼干重与滤液体积之间的关系值C
其中，Ci为100克污泥中的干污泥重量(g)，Ci=(w3/w1)×100;
Cf为100克滤饼中的干污泥重量(g)，Cf=(w3/w2)×100;
(c)计算系数k
通过计算系数k，其中：
p为抽滤真空压力绝对值，可通过真空表读取;
A2为过滤面积的平方，其中D为滤纸直径;
u为滤液粘度;
(d)计算污泥比阻r
将上述得到的关系斜率b、关系值C和系数k带入下式：
即得比阻r。
7.根据权利要求6所述的污泥比阻测定方法，其特征在于，步骤B中所述的真空表预先设计的定值为0.08MPa。
8.根据权利要求6所述的污泥比阻测定方法，其特征在于，步骤D中所述的实验灵敏度Δm为0.1g。
9.根据权利要求6所述的污泥比阻测定方法，其特征在于，步骤D中所述的灵敏度因子sa=1.2。
说明书
自动化污泥比阻测定装置及测定方法
技术领域
本发明涉及污泥处理技术领域，特别是一种自动化污泥比阻测定装置及测定方法。
背景技术
污泥的含水率对污泥的处理与处置有着重要的影响，无论是污泥的焚烧还是污泥的填埋都对污泥的含水率有着严格的要求，例如，污泥填埋处理要求其含水率小于60%。另外，污泥的含水率直接影响污泥的体积，污泥的含水率越高，其体积也越大，污泥脱水可以显著地减小其体积，方便污泥的运输与后续处理。因此，研究污泥的脱水性能，具有重要的意义。污泥比阻是表示污泥脱水性能的重要指标之一，无论是在污泥的实际处理与处置的工程实践中，还是在理论教学中，研究污泥比阻的准确与快速测定具有重要的应用价值。传统的污泥比阻测定方法一般采用抽滤法。其存在以下的缺点与不足：一是在测量时需要两个及以上人配合实验，人工计时和读数，在实验开始阶段滤液下落迅速，人工读数难免存在误差，影响测量结果;二是系统设计存在缺陷，滤液下落时，液面上下波动使读数不准，误差增加;三是现有漏斗放置滤纸时，在测量过程容易漏气，且实验完毕滤饼难以取出，造成滤饼质量测量不准确，影响最终测量结果;四是装置主体与真空泵连在一起，虽实现装置一体化，但是真空泵的震动会影响滤液体积的准确读取;五是人工测量，后续处理步骤繁琐，效率低。以上问题的存在，已不能满足污泥的实际处理与处置的工程实践和理论教学需要。所以，有必要对现有污泥比阻测定装置进行改进，以满足实际需求。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术的不足，本发明之目的就是提供一种自动化污泥比阻测定装置及测定方法，可有效解决污泥比阻的准确测定问题，同时，测定过程更加简单快捷，可有效满足现在的教学，科研和生产活动要求。
本发明的技术方案是：
一种自动化污泥比阻测定装置，包括密闭实验箱和设置在密闭实验箱内的电子天平、中间缓冲瓶，电子天平上放置有抽滤瓶，抽滤瓶和中间缓冲瓶均为密闭的中空结构，密闭实验箱上设置有抽滤漏斗，抽滤漏斗内设置有水平的多孔支板，多孔支板上均布有上下贯通的抽滤孔，多孔支板上铺设有滤纸，抽滤漏斗的下口部装有伸入抽滤瓶内腔底部的第一连接管，抽滤瓶的上部装有一端与其内腔相连通的第二连接管，第二连接管的另一端伸入中间缓冲瓶的内腔底部，中间缓冲瓶上部装有一端与其内腔相连通的抽滤管道，抽滤管道另一端伸出密闭实验箱，伸出的一端与真空泵相连，构成抽滤结构，抽滤漏斗与抽滤瓶之间的第一连接管上依次装有阀门和真空表，电子天平的输出端与计算机相连。
所述的抽滤漏斗包括底座和漏斗主体，漏斗主体装在底座上，多孔支板水平设置在漏斗主体的上部内，漏斗主体的上口部经卡扣装有延长筒，构成拆装式的污泥盛装结构。
所述的密闭实验箱内的第一连接管、第二连接管和抽滤管道均通过卡槽固定。
所述的电子天平放置在电子天平放置台上。
所述的中间缓冲瓶固定在缓冲瓶底座上。
一种污泥比阻测定方法，包括以下步骤：
A、安装自动化污泥比阻测定装置
所述的自动化污泥比阻测定装置包括密闭实验箱和设置在密闭实验箱内的电子天平、中间缓冲瓶，电子天平上放置有抽滤瓶，抽滤瓶和中间缓冲瓶均为密闭的中空结构，密闭实验箱上设置有抽滤漏斗，抽滤漏斗内设置有水平的多孔支板，多孔支板上均布有上下贯通的抽滤孔，多孔支板上铺设有滤纸，抽滤漏斗的下口部装有伸入抽滤瓶内腔底部的第一连接管，抽滤瓶的上部装有一端与其内腔相连通的第二连接管，第二连接管的另一端伸入中间缓冲瓶的内腔底部，中间缓冲瓶上部装有一端与其内腔相连通的抽滤管道，抽滤管道另一端伸出密闭实验箱，伸出的一端与真空泵相连，构成抽滤结构，抽滤漏斗与抽滤瓶之间的第一连接管上依次装有阀门和真空表，电子天平的输出端与计算机相连;
所述的抽滤漏斗包括底座和漏斗主体，漏斗主体装在底座上，多孔支板水平设置在漏斗主体的上部内，漏斗主体的上口部经卡扣装有延长筒，构成拆装式的污泥盛装结构;
B、测试准备
(a)、检查气密性
关闭阀门，打开真空泵，当真空表读数为预先设计的定值时时，关闭真空泵，10min后，若真空表10读数维持不变，则说明装置气密性良好，反之装置则漏气，不能进行下一步骤操作，检修装置，直至气密性检查合格;
(b)、拆下抽滤漏斗的延长筒，将烘干后的滤纸覆盖在多孔支板上，然后将延长筒22安装于漏斗主体上，用卡扣卡紧;用蒸馏水将滤纸润湿，打开真空泵和阀门，将蒸馏水抽至抽滤瓶内，待蒸馏水30s无下落时，关闭真空泵和阀门;打开电子天平和计算机，通过计算机将电子天平读数归零;
C、测量与记录
将真空泵2打开，观察真空表10的读数，待压强达到实验所需时，将湿重为w1的待测污泥倒入抽滤漏斗14，在通过计算机选择开始测量，打开阀门13，此时计算机16进行实验数据的记录;
首先进行快速过滤阶段的记录：每隔10s-15s记录一个时间ti，同时计算机通过读取和输出电子天平显示的滤液质量mi，并实时显示时间ti和滤液质量mi;每个时间ti对应一个滤液质量mi;所述的滤液指的是待测污泥抽滤至抽滤瓶8的液体;
再进行慢速过滤阶段的记录：当相邻两个及以上时间点的滤液质量m波动范围在1g之内时，时间间隔可改变至每30s-60s记录相应的时间ti和对应的滤液质量mi;
D、结束测量
计算机根据所读取的m值自动判断实验结束与否，判别方式为：
当ma-mb≤Δm时，自动停止实验.，其中：
ma=(mi+1+mi+2+mi+3+mi+4+mi+5)/5
mb=(mi+mi+1+mi+2+mi+3+mi+4)/5
(i=1，2，3……)
其中mi表示第i次记录时间对应的滤液质量，mi+1表示第i+1次记录时间对应的滤液质量，依次类推;
Δm为实验灵敏度，可根据实验要求取值，单位为g;
结束测量后，关闭真空泵2，结束实验;
E、计算污泥比阻r
(a)b值的求取
记xi=mi/ρ，yi=tiρ/mi，其中，ρ为待测滤液的密度，对xi与yi做线性拟合，得出直线方程y=bx+c，其中b、c为常数，b为斜率，c为直线截距;其计算方法如下所示：
线性拟合范围可由下式确定
式中：bi为(xi，yi)至(xi+5，yi+5)所对应的斜率;
bi+1为(xi+1，yi+1)至(xi+6，yi+6)所对应的斜率;
sa为灵敏度因子;
(b)计算污泥滤饼干重与滤液体积之间的关系值C
抽滤漏斗(14)内剩余的污泥称为滤饼，取出滤饼测量滤饼湿重w2，之后放入烘箱，烘干后称量滤饼干重w3，w1为预先称量的污泥湿重，
通过公式计算污泥滤饼干重与滤液体积之间的关系值C
其中，Ci为100克污泥中的干污泥重量(g)，Ci=(w3/w1)×100;
Cf为100克滤饼中的干污泥重量(g)，Cf=(w3/w2)×100;
(c)计算系数k
通过计算系数k，其中：
p为抽滤真空压力绝对值，可通过真空表读取;
A2为过滤面积的平方，其中D为滤纸直径;
u为滤液粘度(其值可用粘度计测出)
(d)计算污泥比阻r
将上述得到的关系斜率b、关系值C和系数k带入下式：
即得比阻r。
本发明结构新颖独特，简单合理，易生产，易操作，成本低，通过计算机程序控制实现污泥比阻的自动化测定，读取和记录测试数据更加简便、准确;增设了中间缓冲瓶，且独立放置在实验操作台外，同时，真空泵与测量单元隔离安装，可有效防止震动对电子天平测量结果的影响，通过独特的结构设计，消除滤液下落时对电子天平造成的冲击，提高的测定结果的准确度;另外，中间缓冲瓶还可以有效防止液体倒吸，起到稳定系统压力的作用;抽滤漏斗设计为分体式，使取放滤纸和污泥更加方便，污泥的质量测量更加准确，同时，避免了漏气与漏液现象的发生;本方法具有使用方便，操作简单，测量数据准确度高的优点，是污泥比阻测定装置和测定方法上的创新。
