实验1 固体废物厌氧发酵实验
一,实验目的

1,掌握有机垃圾（本实验采用污水处理厂二沉池或浓缩池污泥）厌氧发酵产甲烷的过程和机理;
2,了解厌氧发酵的操作特点以及主要控制条件.

二,实验原理
厌氧发酵是指在厌氧状态下利用厌氧微生物使固体废物中的有机物转化为CH4和CO2的过程.厌氧发酵产生以CH4为主要成分的沼气.
参与厌氧分解的微生物可以分为两类,一类是由一个十分复杂的混合发酵细菌群将复杂的有机物水解,并进一步分解为以有机酸为主的简单产物,通常称为水解菌.第二阶段的微生物为绝对厌氧细菌,其功能是将有机酸转变为甲烷,被称之为产甲烷菌.

厌氧发酵一般可以分为三个阶段,即水解阶段,产酸阶段和产甲烷阶段,每一阶段各有其独特的微生物类群起作用.
（1）液化阶段
发酵细菌利用胞外酶对有机物进行体外酶解,是固体物质变成可溶于水的物质,然后,细菌再吸收可溶于水的物质,并将其分解为不同产物.高分子有机物的水解速率很低,它取决于物料的性质,微生物的浓度,以及温度,pH等环境条件.纤维素,淀粉等水解成单糖类,蛋白质水解成氨基酸,再经脱氨基作用形成有机酸和氨,脂肪水解后形成甘油和脂肪酸.
（2）产酸阶段
水解阶段产生的简单的可溶性有机物在产氢和产酸细菌的作用下,进一步分解成挥发性脂肪酸,醇,酮,醛CO2和H2等.
（3）产甲烷阶段
产甲烷菌将第二阶段的产物进一步降解成CH4和CO2,同时利用产酸阶段所产生的H2将部分CO2再转变为CH4.产甲烷阶段的生化反应相当复杂,其中72%的CH4来自乙酸,主要反应有:

三,实验设备与试剂
1,实验装置:厌氧发酵反应器;
2,发酵原料:生活垃圾;
3,接种:可采用活性污泥接种,取就近的污水处理厂污泥间的脱水剩余活性污泥,在培养过程中可以不添加其他培养物;
4,分析方法:
(1)TS和VS的检测采用重量法;
(2) COD的检测采用K2Cr2O7氧化法;
(3)pH值使用精密pH计测定;
(4)甲烷和二氧化碳浓度可采用9000D型便携式红外线分析系统;
(5)TN采用TOC/TN分析仪;
(6)挥发性脂肪酸,以乙酸计,滴定法.

四,实验步骤
1,污泥训话;将脱水污泥加水过筛以除去杂质,然后放入恒温室内厌氧驯化一天.
2,按实验要求配置好有机垃圾（二沉池或浓缩池污泥）的样品放置于备料池中备用.
3,将培养好的接种污泥投入反应器,采用有机垃圾和污泥VS之比为1:1的混合物料.用CO2和N2的混合气通入反应器底部2～3min,以吹脱瓶中剩余的空气.立即将反应器密封,将系统置于恒温中进行培养.恒温系统温度升至35℃时,测定即正式开始.
4,记录每日产气量以及相关参数,直到底物的VFA的80%已被利用.
5,为了消除污泥自身消化产生甲烷气体的影响,需作空白实验,空白实验是以去离子水代替有机垃圾,其他操作与活性测定实验相同.
6,分别设置不同的反应温度,以及不同的有机垃圾与活性污泥的配比参考不同温度对厌氧发酵产甲烷的影响.

五,原始数据记录表
有机垃圾厌氧发酵产甲烷实验记录
pH
甲烷含量(g)
日产气量(mL)
有机负荷(m/s)
序号

六,思考题
1,分析厌氧发酵的三阶段理论和两阶段理论的异同点.
2,厌氧发酵装置有哪些类型 试比较它们的优缺点.
3,影响厌氧发酵的因素有哪些

污泥过滤脱水——污泥比阻的测定实验

实验项目性质：综合性

所属课程名称：水污染控制工程

实验计划学时：10

1 实验目的

（1）通过实验掌握污泥比阻的测定方法。

（2）掌握用布氏漏斗实验选择混凝剂。

（3）掌握确定污泥的最佳泥凝剂投加量。

2 实验原理

污泥比阻是表示污泥过滤特性的综合性指标，它的物理意义是：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合剂后）的过滤性能。污泥比阻愈大，过滤性能愈差。

过滤时滤液体积V（mL）与推动力p（过滤时的压强降，g/cm2），过滤面积F（cm2），过滤时间t（s）成正比；而与过滤阻力R (cm*s2/mL），滤液黏度μ[g/(cm*s)]成正比。

(6-1)

过滤阻力包括滤渣阻力Rz和过滤隔层阻力Rg构成。而阻力只随滤渣层的厚度增加而增大，过滤速度则减少。因此将式(6-1)改写成微分形式。

(6-2)

由于只Rg比Rz相对说较小，为简化计算，姑且忽略不计。

(6-3)

式中：α’—— 单位体积污泥的比阻；

δ—— 滤渣厚度；

C’—— 获得单位体积滤液所得的滤渣体积。

如以滤渣干重代替滤渣体积，单位质量污泥的比阻代替单位体积污泥的比阻，则(6-3)式可改写为

(6-4)

式中，α为污泥比阻，在CGS制中，其量纲为s2/g，在工程单位制中其旦纲为cm/g。在定压下，在积分界线由0到t及0到V内对式(6- 4)积分，可得

(6-5)

式(6-5)说明在定压下过滤，t／V与V成直线关系，其斜率为

(6-6)

需要在实验条件下求出b及C。

b的求法。可在定压下(真空度保持不变)通过测定一系列的t～V数据，用图解法求斜率(见图6-1)。

C的求法。根据所设定义

(6-7)

式中 Q0——污泥量，mL；

Qy——滤液量，mL；

Cd——滤饼固体浓度，g/mL。

根据液体平衡Q0＝Qy+Qd

根据固体平衡Q0C0＝Qy Cy+Qd Cd

式中 Co——污泥固体浓度，g／mL；

Cy——污泥固体浓度，g／mL；

Qd——污泥固体滤饼量，mL。

可得

代入式（6-7），化简后得

(6-8)

上述求C值的方法，必须测量滤饼的厚度方可求得，但在实验过程中测量滤饼厚度是很困难的且不易量准，故改用测滤饼含水比的方法。求C值。

式中 Ci——l00g污泥中的干污泥量；

Cf——100g滤饼中的干污泥量。

例如污泥含水比97.7％，滤饼含水率为80％。

一般认为比阻在109～1010s2/g的污泥算作难过滤的污泥，比阻在(0.5～0.9)*109s2/g的污泥算作中等，比阻小于0.4*109s2/g的污泥容易过滤。

投加混凝剂可以改善污泥的脱水性能，使污泥的比阻减小。对于无机混凝剂如FeCl3，A12(SO4)3等投加量，一般为污泥干质量的5％～10％高分子混凝剂如聚丙烯酰胺，碱式氯化铝等，投加量一般为干污泥质量的1％。

3 实验设备与试剂

(1)实验装置如图6-2。

图6-2 比阻实验装置图

1–真空泵；2–吸滤瓶；3–真空调节阀；4–真空表；5–布式漏斗；6–吸滤垫；7–计量管

(2)秒表；滤纸。

(3)烘箱。

(4)FeCl3、A12(SO4)3。

(5)布氏漏斗。

4 实验方法与操作步骤

(1) 测定污泥的含水率，求出其固定浓度C0。

(2) 配制FeCl3 (10g/L)和A12(SO4)3(10g/L)混凝剂。

(3) 用FeCl3混凝剂调节污泥(每组加一种混凝剂)，加量分别为干污泥质量的0％(不加混凝剂)，2％，4％，6％，8％，10％。

(4) 在布氏漏斗上(直径65～80mm)放置滤纸，用水润湿，贴紧周底。

(5) 开动真空泵，调节真空压力，大约比实验压力小1/3[实验时真空压力采用266mmHg(35．46kPa)或532mmHg(70．93kPa)]关掉真空泵。

(6) 加入l00mL需实验的污泥于布氏漏斗中，开动真空泵，调节真空压力至实验压力；达到此压力后，开始起动秒表，并记下开动时计量管内的滤液V0。

(7) 每隔一定时间(开始过滤时可每隔10 s或15s，滤速减慢后可隔30 s或60s)记下计量管内相应的滤液量。

(8) 一直过滤至真空破坏，如真空长时间不破坏，则过滤20min后即可停止。

(9) 关闭阀门取下滤饼放人称量瓶内称量。

(10) 称量后的滤饼干105℃的烘箱内烘干称量。

(11) 计算出滤饼的含水比，求出单位体积滤液的固体量C0。

(12) 量取加A12(SO4)3混凝剂的污泥(每组的加量与Fecl3量相同)及不加混凝剂的污泥，按实验步骤(2)～(11)分别进行实验。

5 实验报告记载及数据处理

(1)测定并记录实验基本参数

实验日期

原污泥的含水率及固体浓度C0

实验真空度/mmHg

不加混凝剂的滤饼的含水率

加混凝剂滤饼的含水率

(2) 将布氏漏斗实验所得数据按表6-1记录并计算。

表6-1 布氏测斗实验所得数据

(3) 以t／V为纵坐标，V为横坐标作图，求b。

(4) 根据原污泥的含水率及滤饼的含水率求出C。

(5) 列表计算比阻值α(表6-2比阻值计算表)。

(6) 以比阻为纵坐标，混凝剂投加量为横坐标，作图求出最佳投加量。

表6-2 比阻值计算表

6 注意事项

(1) 检查计量管与布氏漏斗之间是否漏气。

(2) 滤纸称量烘干，放到布氏漏斗内，要先用蒸馏水湿润，而后再用真空泵抽吸一下，滤纸要贴紧不能漏气。

(3) 污泥倒入布氏漏斗内时，有部分滤液流入计量筒，所以正常开始实验后记录量筒内滤液体积。

(4) 污泥中加混凝剂后应充分混合。

(5) 在整个过滤过程中，真空度确定后始终保持一致。

7 思考题

(1)判断生污泥、消化污泥脱水性能好坏，分析其原因。

(2)测定污泥比阻在工程上有何实际意义。

固废试验