飲用水混凝工藝動(dòng)力學(xué)分析與試驗(yàn)研究.pdf

1、混凝過(guò)程是水處理工藝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，其效果決定后續(xù)工藝的運(yùn)行工況、最終出水質(zhì)量和運(yùn)行成本，一直是水處理領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。論文對(duì)給水處理工藝中的混合、絮凝等問(wèn)題進(jìn)行了研究，探討了混合與絮凝傳質(zhì)的機(jī)理，在分析控制混凝過(guò)程的動(dòng)力學(xué)條件的基礎(chǔ)上，提出了“混合因子(IH)”和“絮凝因子(IX)”這兩個(gè)新概念，用作混合與絮凝的動(dòng)力控制與評(píng)價(jià)指標(biāo)。 論文以低濁高藻水體為代表，通過(guò)絮凝工藝的小試、中試和生產(chǎn)性試驗(yàn)，對(duì)不同動(dòng)力學(xué)條件下的顆粒數(shù)量、顆

2、粒尺度、顆粒形態(tài)及其沉淀效果進(jìn)行了研究，確定了合理的絮凝工藝分級(jí)及其最佳的動(dòng)力學(xué)控制參數(shù)。論文對(duì)湍流條件下的擴(kuò)散規(guī)律進(jìn)行了深入探討，認(rèn)為混合過(guò)程分為宏觀擴(kuò)散、亞微觀擴(kuò)散和微觀反應(yīng)，其中亞微觀擴(kuò)散是傳質(zhì)的限速步驟，與湍流渦旋微結(jié)構(gòu)的動(dòng)力作用密切相關(guān)。 研究表明，增加藥劑投加均勻度可有效縮短混合時(shí)間(t)，t的縮減系數(shù)為π/(π+n)。論文在對(duì)混合過(guò)程影響因素進(jìn)行綜合分析的基礎(chǔ)上，提出了混合因子(IH)這一參數(shù)，它反映單位能耗對(duì)混凝

3、劑擴(kuò)散均勻程度的貢獻(xiàn)度，可作為混合工藝的評(píng)價(jià)指標(biāo)。試驗(yàn)表明，良好的混合器，其混合效率應(yīng)高于97.5％，IH≥1.81。 對(duì)渦旋中的顆粒受力分析表明，球形顆粒所受的水力阻力與粒徑成反比，渦旋加速度與渦旋尺度成反比，渦旋越小或速度越大，慣性力越強(qiáng)，當(dāng)渦旋尺度達(dá)到特征值(λ0)時(shí)，其加速度最大，慣性效應(yīng)最強(qiáng)。論文依據(jù)對(duì)渦旋分析，通過(guò)對(duì)渦旋λ0的實(shí)際量級(jí)計(jì)算，確定在絮凝工藝中應(yīng)將渦旋控制在毫米量級(jí)。 論文從動(dòng)力學(xué)及形態(tài)學(xué)二個(gè)方面

4、對(duì)絮凝體密度和強(qiáng)度進(jìn)行了研究。依據(jù)連續(xù)性方程和納菲-斯托克斯方程，通過(guò)數(shù)學(xué)分析確定，絮體碰撞與強(qiáng)度受剪切力(Fr)控制。為了比較不同工藝的絮凝狀況，論文提出了絮凝因子(IX)這一參數(shù)，該參數(shù)指示的是單位時(shí)間單位能耗對(duì)絮凝體成長(zhǎng)的貢獻(xiàn)度。 論文以低濁高藻水體為代表，通過(guò)絮凝小試和中試研究，認(rèn)為絮凝工藝分為三級(jí)比較適宜，并通過(guò)中試試驗(yàn)確定了各級(jí)工藝的最佳Fr范圍：第一級(jí)，0.015～0.05；第二級(jí)，0.006～0.02；第三級(jí)，0

5、.003～0.010。中試試驗(yàn)證明，IX隨流量增加而下降，在試驗(yàn)出水濁度不大于1.0NTU時(shí)，IX≥1.1。相同出水濁度下，絮凝因子越大，表明工藝的抗沖擊能力越強(qiáng)。在流量Q為1800m3/d的條件下，分形維數(shù)可達(dá)1.73，上清液中直徑在10μm以下的顆粒占全部顆粒的95％以上，而大于50μm的顆粒不足1％，說(shuō)明絮凝工藝對(duì)系統(tǒng)中形成的顆粒具有較高的去除率。 論文以普通格網(wǎng)絮凝工藝為對(duì)照，通過(guò)生產(chǎn)性試驗(yàn)對(duì)強(qiáng)化格網(wǎng)絮凝工藝的運(yùn)行效果進(jìn)

6、行了研究。研究表明，對(duì)于強(qiáng)化格網(wǎng)絮凝工藝，在Q為1800m3/d、絮凝時(shí)間為14.7min等條件下，沉后水濁度不大于1.0NTU的保證率可達(dá)85％以上，沉后水和濾后水藻類去除率分別為79.4％和94.1％，較對(duì)比工藝提高12.5％～23％；上清液中小尺度礬花少而顆粒均勻，一般在15～50μm之間，5～10μm的顆粒較對(duì)比工藝少13.6％，10～15μm的顆粒少13.2％；水頭損失為0.25m，較對(duì)比工藝能耗低40％；工藝末端的礬花有效直