給水處理工藝初級絮凝階段表征及強化控制機制研究.pdf

1、常規(guī)給水處理的核心操作單元為絮凝、沉淀和過濾，其中絮凝常作為三個核心單元中的第一個單元。在絮凝單元中，所形成絮體的粒度、有效密度和結構強度等性質，對后續(xù)兩個單元的運行效能，例如沉后水水質、濾后水水質和濾池反洗周期等，都具有較大的影響。因此，絮凝工藝的關鍵在于能否形成良好的絮體。絮體的團聚是逐步漸進的過程，即絮凝初始時存在大量微小絮體，由微小絮體凝聚成小絮體，再凝聚成中等絮體，最后成長為大絮體。其中，小絮體成長為中等絮體的階段作為絮體成長

2、過程中的初始階段具有重要的研究意義，在本文中，這一階段被稱為初級絮凝階段。為了研究初級絮凝階段的特征，進行了大量絮凝-靜沉-快速過濾實驗，以聚合氯化鋁為絮凝劑，高嶺土和腐殖酸的混合懸濁液為原水，通過非連續(xù)流給水處理在線監(jiān)測系統，監(jiān)測絮凝-靜沉-快速過濾過程中水中的濁度、顆粒數量和粒度分布、濾池指定位置的壓力。所實現的初級絮凝階段的表征，包括劃分方法、顆粒分布特征變化規(guī)律、形態(tài)變化規(guī)律、定義、影響因素，以及與后續(xù)處理工藝間的關系等。并研究

3、了初級絮凝階段的強化方法和機制，這些成果對絮凝理論和給水處理工藝優(yōu)化控制的研究具有重要意義。
　　首先，分析了絮凝-沉淀-過濾過程中顆粒分布特征隨絮凝時間變化規(guī)律，以表征各單元運行效能為目的，建立了常規(guī)給水處理工藝過程顆粒分布檢測方法，得到如下結論：應用沉后水濁度和2~5μm顆粒數量診斷絮凝-沉淀工藝固液分離效果，應用沉淀初期粒度分形維數下降速度v診斷絮凝出水絮體沉降性能，應用 RSS0.5診斷濾后水水質穩(wěn)定性，應用濾層水頭損失上

4、升速率診斷濾層水力參數，各參數間均具有較好的相關性(R2)。
　　其次，通過對絮凝過程中顆粒分布特征隨絮凝時間變化規(guī)律的分析，研究了絮凝過程的分段方法、定義和特征。研究結果表明：粒度分形維數適合作為絮凝過程分段的依據，并通過分析其一階導數隨絮凝時間變化規(guī)律，將絮凝過程分為準備階段、初級絮凝階段、成長階段和穩(wěn)定階段四個部分。并提出了初級絮凝階段的定義和分析了其特征，找出了表征初級絮凝階段絮體變化的方法：應用 KaG和Dfg綜合評價。

5、并以前面得到的常規(guī)給水處理工藝過程顆粒分布檢測方法為基礎，定量分析了初級絮凝階段對給水處理工藝中各單元的影響，研究了初級絮凝階段對給水工藝各單元的影響，實驗結果表明初級絮凝階段絮凝速度每增加1％，絮凝效率增加1.7%，沉淀速度增加4.2%，出水水質穩(wěn)定性增加0.85%，濾層水頭損失增長速度減少0.17%，即初級絮凝階段的任何變化在后續(xù)處理單元都能得到體現和放大的結論，為水廠生產控制及水廠自控研究提供了新的方法。
　　之后建立起加入

6、時間參數的二維 DLA模型，模擬研究了絮凝過程中絮體形態(tài)隨時間變化規(guī)律，動力學參數對初級絮凝階段形成絮體的形態(tài)的影響，初級絮凝階段絮體形態(tài)對絮凝出水絮體形態(tài)的影響，并在前人研究的基礎上改進了絮體分步成長模型，并對模型進行分析計算。研究結果表明：絮體在成長過程中會沿某一優(yōu)勢方向優(yōu)先生長。初級絮凝階段形成的絮體具有“活性點”(2-4個)，在成長階段絮體只會在活性點上成長，并根據活性點的不同成長成不同形態(tài)的絮體。絮體有效密度只與初級絮凝階段形