飲用水混凝工藝動力學(xué)分析與試驗研究.pdf

1、混凝過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)工藝的運行工況、最終出水質(zhì)量和運行成本，一直是水處理領(lǐng)域的研究熱點。論文對給水處理工藝中的混合、絮凝等問題進行了研究，探討了混合與絮凝傳質(zhì)的機理，在分析控制混凝過程的動力學(xué)條件的基礎(chǔ)上，提出了“混合因子(IH)”和“絮凝因子(IX)”這兩個新概念，用作混合與絮凝的動力控制與評價指標(biāo)。 論文以低濁高藻水體為代表，通過絮凝工藝的小試、中試和生產(chǎn)性試驗，對不同動力學(xué)條件下的顆粒數(shù)量、顆

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

3、劑擴散均勻程度的貢獻度，可作為混合工藝的評價指標(biāo)。試驗表明，良好的混合器，其混合效率應(yīng)高于97.5％，IH≥1.81。 對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，當(dāng)渦旋尺度達到特征值(λ0)時，其加速度最大，慣性效應(yīng)最強。論文依據(jù)對渦旋分析，通過對渦旋λ0的實際量級計算，確定在絮凝工藝中應(yīng)將渦旋控制在毫米量級。 論文從動力學(xué)及形態(tài)學(xué)二個方面

4、對絮凝體密度和強度進行了研究。依據(jù)連續(xù)性方程和納菲-斯托克斯方程，通過數(shù)學(xué)分析確定，絮體碰撞與強度受剪切力(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)指示的是單位時間單位能耗對絮凝體成長的貢獻度。 論文以低濁高藻水體為代表，通過絮凝小試和中試研究，認為絮凝工藝分為三級比較適宜，并通過中試試驗確定了各級工藝的最佳Fr范圍：第一級，0.015～0.05；第二級，0.006～0.02；第三級，0

5、.003～0.010。中試試驗證明，IX隨流量增加而下降，在試驗出水濁度不大于1.0NTU時，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。在流量Q為1800m3/d的條件下，分形維數(shù)可達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％，說明絮凝工藝對系統(tǒng)中形成的顆粒具有較高的去除率。 論文以普通格網(wǎng)絮凝工藝為對照，通過生產(chǎn)性試驗對強化格網(wǎng)絮凝工藝的運行效果進

6、行了研究。研究表明，對于強化格網(wǎng)絮凝工藝，在Q為1800m3/d、絮凝時間為14.7min等條件下，沉后水濁度不大于1.0NTU的保證率可達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的顆粒較對比工藝少13.6％，10～15μm的顆粒少13.2％；水頭損失為0.25m，較對比工藝能耗低40％；工藝末端的礬花有效直