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微涡旋接触絮凝澄清器工艺过程优化分析及试验研究

张莉平  
【摘要】:水源污染和饮用水水质标准的提高是推动给水处理技术发展的最重要的驱动力。寻求新的饮用水安全保障技术以改进或替代水厂的处理工艺已是给水处理领域研究的重要内容。事实上,以澄清过滤为主的水常规处理工艺虽然主要功能是除浊,但是也有相当的除污染能力,因为水中有一部分非溶解性的有机污染物可以伴随浊度物质的去除而去除,一些溶解性的有机污染物也可能附着于浊度物质上而被去除。而且以混凝沉淀起主要作用,强化混凝是增强水处理系统去除有机物能力的关键。澄清工艺可以高效去除水中大分子的、憎水性的、腐殖质类的和吸收紫外线的有机物。因此,充分发挥常规工艺的除污染能力,减轻或省略专门的除污染工艺,无疑是经济、简便的除污染方法。近年来发达国家对饮用水的各项指标提出了日益严格的要求,并把强化水处理的絮凝过程和技术作为重要与紧迫的研究课题。 课题从理论和试验两个方面对微涡旋接触絮凝澄清器的工艺过程进行了研究探索,通过分析混合、絮凝、沉淀过程的絮体与微涡旋的关系,絮凝过程中涡旋微尺度的变化情况以及澄清器的水力特点等,提出了全流程微涡旋水力澄清器的构想,通过理论分析和试验研究优化了工艺参数,使澄清器出水浊度≤1NTU。 絮凝效果主要取决于涡旋尺度与涡旋强度,涡旋尺度越小,涡旋强度越大。通过对涡旋强度和涡旋微尺度理论计算公式的分析,得出了有效能量耗散ε与总能耗E的关系,从而可以利用公式λ=(v3/ε)1/4计算出絮凝反应过程中的涡旋微尺度λ值。澄清器(模型2)在翼片隔板絮凝区有效能耗ε=1.16W/m3,涡旋微尺度λ0=0.171×10-3m;澄清器(模型2)在接触絮凝悬浮反应区有效能耗ε=0.13 W/m3,涡旋微尺度λ0=0.296×10-3m。在絮凝过程中,采取了适当的分级以适应絮体不断长大,输入能量率相应减小以适应较大絮体继续结大的客观要求。 试验表明微涡旋接触絮凝澄清器(模型2)在接触絮凝悬浮反应区内的雷诺数Re为1.4,说明在接触絮凝悬浮反应区中的絮凝状态属于微涡旋絮凝。 微涡旋接触絮凝澄清器(模型2)在翼片隔板絮凝区内,絮体连续受到485s-1与95S-1速度梯度的作用,絮体会产生强烈的挤压变形,使絮体的孔隙率和体积减小,密度增大,有利于沉淀分离。当絮体进入接触絮凝悬浮反应区后,絮体颗粒之间存在碰撞吸附、接触絮凝、过滤等多过程协同作用。 通过对小间距斜板的能耗及间距优化的理论分析,得出了小间距斜板水流流动中能耗最低时的斜板间距优化计算公式为δ=(?),该式表明影响小间距斜板能耗的主要因素有水的动力粘度、板间流速、板长、板两端压差等。微涡旋接触絮凝澄清器(模型2)小间距斜板沉淀区的表面负荷为16.67m3/(m2.h)(4.6mm/s)时,优化后的斜板间距应为21mm。 试验表明,在原水水质条件和投药量大致相当的条件下,PAFC的除污染效果优于PAC;PAFC+HPAM或PAC+HPAM联合投加的除污染效果优于PAFC或PAC单独投加;联合投加时PAFC+HPAM除污染效果优于PAC+HPAM;且PAFC+HPAM所形成的悬浮层厚度小 微涡旋接触絮凝澄清器(模型2)稳定运行后,在接触絮凝悬浮反应区5min沉降比约为10%-14%,悬浮固体浓度约为(20-25)g/L。 当进水流量为200 L/h时,微涡旋接触絮凝澄清器(模型2)稳定运行后,混合区速度梯度为1289.5 S、翼片隔板絮凝区速度梯度为91 s-1、接触絮凝悬浮反应区速度梯度为30 S;混合时间为0.11 min,絮凝时间为12.10 min,小间距斜板沉淀时间为3.14 min,澄清时间为3.01 min,总停留时间为18.36 min;接触絮凝悬浮反应区上升流速为1.4 mm/s,小间距斜板间上升流速为5.3 mm/s,澄清区上升流速为4.6 mm/s;澄清器沉后余浊≤1NTU。


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