【摘要】：常規(guī)水處理工藝流程中絮凝占有重要地位,絮凝工藝的設(shè)計(jì)與運(yùn)行對水處理過程作用顯著,因而對絮凝工藝的優(yōu)化研究是非常必要。華東交通大學(xué)擁有知識產(chǎn)權(quán)的微渦流絮凝工藝在工程應(yīng)用中其產(chǎn)水率和處理效果方面都優(yōu)于傳統(tǒng)的絮凝工藝,但工藝參數(shù)的設(shè)置靠經(jīng)驗(yàn)選取,如渦流反應(yīng)器投加、豎井孔洞尺寸設(shè)置等,且工程應(yīng)用中對微渦流絮凝工藝關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)如絮凝時(shí)間等需深入探究,以保障凈水廠在滿足水質(zhì)達(dá)標(biāo)下提高產(chǎn)水量。本文利用Fluent軟件對微渦流絮凝工藝進(jìn)行數(shù)值模擬,探究不同渦流反應(yīng)器、過水孔洞、絮凝時(shí)間、溫度等因素對流場的影響;結(jié)合中試試驗(yàn),建立流場評價(jià)指標(biāo)、絮體性能參數(shù)與出水水質(zhì)指標(biāo)之間的關(guān)系,為微渦流絮凝裝置設(shè)計(jì)及關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化提供理論與實(shí)踐指導(dǎo),具體研究結(jié)果與結(jié)論如下:1、不同結(jié)構(gòu)參數(shù)下微渦流絮凝工藝流場數(shù)值模擬(1)不同渦流反應(yīng)器下微渦流絮凝工藝流場數(shù)值模擬在水溫為20℃,絮凝時(shí)間為17.3min(進(jìn)水流量為6.0 m~3/h)下,模擬分析了投加HJTM-1型和HJTM-2型兩種渦流反應(yīng)器豎井的渦旋速度梯度分布、湍動能分布和能耗散分布,確定了兩種渦流反應(yīng)器的有效作用范圍,研究結(jié)果表明相較于投加HJTM-1型渦流反應(yīng)器,投加HJTM-2型渦流反應(yīng)器其湍動能和能耗散的平均值和極大值都更大,有效作用范圍也更大,故投加HJTM-2型渦流反應(yīng)器將更有利于提高絮體顆粒的碰撞幾率。(2)不同過水孔洞結(jié)構(gòu)尺寸(長、寬、離泥斗位置)下微渦流絮凝工藝流場數(shù)值模擬在水溫為20℃,絮凝時(shí)間為17.3min下,對過水孔洞(長L、寬B、離泥斗位置H)進(jìn)行正交數(shù)值模擬分析,以湍動能與能耗散為評價(jià)指標(biāo),研究結(jié)果表明,對于流場湍動能與能耗散的影響,因素主次順序?yàn)?BLH;寬度B對湍動能為高度顯著性影響因素,對能耗散為顯著性影響因素。長度L對湍動能為顯著性影響因素,對能耗散為非顯著性影響因素。離泥斗位置H對于湍動能與能耗散的影響均為非顯著性影響因素,較優(yōu)工況為工況1,即長為160mm、寬為110mm、離泥斗位置為55mm。2、不同運(yùn)行參數(shù)下微渦流絮凝工藝流場數(shù)值模擬(1)不同絮凝時(shí)間下微渦流絮凝工藝流場的影響在絮凝時(shí)間為10 min~52 min時(shí),湍動能為1.37×10~(-4)m~2/s~2~6.81×10~(-6)m~2/s~2,能耗散為9.10×10~(-5)m~2/s~3~1.14×10~(-6)m~2/s~3,渦旋尺度為0.32 mm~0.97 mm。湍動能強(qiáng)度、能耗散與絮凝時(shí)間呈負(fù)有關(guān),湍動能與絮凝時(shí)間相關(guān)方程為k(28)0.0121t~(-1.919),R2=0.99992,能耗散與絮凝時(shí)間相關(guān)方程為?(28)0.0698t~(-2.8436),R2=0.99996;渦旋尺度與絮凝時(shí)間呈現(xiàn)正相關(guān),相關(guān)方程為?(28)0.0157t(10)0.1870,R~2=0.9898。(2)不同溫度下微渦流絮凝工藝流場的影響在水溫為5℃~30℃時(shí),湍動能為4.13×10~(-5)m~2/s~2~3.69×10~(-5)m~2/s~2,能耗散1.61×10~(-5)m~2/s~3~1.34×10~(-5)m~2/s~3,渦旋尺度為0.773mm~0.481 mm。結(jié)果表明湍動能、能耗散、渦旋尺度的大小均隨溫度升高而減小,溫度變化對渦旋尺度的影響明顯。3、微渦流絮凝工藝關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)(1)絮凝時(shí)間對絮體等效粒徑及出水濁度、COD_(Mn)的影響進(jìn)行不同絮凝時(shí)間下的中試試驗(yàn),結(jié)果表明,隨著絮凝時(shí)間的增加,絮體等效粒徑、濁度去除率與COD_(Mn)去除率均為先增后減的變化趨勢;最佳絮凝時(shí)間為20.7min,此時(shí)絮體等效粒徑達(dá)到最大為0.606mm;濁度去除率、COD_(Mn)去除率也均為最高,分別為94.3%和78.4%。(2)相對偏差(渦旋尺度與等效粒徑之差的絕對值)與出水濁度、COD_(Mn)去除率的關(guān)系結(jié)合中試試驗(yàn)研究與數(shù)值模擬研究,結(jié)果表明,出水濁度、COD_(Mn)的去除率與相對偏差存在明顯的相關(guān)性,其中濁度去除率與相對偏差之間的關(guān)系式為:y(28)-457.x(10)96.9,相關(guān)系數(shù)R~2=0.9223;COD_(Mn)去除率與相對偏差之間的關(guān)系式為:y(28)41.3x~(-0.2),相關(guān)系數(shù)R~2=0.8922。相對偏差越小,濁度、COD_(Mn)的去除率越高。通過Fluent軟件對絮凝裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)的流場數(shù)值模擬,為優(yōu)化渦流反應(yīng)器投加及微渦流絮凝裝置結(jié)構(gòu)提供了理論依據(jù);對絮凝工藝運(yùn)行參數(shù)的流場模擬,建立了絮凝時(shí)間與流場性能參數(shù)間的相關(guān)關(guān)系;與中試試驗(yàn)測試分析結(jié)合,優(yōu)化了絮凝關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)-絮凝時(shí)間,為微渦流絮凝工藝提供理論依據(jù)和實(shí)踐參考,對進(jìn)一步推動該工藝的應(yīng)用,促進(jìn)其理論和技術(shù)的發(fā)展有深遠(yuǎn)的意義。
【圖文】：

第一章 緒論第一章 緒論前言國水資源尤其是淡水資源并不豐富，，人均淡水占有量 2600 立方米/人·年，水平的 1/4。且更為嚴(yán)峻的是匱乏的淡水資源污染日趨嚴(yán)重。據(jù)生態(tài)環(huán)境發(fā)布的《2017 中國生態(tài)環(huán)境狀況公報(bào)》顯示，2017 年全國地表水 1940 個劣Ⅴ類的水質(zhì)斷面占 161 個，占比 8.3%，如圖 1-1 所示。112 個重要湖泊（Ⅴ類占 12 個，占比 10.7%。集中式飲用水水源水質(zhì)達(dá)標(biāo)率已從 2014 年的2017 年的 90.5%；飲用水水源的短缺和污染，使得傳統(tǒng)的凈水處理工藝面臨業(yè)對傳統(tǒng)工藝亟待技術(shù)升級改造，提高其產(chǎn)水量及處理效率。

技術(shù)路線圖
【學(xué)位授予單位】：華東交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TU991.2

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本文編號：2608491