發(fā)布時(shí)間：2020-09-28 07:00

　　 絮凝作為水處理過程中去除雜質(zhì)至關(guān)重要的環(huán)節(jié),其效果的好壞直接影響到后續(xù)的沉淀及過濾部分,從而影響最終的出水水質(zhì)。目前我國大部分水廠采用水力絮凝池,其具有結(jié)構(gòu)簡單,管理和維護(hù)方便的優(yōu)點(diǎn),但無法根據(jù)實(shí)際運(yùn)行工況對(duì)水力條件進(jìn)行調(diào)節(jié),在應(yīng)對(duì)突然性水污染事件、低溫低濁度水源和夜間小負(fù)荷用水等方面仍存在一定缺陷;同時(shí)其無效能耗所占的比例較大,導(dǎo)致絮凝時(shí)間長,池容積大,基建費(fèi)用高。因此本文提出一種既可強(qiáng)化絮凝,又可根據(jù)原水品質(zhì)、用水負(fù)荷、藥劑種類和加藥量等運(yùn)行狀況及參數(shù)對(duì)絮凝過程進(jìn)行靈活調(diào)節(jié)的絮凝池設(shè)備,通過在傳統(tǒng)絮凝廊道內(nèi)加裝可調(diào)渦旋發(fā)生器裝置,對(duì)水力條件進(jìn)行干預(yù),從而提高絮凝效率和最終的出水水質(zhì)。本文通過大渦模擬的方法對(duì)可調(diào)渦旋發(fā)生器的尾流特性及其渦旋控制方法進(jìn)行分析,探究渦旋尺度、強(qiáng)度、脫落頻率和St數(shù)在不同階段對(duì)絮凝體顆粒聚集成長的影響,同時(shí)將其應(yīng)用于傳統(tǒng)往復(fù)式絮凝池廊道中,通過PAC和高嶺土進(jìn)行絮凝試驗(yàn),探究不同葉片形態(tài)下的絮凝效果和能耗利用率,并在不同溫度、懸浮物濃度及流量下進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn),具體內(nèi)容如下:(1)從天然水中所含雜質(zhì)及膠體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,得出膠體顆粒能夠在水中形成穩(wěn)定分散體系的原因;進(jìn)而從破壞其穩(wěn)定性的角度對(duì)絮凝機(jī)理進(jìn)行探究,總結(jié)出4種具有代表性的作用形式;同時(shí)闡述了膠體顆粒碰撞聚集的推動(dòng)力,指出各種推動(dòng)力的適用范圍和作用效果;通過對(duì)絮凝體顆粒在渦旋運(yùn)動(dòng)下的受力情況進(jìn)行研究,得出其動(dòng)力學(xué)模型;最后探討了絮凝過程的主要影響因素。(2)針對(duì)可調(diào)渦旋絮凝池中所用的葉片渦旋發(fā)生器,在不同葉片形態(tài)和雷諾數(shù)Re下進(jìn)行大渦模擬的計(jì)算,探究渦旋尺度、強(qiáng)度、脫落頻率以及St數(shù)在不同流速和葉片迎流角度下的變化規(guī)律,其中初始渦旋尺寸隨葉片角度絕對(duì)值的增大而增大,而與流速無關(guān);渦旋強(qiáng)度隨角度絕對(duì)值的增大而增大,同時(shí)也隨流速的增大而不斷增加;渦旋脫落頻率隨角度絕對(duì)值的增大而減小,但隨流速的增大而增大;St數(shù)與其他鈍體繞流問題類似,其值可近似為常數(shù);最后綜合分析了各因素對(duì)絮凝過程中絮凝體顆粒的聚集成長和切碎作用。(3)通過弗勞德準(zhǔn)則數(shù)Fr對(duì)傳統(tǒng)往復(fù)式廊道絮凝池進(jìn)行模型設(shè)計(jì),并對(duì)絮凝指標(biāo)G和Gt值進(jìn)行驗(yàn)證,在此基礎(chǔ)上于廊道內(nèi)加裝可調(diào)渦旋發(fā)生器,搭建可調(diào)渦旋絮凝池試驗(yàn)平臺(tái)。試驗(yàn)前通過燒杯攪拌試驗(yàn)中濁度和zeta電位的變化情況確定絮凝劑的最佳投量比為22.5mg/L,并采用大渦模擬的方法對(duì)流經(jīng)SK型混合器后絮凝劑與原水的混合均勻度進(jìn)行驗(yàn)證。(4)改變絮凝池整體及部分廊道內(nèi)渦旋發(fā)生器的角度,探究不同工況下的濁度去除效果和能耗利用情況,其中葉片渦旋發(fā)生器迎流角度為-45°時(shí)較為合適,而在相同能耗下,廊道內(nèi)葉片角度沿流動(dòng)方向不斷減小,可以達(dá)到更好的絮凝效果。與此同時(shí)在不同溫度、流量和懸浮物濃度下進(jìn)行類似的試驗(yàn),結(jié)果表明在低溫低濁度水源以及小負(fù)荷用水時(shí),葉片渦旋發(fā)生器的加入對(duì)絮凝效果的改善更為明顯(與傳統(tǒng)無葉片絮凝池相比),同時(shí)濁度去除效果隨流量、原水濁度和溫度的增加而增加,實(shí)現(xiàn)了對(duì)絮凝過程的優(yōu)化控制。
【學(xué)位單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TU991.2
【部分圖文】：

圖 2-1 膠體的雙電層結(jié)構(gòu)及電位中形成較為穩(wěn)定的分散體系，其原因體顆粒在分子熱運(yùn)動(dòng)的作用下做布朗越劇烈，由于質(zhì)量小而受到的重力作定狀態(tài)。同時(shí)分散介質(zhì)的粘度越大，膠強(qiáng)。體顆粒在阻力作用下難以發(fā)生碰撞聚面ζ電位值的大小密切相關(guān)，其中Der能與吸引勢能的角度闡述了膠體顆粒即經(jīng)典的 DLVO 理論[47,48]。如圖 2-2(

生雙電層重疊時(shí)就會(huì)產(chǎn)生靜電斥力，且 ζ 電粒之間除了靜電斥力之外還存在著范德華引力勢能 EA可表示為：xAEA12 r aker 常數(shù)，一般取 10-14-10-12；r 為膠粒半徑斥勢能可 ER表示為： kxrER ln1 exp 220 質(zhì)的介電常數(shù)，φ0為膠體表面的總電位。均隨著顆粒間距 x 的增大而減小，如圖 2-2(b勢能 EA與排斥勢能 ER的代數(shù)和，兩個(gè)相互勢能 E[49]。當(dāng) oa<x<oc 時(shí)，膠粒間以排斥，稱為排斥能峰。當(dāng) x>oc 時(shí)，總勢能有相互法聚集。而要使 x<oa 則必須突破排斥能峰，因此水中的膠體可以長期穩(wěn)定地分散存在

杭州電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 理論的提出使絮凝機(jī)理的研究取得重大進(jìn)展，在此基礎(chǔ)上，諸多學(xué)者進(jìn)和探討，提出了吸附電中和、吸附架橋和網(wǎng)捕卷掃作用，定性地描述了用機(jī)理�？s雙電層（DLVO）據(jù) DLVO 理論，只有設(shè)法克服排斥能峰 Emax 才能使得膠粒進(jìn)一步接近當(dāng)在溶液中投加電解質(zhì)時(shí)，其反離子的濃度增加，從而與膠粒顆粒所吸生置換或進(jìn)入到吸附層中，使得膠粒帶電荷數(shù)量減少，擴(kuò)散層厚度被低，增強(qiáng)了膠粒間的吸附力而得以快速聚集（如圖 2-3 所示）。實(shí)驗(yàn)表質(zhì)離子壓縮雙電層的能力是有差異的，其對(duì)膠體穩(wěn)定性破壞的能力隨離增強(qiáng)[50]，在相同的工況下，要達(dá)到同樣的壓縮雙電層的效果，一價(jià)離子5-150mmol/L，二價(jià)為 0.5-2mmol/L，三價(jià)僅需 0.01-0.1mmol/L，而多核絡(luò)電層的壓縮效果更好。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2828478