隨著工業(yè)化的發(fā)展和人類物質(zhì)生活的提高,水環(huán)境污染已是當今世界普遍存在的問題。水是人類生活和生產(chǎn)活動中不可缺少的重要物質(zhì),又是不可替代的重要自然資源。我國的淡水資源嚴重短缺,而且時、空分布很不均勻。天津市是個水資源極度匱乏的城市,水危機已成為制約天津市社會經(jīng)濟發(fā)展的重要因素。水源水質(zhì)的普遍污染已成為水環(huán)境污染控制與水資源保護領(lǐng)域的突出問題。我國城市供水行業(yè)面臨水源水質(zhì)污染、供水水質(zhì)標準提高的雙重壓力。 天津地區(qū)原水存在季節(jié)性藻類高發(fā)和低溫低濁現(xiàn)象,隨著污染的加重,傳統(tǒng)的以沉淀為主的處理工藝越來越難以滿足飲用水水質(zhì)標準。為了改善日益惡化的水源水質(zhì),滿足日益提高的水質(zhì)標準,必須對現(xiàn)有傳統(tǒng)工藝進行優(yōu)化和改進,有效去除污染物,滿足越來越高的水質(zhì)要求。研究表明氣浮工藝適合低溫低濁水和含藻水等典型北方微污染原水的處理,并在很多國家得到了廣泛應用,因此,本文采用混凝氣浮工藝處理典型北方微污染水源水,具有重大的理論意義和迫切的現(xiàn)實意義。 本文通過中試模型,研究了混凝氣浮和混凝沉淀工藝對污染物的去除效果,確定了適合華北地區(qū)典型水質(zhì)的處理工藝及其對污染物的去除規(guī)律。中試實驗在天津某水廠進行,中試裝置用不銹鋼做成,處理水量均為120 m3/d。本文還針對天津市出現(xiàn)的常溫常濁水、低溫低濁水、高溫高藻水,進行了強化混凝氣浮和強化混凝沉淀處理,發(fā)現(xiàn)混凝氣浮工藝對濁度、有機物、藻類、細菌等都有著明顯的優(yōu)勢。中試試驗證明混凝氣浮工藝適合對天津市微污染水源水的處理,出水效果憂于混凝沉淀工藝。 試驗還確定了各個時期的混凝氣浮工藝運行參數(shù)和對污染物的去除規(guī)律。常溫常濁期,混凝劑投量為10~15 mg/L,回流比為9%,濁度去除率為85~95%,CODMn、UV254去除率為15~35%,TOC去除率為10~30%,細菌去除率為80~95%,THMs去除率為18%;低溫低濁期,混凝劑投量為15~20 mg/L,回流比為10%,濁度去除率為80~90%,CODMn、UV254、TOC去除率為10~25%,細菌去除率為60~90%,THMs去除率為16%;高溫高藻期,混凝劑投量為20~30 mg/L,回流比為12%,濁度去除率為80~98.5%,CODMn、UV254、TOC去除率為15~65%,細菌去除率為80~95%,THMs去除率為20%。 在深入分析前人研究成果的基礎(chǔ)上,本文提出了氣泡-顆粒碰撞效率模型及氣泡-顆粒上升速率模型。模型分別以氣泡、顆粒為捕集體,對氣泡、顆粒的碰撞效率建立了相應的模型。根據(jù)建立的模型分析發(fā)現(xiàn):氣泡-顆粒的碰撞效率隨氣泡或顆粒的直徑增大而減小,以氣泡為捕集體,顆粒粒徑應該越小越好,并且適當大的氣泡更有利于捕集顆粒;同樣以顆粒為捕集體,氣泡應該越小越好,并且適當大的顆粒更有利于捕集氣泡;層流狀態(tài)有利于氣泡-顆粒的碰撞捕集,而紊流狀態(tài)最不利于氣泡-顆粒的碰撞捕集,因此氣浮池接觸區(qū)設(shè)計時應盡量減小水流的擾動;氣泡-顆粒碰撞效率模型還證明其碰撞效率與水溫成正比,水溫越高,氣泡-顆粒的碰撞效率越大;氣泡-顆粒的上升速率模型表明其上升速率跟絮體大小及粘附的氣泡大小及其數(shù)量有關(guān),粘附到絮體上的氣泡數(shù)量與絮體和氣泡大小有關(guān)。對于小絮體,減少氣泡的尺寸或者增加空氣的量對提高氣泡和絮體的比例有限,唯一的選擇就是嚴格限制絮體的大小。對于大絮體,由于氣泡、絮體的數(shù)量比已遠超過了要求,因此合適的絮凝程度顯得并不重要。本文還利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Back Propagation Neural Network)建立了氣浮工藝對污染物的處理效果預測模型,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型可以很好的預測氣浮工藝對濁度、UV254等的去除效果,并能預測混凝劑投量,從而達到指導生產(chǎn)的目的。 本文還針對難于處理的氣浮池浮渣,進行了濃縮脫水研究,確定了浮渣產(chǎn)量與混凝劑投加量、原水濁度與SS去除量相關(guān),并找出了它們的關(guān)系式。氣浮池浮渣含水率在99.5%以上,經(jīng)過初步濃縮,添加混凝劑調(diào)理,然后離心脫水,可以使浮渣含水率降到86%。
【學位單位】：南開大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2007
【中圖分類】：X703
【部分圖文】：

29圖 2.1 芥園水廠中試工藝流程圖預氧化罐：單罐停留時間為 10 min，總停留時間為 20 min。若氧化劑為臭氧，則臭氧通過鈦板曝氣，直接投加于預氧化罐；混合池：機械攪拌，混合池攪拌轉(zhuǎn)速為 100~130 rpm，停留時間為 1 min；反應池：兩級機械攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速為 15~40 rpm，各級反應池的停留時間均為 9 min；

a ba.平流氣浮池；b.間歇式溶氣罐圖 2.3 氣浮池及間歇式溶氣罐設(shè)計圖2.1.2.2 釋氣系統(tǒng)釋氣系統(tǒng)的關(guān)鍵裝置是釋放器，它對氣泡形成的大小、分布以及對氣浮凈水效果和運行費用均有明顯影響。目前國內(nèi)外采用不同類型的釋放器，有簡單閥門式、針型閥式以及專用釋放器[64]，后者屬于專利技術(shù)。我國同濟大學研制成功的 TS、TJ、TV 型釋放器，可有效地避免微細氣泡合并變大，溶氣罐壓力在 0.2~0.3 MPa 的條件下仍能滿足氣浮凈水的需要。冶金部建筑研究總院設(shè)計的 YJH 型噴頭在 0.2~0.3 MPa 工作壓力下，可將溶解氣體轉(zhuǎn)換成直徑 0.1~1 μm的微氣泡。中試工藝采用的是同濟大學研制的 TS 型釋放器。

圖 2.4 TS 釋放器結(jié)構(gòu)圖2.1.2.3 排渣系統(tǒng)溶氣氣浮池的排渣方式主要分為兩種：機械刮渣和水力溢渣。機械刮渣是根據(jù)浮渣形成的速度，借助刮渣機進行定期刮渣。在水處理領(lǐng)域，部分式或全長式刮渣機和沿邊刮渣機應用廣泛。另外還有一些溶氣氣浮工藝直接利用其后續(xù)濾池反沖水進行水力溢渣[65]，其優(yōu)點是：提高了水廠的產(chǎn)水率，節(jié)省了能耗。當水源水隱孢子蟲卵囊含量過高時，采用此種排渣方法可以節(jié)省去除濾池反沖水中隱孢子蟲卵囊的額外費用。刮渣方式的合理選擇，無論是機械刮渣還是水力溢渣，都要盡可能減小對氣浮出水的影響。刮渣間隔時間視浮渣量而定，間隔時間越長，渣的含水率越低，一般情況下，氣浮池刮渣間隔時間定在 2~4 h。
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本文編號：2868205