微动力学混凝沉淀工艺理论与技术

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1、538兰竺兰兰竺竺堡兰竺兰竺兰!兰!微动力学混凝沉淀工艺理论与技术徐立群长春市吉林大学环境与资源学院，130021摘要混凝沉淀工艺理论的发展与相关学科的最新进展密切相关，本文在介绍微水动力学粒子运动理论研究的基础上，总结了混凝沉淀工艺动力学改进历程，介绍基于微水动力学理论的新型混凝沉淀工艺一微动力学混凝沉淀工艺理论和技术。该_T-艺包括三个工艺过程，分别是列管式混合工艺、翼片隔板絮凝工艺、接触絮凝沉淀工艺。微动力学混凝沉淀工艺近3年。已应用于全国50余座水厂并取得了良好的经济效益和社会效益。关键词环境工程微水动力学混凝沉淀

2、絮凝混合沉淀过程中，存在大量的10～10。m粒子，这些粒子在混合沉淀过程中运动、碰撞、凝聚、分散和破碎、沉淀，同时发生复杂的物理化学反应。迄今为止，关于这些过程的动力学描述仍然以传统的速度梯度理论、相似理论和浅池理论为主。随着混凝沉淀工程实践的发展，速度梯度理论、相似理论已不能满足指导工程实践的要求，沉淀效率提高的要求也要求对沉淀理论和过程进一步认识和发展，有必要探讨动力学机理，并形成新的高效节能、效果优良的工程工艺技术。一、紊流中粒子的凝聚混凝沉淀工艺过程是紊流中物理化学反应过程，涉及的流动状态和粒子尺度，基本处于流体微

3、水动力学研究范围内。徽水动力学是新兴的边缘学科领域，仍不为水处理领域学者所熟知。1970年，Batch-elor提出，含有10～～10。4m粒子的流体动力学行为，不仅在理论方面有重大的研究价值，而且与传统的Stokes黏性动力学方法有重大区别，应自成体系，并建议该领域称为微流体力学(Microhydrody—namics)或微水动力学。微水动力学之所以成为一个需单独研究的学科领域，是因为粒子在紊流中的运动极其复杂，紊流本身就是21世纪最难攻克的课题之一，在紊流中运动的粒子的行为更加难以研究。微水动力学是研究流体中粒子运动的

4、专门学科，其发展受紊流研究认识和技术手段的限制，一直处于理论研究阶段，笔者针对粒子的凝聚做了深入的理论研究，这些成果对实际应用具有指导意义。研究粒子凝聚，首先需了解影响凝聚的因素。水流中的粒子凝聚受如下因素的影响：①粒子自身的性质。如粒度、密度等性质，这些决定了粒子随水流运动的性质；②粒子间的作用力。粒子自身的化学特性决定了粒子接近到一定距离时的力的作用，并影响到粒子运动；③紊流微结构。对紊流中运动的粒子来讲，宏观的流场并不重要，其运动行为主要与粒子周围的流场、压差和紊流微结构有关。在考虑以上因素的基础上，用频谱分析、频域

5、和时域分析，结合紊流周一黄涡旋模型，对粒子跟踪特性和粒子凝聚过程的研究指出，紊流中粒子的凝聚主要分为梯度凝聚、惯性凝聚和热力学凝聚。对不同性质的粒子，三种凝聚机理哪种起主要作用需根据具体情况确定。通常，水中的凝聚过程是梯度凝聚和惯性凝聚共同起作用的结果。对给定的粒子，何种紊流凝聚机制起主要作用，取决于粒子对流场的跟踪能力。粒子对流场的跟踪能力受流场的脉动频率、流体黏度、粒子粒径和密度影响最大。粒子碰撞的研究得出了不同类型粒子在紊流中碰撞的定量结果，可计算粒子碰撞次数和粒子碰撞咀科学发展观促进科技刨gr(二)539率，为控制

6、紊流中粒子的运动指明了方向。流体力学控制理论的成熟为控制粒子凝聚提供了理论和技术指导，这些为更精细控制粒子凝聚过程和形成新的粒子凝聚型式提供了条件。二、混凝沉淀工艺技术型式的动力学改进历程混凝沉淀工艺是目前给水处理、中水处理和部分污水处理的核心工艺，主要包含混合、絮凝、沉淀三个工艺流程，它承担着水处理中95％以上的负荷，目前已有150余年的历史。混凝沉淀工艺中，对指定的絮凝剂，影响处理效果的主要是动力学控制方式和方法。混凝沉淀动力学控制方式由流动中的边界和障碍决定，与工艺池型密切相关。为改进混凝沉淀工艺控制方式和方法，需了

7、解这些工艺的动力学发展历史和现状。分析动力学控制方式和方法需结台回顾混凝沉淀工艺池型发展历程，混合、絮凝、沉淀工艺分别经历了不同的动力学演进过程和不同的工艺改进模式，分析如下。(一)混合工艺动力学改进历程混合过程是向水中投加絮凝剂，絮凝剂水解产生复杂的水解产物，水解产物运动至紊流中胶体粒子表面，使胶体粒子脱稳，并凝聚成微小絮凝体的过程。水处理工艺发展初期，混合过程的重要性并未得到充分认识。工程上，絮凝剂(如明矾或硫酸铝)被简单投加于加压泵的前端，利用水泵的搅拌作用完成混合过程，这是最初的混合模式——水泵混合。水泵混合对水泵

8、的腐蚀比较严重，因此，出现了把絮凝剂投加在管道中，利用一定长度的管道完成混合，称为管道混合。管道混台已经提出明确的混合概念。目前，管道混合方式仍在应用。在管道混合应用过程中。工程师们发现，不同的管道流速和混合时问会产生不同的效果，开始有意识地控制这两项参数，这种改进过于缓慢。混合可能是基于对汽水激烈掺混