水处理絮凝工艺的优化设计和运行

《水处理絮凝工艺的优化设计和运行》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、水处理絮凝工艺的优化设计和运行武道吉1，吴濂河2，修春海3，李圭白1(1.哈尔滨工业大学市政环境工程学院，黑龙江哈尔滨150090；2.温州市市政公用局，浙江温州325001；3.济南市自来水公司，山东济南250012)摘要：在综合前人的基础理论和研究成果的基础上(包括生产性试验及运行数据)，对比和分析了各种絮凝控制指标，提出最佳絮凝控制指标为G和Eu，在此基础上阐述了絮凝工艺的设计、运行要点和主要参数的选用。关键词：絮凝工艺；设计；运行；优化絮凝是给水处理的重要工艺环节之一，滤池的出水水质主要由絮凝效果决定。实现高效絮凝首先必须：①研究开发新型高效絮凝剂；②研制适合新型高效絮凝剂作用特

2、征的高效率絮凝反应器。目前高效絮凝剂已由聚合氯化铝发展到聚合氯化铁、铝硅复合絮凝剂、铁硅复合絮凝剂、铁铝共聚型絮凝剂、高铁氧化型絮凝剂、有机和无机复合絮凝剂以及天然絮凝剂等；在高效絮凝研究方面国内出现了网格反应器，国外则推出了折板式与波形板式反应设备，使絮凝效果有了明显改善。国内外对絮凝理论的研究已为絮凝装置的设计提供了良好基础，但目前对絮凝过程的理论研究多侧重于微观分析，设计中以水流速度、停留时间等作为设计指标不能充分、全面地反映絮凝过程，因此有必要按絮凝理论来探讨絮凝池设计的合理方法和指标。1絮凝控制指标［1］多年来国内外不少学者对絮凝池有关参数以及综合控制指标问题进行了探讨，通常以

3、G与GT值作为絮凝效果的控制指标，认为平均速度梯度G值综合地表征了水流紊动程度，亦即反映了颗粒的碰撞频率，GT值则相当于单位体积的水体中颗粒碰撞的总次数。只要相应地保持G和GT值与絮凝池大致相同，则搅拌试验在一定程度上能起到模拟生产过程的作用。有些研究者提出选用E1/3代替G值，E1/3T作为判别絮凝效果的准数。近年国内有人曾建议以GTRe-1/2作为衡量絮凝效果的一个综合指标，以此作为推广小试结果的依据。作者通过对絮凝动力学机理的研究分析提出［2］，在紊流条件下水流沿垂直流向可分为3层：粘性底层、过渡区和紊流区。粘性底层是紧贴固体壁面的极薄层，近似层流状态，流速呈线性分布。在紊流区内紊

4、流惯性力是主要特征因素，粘性切应力很小，只能产生尺度大而强度低的涡流。在这两层之间存在一速中国城镇水网度梯度相当大、涡旋能量最大的区，这一区域就是过渡区。该区中的流体受粘性切应力和紊流惯性力的影响接近于相同的数量级，可认为满足局部平衡条件。由于粘性底层是极薄的流层，且仅占据了絮凝池的极小一部分容积，对絮凝颗粒成长作用甚微，可忽略不计。紊流区是主流区，占据絮凝池的绝大部分容积，区域内剪切力小，有利于絮凝体的成长，且由于涡旋强度低、涡旋速度梯度小、颗粒接触碰撞速率小，故对絮凝速率起主导作用。过渡区虽然也是很薄的流层，占据很小一部分容积，但该层内涡旋强度高、剪切http://www.china

5、citywater.org力大，对絮凝体有很强的破碎作用，同时由于紊流扩散作用，使过渡区和紊流区之间的絮凝颗粒连续循环交换，因此该区主要对絮凝体的成长尺度及其密实度起主导作用。对于絮凝过程的有效能耗可以从两种角度来认识。形成絮凝体的能耗是指对颗粒碰撞、结合起作用的那部分能量，从紊流理论的角度而言，是指紊流区涡旋在衰减过程中的粘性耗散，其量级估计为：2ε=μG0～E/Re(1)3式中ε——有效能耗率，W/m3E——平均能量耗散率,W/mμ——水的动力粘性系数,Pa·sG0——涡旋速度梯度,s-1Re——特征雷诺数日本的船水尚行等人对实际应用较广的竖流隔板絮凝池的水力特性和能耗特性进行了专门

6、研究，他们［3］用热线流速仪测定了絮凝池内的流速分布和紊流能谱。试验及分析结果表明，絮凝池总能耗E、有效能耗ε和特性雷诺数Re之间的关系：ε/E～Re-0.88与式(1)近似，另外国内有人通过对相似搅拌絮凝池中的能耗［3］测定和分析也得出了与式(1)一致的结论。絮凝过程中主流区涡旋速度梯度G0可反映絮凝颗粒接触碰撞速率，则［2］：式中N——T时间内单位体积水中颗粒碰撞的总次数L——水流长度Δp——水头损失Eu——欧拉准数过渡区近似局部平衡，涡旋强度高、剪切力大。各国的大量研究都得出了在相同的原水和凝聚条件下达到絮凝平衡时，絮体粒径主要取决于速度梯度G这一结论。阿格曼等人据此提出了絮体平衡

7、粒径d与速度梯度G的关系：d=C／G(3)式中C——与原水絮凝性质有关的系数保宪仁利用沉降管和摄影的方法对絮体粒径、有效密度和沉速进行了测定，并建立了絮体的密度公式：Kρe=ρs-ρ=α／dρ(4)3式中ρe——絮体的有效密度，g/cm3ρs——絮体密度，g/cm中国城镇水网3ρ——水的密度，g/cm3α——常数，随混凝剂品种和加注量而定，g/cmKρ——指数常数，随混凝剂品种和加注量而定由以上分析可以看出，絮凝反应的完善程度取决于