粉末活性炭自絮凝机制与沉降速率研究

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1、第十一届全国水动力学学术会议暨第二十四届全国水动力学研讨会并周培源教授诞辰110周年纪念大会文集*粉末活性炭自絮凝机制与沉降速率研究,尹海龙徐祖信,,,(教育部长江水环境重点实验室上海200092,,摘要:在原水输水管渠中投加粉末活性炭对污染原水预处理已经成为水源地突发污染事故条件下的应急处理技术手段。长距离输水管渠中,粉末活性炭的自絮凝加速其,沉降速度影响粉炭输移距离和作用效果。本研究采用环形水槽试验装置模拟实际的水流剪切力条件和,。,投加浓度研究粉末活性炭的自絮凝效应和沉降速率试验水流剪切力低于0.60N/m2粉炭、、、、.初始投

2、加浓度为305010020030om研究得出:(l)粉末活性炭随水流输移过程,,叭中产生自絮凝输移时间超过280min后粉末活性炭粒径基本达到稳定;(2)浓度较大的工,,,,况中剪切力对粒径变化的影响更明显而浓度较小的工况中不同水流剪切力下竹炭颗,一,粒物粒径的分布比较接近;(3)试验范围内初始粉炭中值粒径为2.53刀m自凝聚体的稳一16产。,态粒径达10m进一步通过实测粉炭静水沉降速率拟合得出粉炭沉降速率与自凝聚粒径的经验公式。为进一步研究粉末活性炭在输水管渠中的输移过程提供。了依据,,,:关键词粉末活性炭原水输水管渠沉降速率自絮凝

3、。1已l住全1J.「斗、,,粉末活性炭具有吸附速度快有机物处理效果好等特点目前己有近80年应用历史在国内外城市水源水质预处理以及突发水污染事故应急处置中正得到越来越多应用。例如,我国2005年松花江水污染事故中采用粉末活性炭对受硝基苯污染的河流饮用水水源进行应急处置。近年来,为积极应对城市饮用水源的水污染问题,我国特大型城市及大中城市相继建设,其作输水工程的粉末活性炭投加系统用是当饮用水原水水质超标或者发生突发水污染事故,,,发生时在原水输水渠道起始端投加粉末活性炭充分利用原水在输水渠道中的输送时间。,,对污染原水进行中途预处理例如北

4、京市为确保南水北调中线进京原水水质安全于2008,利用净,年建造了输水渠道粉末活性炭投加系统水厂前10km长输水渠道进行原水水质中途,;预处理上海市在两大水源地之一的黄浦江上游松浦大桥取水口于2008年建造了粉末活性炭投,,。加系统利用粉末活性炭在输水渠道的长距离输移过程对污染原水进行中途预处理C:C研究长距离输水渠道中队对污染原水净化效应的基础是队在长距离输水渠道中的。C在。由于PA输移机制队输水渠道中的输移表现为纵向输移和垂向的沉积作用C颗粒物粒申“,国家自然科学基金(11102137)和国家十一五863项目(208AA06A41

5、2)资助第十一届全国水动力学学术会议暨第二十四届全国水动力学研讨会并周培源教授诞辰110周年纪念大会文集径,,,,小且吸附能力强在原水输送渠道中会产生自凝聚作用而聚集成团相应输移机制更加复杂。由于这一特点,具有絮凝或自凝聚效应的粘性细颗粒物在水流中输移研究成为关注。,。,的热点问题国外代表性的研究如Lick等学者川的工作Lick等自1980年开始一直开,展五大湖区砧性细颗粒物的输移机制研究涉及内容包括五大湖区勃性细颗粒物的絮凝沉降、,;特征勃性细颗粒物的运移数学模式等Lick在2009年出版的专著中对相关研究成果进行。,、,、、了全面

6、阐述此外Biggsl,]eou几rtl,]等研究了絮凝体粒径分布形态Biggs121Bouyerl‘j。,Colome:ls等研究了絮凝体粒径与水流剪切力的关系国内夏震寰在20世纪80年代初从胶,;体化学关于悬浮体的稳定理论出发分析了勃性颗粒泥沙的絮凝现象与机理近年来杨铁笙。等[6l对勃性细颗粒的絮凝特征及絮凝效应因素进行了综述在细颗粒物絮凝体发育机制研究方,,、面李富根等17采用分型理论研究勃性细颗粒泥沙絮团的尺度密度等参数与絮团的分形维;[8];“!数关系朱中凡等研究了勃性细颗粒泥沙絮团发育与絮网发育的临界判据朱中凡等[9-1研,

7、提。究了低剪切紊动作用对细颗粒泥沙发育特征的影响出絮凝体粒径与水流剪切的关系在一,一细颗粒物絮凝沉降特性研究方面蒋国俊等【”,2】采用往复式直水槽研究了长江口细颗粒泥沙的动水絮凝沉降特征;王道增等【’3】采用Plv直接观测长江口水库细颗粒泥沙的絮凝过程及沉降速度;周晶晶等[l4]采用环形水槽研究长江口细颗粒泥沙絮凝沉降特征;时钟等[l’l基于长江口,。悬浮泥沙观测数据建立了细颗粒悬沙沉降速度的计算公式然,,、,而进一步研究絮团形成过程以及水流条件对絮团尺寸沉速的关系建立一个概念清晰、表达简洁的模式,仍然是需要解决的问题。具体针对PAC

8、在输水渠道中输移特征研,则鲜。究见报道试验方法自凝聚试验2.,.,试验装趁,。考虑到PAC随水流沉降时间相对较长顺直试验水槽较难满足其沉降的时间尺度要求例如,在1om长的顺直试验水槽中,若断面水流平均速度为0.lm/s,