給水處理工藝初級(jí)絮凝階段表征及強(qiáng)化控制機(jī)制研究.pdf

1、常規(guī)給水處理的核心操作單元為絮凝、沉淀和過濾，其中絮凝常作為三個(gè)核心單元中的第一個(gè)單元。在絮凝單元中，所形成絮體的粒度、有效密度和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等性質(zhì)，對(duì)后續(xù)兩個(gè)單元的運(yùn)行效能，例如沉后水水質(zhì)、濾后水水質(zhì)和濾池反洗周期等，都具有較大的影響。因此，絮凝工藝的關(guān)鍵在于能否形成良好的絮體。絮體的團(tuán)聚是逐步漸進(jìn)的過程，即絮凝初始時(shí)存在大量微小絮體，由微小絮體凝聚成小絮體，再凝聚成中等絮體，最后成長為大絮體。其中，小絮體成長為中等絮體的階段作為絮體成長

2、過程中的初始階段具有重要的研究意義，在本文中，這一階段被稱為初級(jí)絮凝階段。為了研究初級(jí)絮凝階段的特征，進(jìn)行了大量絮凝-靜沉-快速過濾實(shí)驗(yàn)，以聚合氯化鋁為絮凝劑，高嶺土和腐殖酸的混合懸濁液為原水，通過非連續(xù)流給水處理在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)絮凝-靜沉-快速過濾過程中水中的濁度、顆粒數(shù)量和粒度分布、濾池指定位置的壓力。所實(shí)現(xiàn)的初級(jí)絮凝階段的表征，包括劃分方法、顆粒分布特征變化規(guī)律、形態(tài)變化規(guī)律、定義、影響因素，以及與后續(xù)處理工藝間的關(guān)系等。并研究

3、了初級(jí)絮凝階段的強(qiáng)化方法和機(jī)制，這些成果對(duì)絮凝理論和給水處理工藝優(yōu)化控制的研究具有重要意義。
　　首先，分析了絮凝-沉淀-過濾過程中顆粒分布特征隨絮凝時(shí)間變化規(guī)律，以表征各單元運(yùn)行效能為目的，建立了常規(guī)給水處理工藝過程顆粒分布檢測(cè)方法，得到如下結(jié)論：應(yīng)用沉后水濁度和2~5μm顆粒數(shù)量診斷絮凝-沉淀工藝固液分離效果，應(yīng)用沉淀初期粒度分形維數(shù)下降速度v診斷絮凝出水絮體沉降性能，應(yīng)用 RSS0.5診斷濾后水水質(zhì)穩(wěn)定性，應(yīng)用濾層水頭損失上

4、升速率診斷濾層水力參數(shù)，各參數(shù)間均具有較好的相關(guān)性(R2)。
　　其次，通過對(duì)絮凝過程中顆粒分布特征隨絮凝時(shí)間變化規(guī)律的分析，研究了絮凝過程的分段方法、定義和特征。研究結(jié)果表明：粒度分形維數(shù)適合作為絮凝過程分段的依據(jù)，并通過分析其一階導(dǎo)數(shù)隨絮凝時(shí)間變化規(guī)律，將絮凝過程分為準(zhǔn)備階段、初級(jí)絮凝階段、成長階段和穩(wěn)定階段四個(gè)部分。并提出了初級(jí)絮凝階段的定義和分析了其特征，找出了表征初級(jí)絮凝階段絮體變化的方法：應(yīng)用 KaG和Dfg綜合評(píng)價(jià)。

5、并以前面得到的常規(guī)給水處理工藝過程顆粒分布檢測(cè)方法為基礎(chǔ)，定量分析了初級(jí)絮凝階段對(duì)給水處理工藝中各單元的影響，研究了初級(jí)絮凝階段對(duì)給水工藝各單元的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明初級(jí)絮凝階段絮凝速度每增加1％，絮凝效率增加1.7%，沉淀速度增加4.2%，出水水質(zhì)穩(wěn)定性增加0.85%，濾層水頭損失增長速度減少0.17%，即初級(jí)絮凝階段的任何變化在后續(xù)處理單元都能得到體現(xiàn)和放大的結(jié)論，為水廠生產(chǎn)控制及水廠自控研究提供了新的方法。
　　之后建立起加入

6、時(shí)間參數(shù)的二維 DLA模型，模擬研究了絮凝過程中絮體形態(tài)隨時(shí)間變化規(guī)律，動(dòng)力學(xué)參數(shù)對(duì)初級(jí)絮凝階段形成絮體的形態(tài)的影響，初級(jí)絮凝階段絮體形態(tài)對(duì)絮凝出水絮體形態(tài)的影響，并在前人研究的基礎(chǔ)上改進(jìn)了絮體分步成長模型，并對(duì)模型進(jìn)行分析計(jì)算。研究結(jié)果表明：絮體在成長過程中會(huì)沿某一優(yōu)勢(shì)方向優(yōu)先生長。初級(jí)絮凝階段形成的絮體具有“活性點(diǎn)”(2-4個(gè))，在成長階段絮體只會(huì)在活性點(diǎn)上成長，并根據(jù)活性點(diǎn)的不同成長成不同形態(tài)的絮體。絮體有效密度只與初級(jí)絮凝階段形