微渦旋混凝低脈動(dòng)沉淀技術(shù)處理低溫低濁水

微渦旋混凝低脈動(dòng)沉淀技術(shù)處理低溫低濁水論文名稱：微渦渦旋混凝低脈脈動(dòng)沉淀技術(shù)術(shù)處理低溫低低濁水作者：：赫俊國(guó)宋學(xué)峰金昌錦王鶴立徐立群趙錳摘要：依依據(jù)低溫低濁濁水的特點(diǎn)，對(duì)對(duì)其處理過(guò)程程中的亞微觀觀傳質(zhì)及絮凝凝過(guò)程中的動(dòng)動(dòng)力特性進(jìn)行行分析，并通通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果果闡明了該技技術(shù)的可應(yīng)用用性和實(shí)用性性以及低耗高高效的特點(diǎn)。關(guān)關(guān)鍵字：低溫溫低濁水慣性效應(yīng)微渦旋低脈動(dòng)我國(guó)北方地地區(qū)全年有3～5個(gè)月的冰凍凍期，作為主主要飲用水水水源的地表水水在這一時(shí)期期呈現(xiàn)低溫低低濁特性:水溫0～5℃；濁度一般10～30NTUU(有時(shí)降至10NTU以下)；水中膠體體顆粒電位升升高(約為常溫時(shí)時(shí)的2倍)，膠體間靜靜電斥力增大大，穩(wěn)定性增增強(qiáng)；水的粘粘滯性增加，顆顆粒運(yùn)動(dòng)的阻阻力變大，碰碰撞困難；顆顆粒的布朗運(yùn)運(yùn)動(dòng)減弱，微微粒惰性增強(qiáng)強(qiáng)，水中膠體體顆粒的粒徑徑分布趨于均均勻且小于常常溫時(shí)的粒徑徑，造成直接接過(guò)濾的效果果差；水體中中無(wú)機(jī)膠體顆顆粒含量減少少，有機(jī)膠體體顆粒含量增增加，礬花絮絮體中有機(jī)成成分較多，密密度較平常期期?。粍?dòng)力粘粘滯系數(shù)變大大，顆粒的極極限沉降速度度變小，因而而濁度去除率率降低。1機(jī)理研究混合和初始始絮凝是給水水處理的重要要環(huán)節(jié)?；旌虾系谋举|(zhì)是混混凝劑的水解解產(chǎn)物向水體體中的擴(kuò)散過(guò)過(guò)程。擴(kuò)散分分為宏觀擴(kuò)散散和亞微觀擴(kuò)擴(kuò)散，從而導(dǎo)導(dǎo)致微觀微粒粒的碰撞反應(yīng)應(yīng)。宏觀擴(kuò)散散取決于濃度度梯度和水體體湍動(dòng)強(qiáng)度，一一般的混合設(shè)設(shè)備均能完成成宏觀擴(kuò)散。微微觀微粒的碰碰撞反應(yīng)取決決于熱力學(xué)條條件和微粒的的物理化學(xué)特特性。亞微觀觀擴(kuò)散是擴(kuò)散散阻力最大的的一環(huán)，它決決定了混合的的效果。對(duì)擴(kuò)擴(kuò)散系數(shù)可描描述如下：K=α(εε0λ)1/3·λ(λ＞λ0)(1)K=β(λ·ε0/υ)1/2(2)式中λ——渦旋尺度λ——渦旋特征尺度ε——能耗項(xiàng)υ——運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)α、β——與流態(tài)和熱力學(xué)性質(zhì)有關(guān)的系數(shù)由于λ≤λ時(shí)的K值比λ>λ時(shí)的K值小幾個(gè)數(shù)數(shù)量級(jí)，因此此它的擴(kuò)散阻阻力最大。在在實(shí)際工程中中，通過(guò)造成成高比例高強(qiáng)強(qiáng)度的微渦旋旋，利用微渦渦旋的離心慣慣性效應(yīng)來(lái)實(shí)實(shí)現(xiàn)多相物系系中的顆粒遷遷移，克服亞亞微觀傳質(zhì)阻阻力,增加亞微觀觀傳質(zhì)速率，促促進(jìn)亞微觀傳傳質(zhì)。在試驗(yàn)驗(yàn)中，利用管管式微渦混合合器和串聯(lián)圓圓管混合器來(lái)來(lái)實(shí)現(xiàn)混合工工藝.這兩種混合合器通過(guò)控制制水流的速度度和水流空間間的尺度以及及速度零區(qū)的的范圍來(lái)造成成高比例高強(qiáng)強(qiáng)度的微渦旋旋，從而充分分利用微小渦渦旋的離心慣慣性效應(yīng)使混混凝劑的水解解產(chǎn)物瞬間進(jìn)進(jìn)入水體細(xì)部部，使膠體顆顆粒脫穩(wěn)，避避免了局部藥藥劑浪費(fèi)或局局部藥劑不足足的現(xiàn)象發(fā)生生。對(duì)于低溫溫低濁水的混混合，該工藝藝設(shè)備可迅速速使其間膠體體顆粒脫穩(wěn)析析出同時(shí)，較較強(qiáng)的剪切作作用避免了微微絮體的不合合理長(zhǎng)大，從從而保證單位位體積內(nèi)的顆顆粒數(shù)，為微微小礬花的凝凝并提供了物物量保障。水體中中的膠體顆粒粒脫穩(wěn)析出后后，含有微絮絮體的水進(jìn)入入反應(yīng)池，在在反應(yīng)池中使使微絮體相互互碰撞凝并，并并保持一定的的尺度、密實(shí)實(shí)度和抗剪切切強(qiáng)度。在試試驗(yàn)中，通過(guò)過(guò)在反應(yīng)池的的過(guò)水?dāng)嗝嫔仙显O(shè)置不同形形式的網(wǎng)絡(luò)來(lái)來(lái)完成工藝目目的。由于水水流經(jīng)過(guò)格網(wǎng)網(wǎng)和格網(wǎng)后的的過(guò)水?dāng)嗝娌徊灰恢拢虼舜烁鶕?jù)伯努利利方程可知，在在格網(wǎng)處和格格網(wǎng)后的壓力力不一致，有有逆向壓力梯梯度存在。由由于過(guò)網(wǎng)后的的流線分離，在在網(wǎng)條后形成成速度空白區(qū)區(qū)，從而產(chǎn)生生網(wǎng)后渦旋。通通過(guò)控制流速速和采用格網(wǎng)網(wǎng)的形式，可可以控制渦旋旋的大小和強(qiáng)強(qiáng)度。在渦旋旋中取其間的的顆粒進(jìn)行受受力分析，顆顆粒受到離心心力(F1)、水的壓力(F2)和運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生生的繞流阻力力Fd的作用：根據(jù)顆粒所所受的運(yùn)動(dòng)阻阻力Fd=Cd·πr02·ρU2/2(Cd為繞流阻力力系數(shù)，γ0為顆粒尺度)可以得出單單位質(zhì)量顆粒粒受力fd=3CdρU2/(8ρ0γ0)，可以看出出，在水體中中運(yùn)動(dòng)的顆粒粒，單位質(zhì)量量大所受阻力力小，單位質(zhì)質(zhì)量小所受阻阻力大，因此此渦旋內(nèi)不同同尺度的顆粒粒沿徑向有碰碰撞的可能。由由于離心慣性性效應(yīng)，顆粒粒作徑向運(yùn)動(dòng)動(dòng)，在由原速速度區(qū)向新速速度區(qū)運(yùn)動(dòng)時(shí)時(shí)，因速度差差異而與新速速度區(qū)內(nèi)的顆顆粒發(fā)生碰撞撞合并。渦旋旋內(nèi)相鄰的速速度層間產(chǎn)生生滑移也為層層與層間的顆顆粒碰撞提供供條件。另外外，茹可夫斯斯基升力的作作用使得渦旋旋離開(kāi)原位置置，這為不同同渦旋內(nèi)的顆顆粒合并提供供條件。低溫低低濁條件下，原原水濁度越低低給水工藝在在運(yùn)行中的耗耗藥量越高，處處理難度也越越大。研究認(rèn)認(rèn)為，在任何何水體中，保保證單位體積積內(nèi)顆粒的數(shù)數(shù)量和有效碰碰撞的次數(shù)是是至關(guān)重要的的。在濁度較較高時(shí)，單位位體積水體內(nèi)內(nèi)顆粒數(shù)可以以保證，因此此，投加的混混凝劑主要是是使膠體顆粒粒脫穩(wěn)，在有有充足的絮凝凝時(shí)間時(shí)，常常規(guī)工藝可達(dá)達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)。在低濁條條件下，投加加少量混凝劑劑即可使膠體體脫穩(wěn)，由于于低濁時(shí)單位位體積內(nèi)顆粒粒密度小和微微絮體的不合合理凝并，導(dǎo)導(dǎo)致部分微絮絮體失去了碰碰撞凝并的條條件，從而使使得反應(yīng)池出出水礬花中小小礬花比例增增加，給沉淀淀截留增加了了難度。在試試驗(yàn)中，著重重增強(qiáng)了混合合過(guò)程中的傳傳質(zhì)擴(kuò)散和顆顆粒有效碰撞撞，并在水流流過(guò)程中保持持一定的剪切切強(qiáng)度，使凝凝并的礬花不不斷壓密，達(dá)達(dá)到理想的密密實(shí)度。給水水處理中，通通過(guò)對(duì)混合、反反應(yīng)過(guò)程中顆顆粒碰撞凝并并進(jìn)行合理的的動(dòng)力學(xué)控制制，可以大幅幅度增加單位位體積內(nèi)顆粒粒有效碰撞的的幾率，從而而在保障膠體體顆粒脫穩(wěn)的的前提下，降降低單位體積積內(nèi)的顆粒數(shù)數(shù)量，因而較較常規(guī)工藝減減小藥耗。原原水濁度越低低，效果就越越明顯。依據(jù)淺淺池理論及對(duì)對(duì)顆粒沉降中中湍流擾動(dòng)的的抑制，試驗(yàn)驗(yàn)應(yīng)用了小間間距斜板，并并作了對(duì)比計(jì)計(jì)算。在T=5℃,上升流速q=3.00mm/s，斜板單元元為12.5ccm×1.55cm時(shí)，其雷諾諾數(shù)Re=13；而對(duì)于T=5℃，q=2.55mm/s，間距為3.5cm的斜管，其其雷諾數(shù)Re=15。由此可見(jiàn)見(jiàn)，上升流速速為3.0mmm/s的斜板較上上升流速為2.5mmm/s的斜管擾動(dòng)動(dòng)小，從而更更有利于沉降降。在運(yùn)行中中，由于小間間距斜板間距距小、無(wú)側(cè)向向約束、排泥泥面和沉泥面面相等而有利利于礬花沉降降和徹底排泥泥。在實(shí)際制制作過(guò)程中，對(duì)對(duì)斜板材料的的光滑度、強(qiáng)強(qiáng)度及傾角均均作了更有利利于排泥的處處理，因此排排泥徹底，不不積泥，并且且在運(yùn)行過(guò)程程中不改變傾傾角，斜板不不變形，從而而使設(shè)計(jì)意圖圖得以全面實(shí)實(shí)現(xiàn)。由斯托托克斯方程可可知，在低溫溫條件下，由由于動(dòng)力粘滯滯系數(shù)增大，顆顆粒沉降速度度減小，這意意味著在相同同上升流速，在在常溫下可去去除的一定尺尺度的顆粒在在低溫狀態(tài)時(shí)時(shí)去除率降低低，甚至不能能去除而影響響水質(zhì)，同時(shí)時(shí)增加濾池負(fù)負(fù)荷，這也是是冬季北方水水廠降負(fù)荷運(yùn)運(yùn)行的主要原原因之一。由由于在混合反反應(yīng)上的強(qiáng)化化，礬花絮體體保證足夠的的粒度后，在在小間距斜板板中因其沉降降距離短而仍仍可去除，這這在實(shí)際運(yùn)行行中得到了證證實(shí)。2試驗(yàn)在以往的試試驗(yàn)中，采用用了小型設(shè)備備，試驗(yàn)流量量Q=0.5～3.0m3/h，試驗(yàn)水源源包括松花江江和嫩江二大大水系。小型型設(shè)備在低溫溫低濁下運(yùn)行行，其沉后水水濁度均可保保證在3NTU以下，試驗(yàn)驗(yàn)中，串聯(lián)圓圓管混合器混混合時(shí)間10～30s，管式微渦渦混合器混合合時(shí)間3～5s,小孔眼格網(wǎng)網(wǎng)反應(yīng)時(shí)間t=5～10min，小間距斜斜板沉淀池的的上升流速q=2.5～4.0mmm/s。為了對(duì)對(duì)比以及說(shuō)明明渦旋混凝低低脈動(dòng)沉淀給給水處理技術(shù)術(shù)在實(shí)際工程程中應(yīng)用的易易操作性，下下面將該技術(shù)術(shù)在大慶中引引水處理廠的的實(shí)際運(yùn)行情情況與原工藝藝的運(yùn)行情況況介紹如下。中引水水處理廠共10組反應(yīng)沉淀淀池，單組設(shè)設(shè)計(jì)負(fù)荷2.5×1104m3/d。1997年10月—11月對(duì)其中一一組進(jìn)行了應(yīng)應(yīng)用新技術(shù)的的改造。在改改造中，拆除除了原工藝設(shè)設(shè)備，安裝了了與新技術(shù)相相匹配的設(shè)備備，其中反應(yīng)應(yīng)池是依據(jù)原原池的現(xiàn)狀，通通過(guò)布設(shè)不同同孔徑和距離離的格網(wǎng)來(lái)控控制水流的流流態(tài)，使格網(wǎng)網(wǎng)、廊道及轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)彎處的動(dòng)力力條件相一致致或序。原工藝：原水→靜態(tài)混合器(10s))→傳統(tǒng)豎井格格網(wǎng)反應(yīng)池(23miin)→三層側(cè)向流流斜板沉淀池池［q=5.00m3/(m2·h)］→出水試試驗(yàn)工藝：原水→管式微渦混混合器(5s)→小孔眼格網(wǎng)網(wǎng)反應(yīng)池→小間距斜板板沉淀池→出水試驗(yàn)場(chǎng)地原原水取自嫩江江中游的一個(gè)個(gè)水庫(kù)。藥劑劑選用硫酸鋁鋁+活化硅酸，硫硫酸鋁采用藥藥劑廠原液，不不加稀釋?；罨罨杷嵬读苛烤捎?mg//L。試驗(yàn)采用用了電磁流量量計(jì)測(cè)量沉淀淀池日累積出出水量，藥劑劑投加采用計(jì)計(jì)量泵+流量計(jì)，沉沉淀池出水濁濁度采用HACH公司NTU濁度儀測(cè)量量。實(shí)際運(yùn)行行中的對(duì)比結(jié)結(jié)果見(jiàn)圖1、圖2、圖3。新、原工藝藝對(duì)比說(shuō)明：：①新工藝較原原工藝處理量量提高了30.8%;②新工藝投藥藥量較原工藝藝減少26.7%③新工藝的沉沉淀池出水在在3NTU以內(nèi)，原工工藝沉淀池出出水在5.7～11.3NTU，當(dāng)原工藝藝與新工藝以以相同的高負(fù)負(fù)荷量運(yùn)行時(shí)時(shí)，原工藝與與新工藝無(wú)可可比性。3結(jié)論①微渦旋混混凝低脈動(dòng)沉沉淀給水處理理技術(shù)在低溫溫低濁時(shí)期處處理水是行之之有效的。該該技術(shù)揭示了了多相物系傳傳質(zhì)碰撞的動(dòng)動(dòng)力學(xué)致因，因因而在低溫低低濁水處理中中顯示出較強(qiáng)強(qiáng)的適應(yīng)性和和生命力。②低溫低濁水水處理中亞微微觀擴(kuò)散是混混合的關(guān)鍵，通通過(guò)造成高比比例高強(qiáng)度的的微渦旋，利利用其強(qiáng)烈的的離心慣性效效應(yīng)可以保障障藥劑瞬間進(jìn)進(jìn)入水體細(xì)部部，使膠體脫脫穩(wěn)瞬時(shí)、充充分。③對(duì)反應(yīng)池中中水流的全程程進(jìn)行合理有有效的動(dòng)力控控制，可以有有效提高單位位時(shí)間內(nèi)顆粒粒的碰撞凝并并程度，同時(shí)時(shí)可以適度減減少單位體積積內(nèi)的顆粒數(shù)數(shù)，在保證膠膠體脫穩(wěn)的前前提下，節(jié)省省藥耗。④格網(wǎng)的布設(shè)設(shè)一方面形成成微渦旋，使使顆粒碰撞合合并，另一方方面利用過(guò)網(wǎng)網(wǎng)的剪切使絮絮體壓實(shí)，密密度增大。此此外，全程格格網(wǎng)的布設(shè)為為一些流動(dòng)過(guò)過(guò)程中破碎的的礬花重新聚聚集提供了水水力條件。合合理的格網(wǎng)布布設(shè)可以減弱弱低溫和低濁濁的影響。⑤小間距斜板板為礬花的沉沉降提供了良