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西北地区高原低温低浊水混凝沉淀工艺试验研究

作　者: 周剑昊
导　师: 赫俊国
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 市政工程
关键词: 西北地区 高原 雪山融化低温低浊水 混凝 沉淀 动力学模型
分类号: TU991.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


低温低浊水由于其水质特性，一直是水处理界研究的重要内容。西北地区高原的雪山融化水在低温低浊水中具有典型代表性。本论文以西宁市第七水厂的原水为研究对象，针对其运行不佳的实际问题，通过混凝沉淀工艺小试，优选了混凝剂、助凝剂，确定了最佳动力学控制参数，同时对低温低浊条件下絮体破碎再絮凝过程进行了研究；在小试基础上，根据小试得出的速度分级和剪切强度设计中试模型设备，并进行中试试验。分析了混凝沉淀工艺运行情况，研究了中试设备的抗冲击负荷性能以及絮体破碎再絮凝对混凝沉淀工艺运行的影响；最后建立了高原低温低浊水絮凝动力学模型。论文通过小试研究，确定了PAC为最佳混凝剂，最佳投药量为45mg/L。最佳动力学参数宜控制为：①快速搅拌（混合）300r/min，时间0.5min；②絮凝工艺按两级划分，第一级絮凝转速n1=120r/min，絮凝时间t1=1.5min；第二级絮凝转速n2＝70r/min，絮凝时间t2＝8min。各级单位体积的能量消耗和剪切强度分别为：h1=0.418J/L、h2=0.442J/L和Fr1=0.03、Fr2=0.01。最佳助凝剂的投加量为0.8mg/L，并于絮凝开始后25min投加效果较好。对絮体破碎再絮凝过程的研究表明，随着破碎次数的增加，要想达到相同的处理效能，PAC及PAM的投药量及再絮凝时间均要有所提高。论文通过中试研究，确定混凝剂、助凝剂的最佳投加工况为投加45mg/L PAC和在8#竖井中投加0.6mg/L PAM，多次重复试验发现在此工况下的沉后水剩余浊度可以稳定控制在0.4NTU以下。在最佳工况点运行时，试验用上向流斜板沉淀池负荷达3.3mm/s时，沉淀池出水浊度可控制在1.0NTU以下。通过调整最佳投药量，中试设备在原水浊度为230NTU范围内的沉后水浊度可以稳定控制在1NTU以下，3075NTU范围内可以控制在2NTU以下，说明中试设备具备较强的抗原水水质冲击负荷的能力。原水浊度在2.53.0NTU内小范围波动并且处理水量在（0.81.2）Q的范围内变化时，只投加PAC45mg/L情况下，沉后水浊度可稳定控制在1.5NTU以下；在投加0.6mg/L PAM助凝的情况下，沉后水浊度通常可控制在0.5NTU以下。絮体破碎的冲击试验表明，随着破碎时间点的往后推移，对应的剩余浊度呈现逐渐上升的趋势。在同一时刻破碎时，随着破碎强度的提高，沉后水的剩余浊度也随之增加，且随着破碎时间点的推迟，破碎强度的影响越来越重要。论文运用Smoluchowski基本原理，引入剪切强度Fr控制絮凝，建立了适用于高原低温低浊水处理的絮凝动力学模型，同时得到适合本研究的E0=0.85。模拟和试验结果在颗粒尺寸分布随时间演化和运行变量对稳定状态尺寸分布影响的比较中相当接近，相对误差可控制在3%17%，预示着此模型系统可以有效地应用到高原低温低浊水处理中絮凝单元的模拟中去。论文提出的适用于西宁市第七水厂特有的动力学控制方法和最佳药剂搭配、低温低浊条件下絮体破碎再絮凝的机理分析以及高原低温低浊水处理的絮凝动力学模型，可为类似原水水质的水厂改造建设与生产运行提供有效的工程示范和技术指导。研究成果的推广和应用，为西北地区地表水处理提供技术支持和科学依据，促进经济发展与进步。

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-10
第1章 绪论  10-24
  1.1 课题研究的背景及目的和意义  10-11
    1.1.1 课题研究的背景  10-11
    1.1.2 课题研究的目的和意义  11
  1.2 国内外研究现状  11-23
    1.2.1 低温低浊水处理技术  11-16
    1.2.2 絮凝动力学  16-20
    1.2.3 基于分形理论的絮凝形态学  20-22
    1.2.4 存在问题与发展趋势  22-23
  1.3 课题来源及主要研究内容  23-24
    1.3.1 课题来源  23
    1.3.2 主要研究内容  23-24
第2章 试验仪器及主要研究方法  24-34
  2.1 试验地水厂与水质  24-27
    2.1.1 试验地水厂  24-25
    2.1.2 原水水质  25-27
  2.2 试验设备  27-29
  2.3 试验仪器与药剂  29-33
    2.3.1 试验仪器  29-32
    2.3.2 试验药剂  32-33
  2.4 检测指标与方法  33-34
    2.4.1 浊度  33
    2.4.2 颗粒数  33
    2.4.3 TOC  33-34
第3章 混凝沉淀工艺小试研究  34-59
  3.1 混凝剂优选  34-36
  3.2 混凝动力学参数的确定  36-40
    3.2.1 快速搅拌试验结果  36-37
    3.2.2 絮凝动力学参数的确定  37-40
  3.3 助凝剂优选  40-41
    3.3.1 助凝剂最佳投加量的确定  40
    3.3.2 助凝剂最佳投加点的确定  40-41
  3.4 絮体破碎再絮凝研究  41-57
    3.4.1 破碎时间点的确定  41-42
    3.4.2 一次破碎投药对絮体再絮凝的影响  42-47
    3.4.3 二次破碎投药对絮体再絮凝的影响  47-52
    3.4.4 三次破碎投药对絮体再絮凝的影响  52-57
  3.5 本章小结  57-59
第4章 混凝沉淀工艺中试研究  59-74
  4.1 混凝沉淀工艺运行分析  59-66
    4.1.1 混凝剂、助凝剂的最佳投加工况  59-61
    4.1.2 设计流量下絮体颗粒粒度的沿程变化分析  61-65
    4.1.3 设计流量下沉淀池出水水质控制  65-66
  4.2 抗冲击负荷性能研究  66-68
    4.2.1 设计水量下抗原水水质冲击负荷试验  66-67
    4.2.2 抗水量冲击负荷试验  67-68
  4.3 絮体破碎的冲击试验  68-72
    4.3.1 破碎时间点对混凝沉淀工艺的影响  68-70
    4.3.2 破碎强度对混凝沉淀工艺的影响  70-72
  4.4 本章小结  72-74
第5章 高原低温低浊水絮凝动力学模型的建立与验证  74-84
  5.1 模型的建立  74-79
    5.1.1 模型的构成  74-78
    5.1.2 模拟的条件  78-79
  5.2 模型的验证  79-83
    5.2.1 颗粒尺寸分布随时间演变的比较  79-81
    5.2.2 运行变量对稳定状态尺寸分布影响的比较  81-83
  5.3 本章小结  83-84
结论  84-86
参考文献  86-91
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  91-93
致谢  93

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 市政工程 > 给水工程（上水道工程） > 净水工程（给水处理）
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