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水处理微絮凝阶段絮体形态特征对过滤效能影响研究

作　者: 范菲菲
导　师: 南军
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 市政工程
关键词: 微絮凝阶段絮体形态过滤效能低温低浊水
分类号: TU991.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

过滤是给水处理工艺不可缺少的一个环节，其效能好坏直接影响饮用水的安全性及稳定性。从过滤单元本身进行强化具有一定的局限性，而混凝作为水处理的基础环节对后续工艺的处理效能具有显著的影响。微絮凝阶段是混凝开始的最初阶段，在该阶段脱稳颗粒迅速变化，其絮体形态对混凝效果及后续沉淀过滤环节影响较大。本文以混凝-沉淀-过滤试验为基本的研究手段，颗粒计数仪、浊度仪及压力计在线监测水质和滤层水头变化情况。通过研究原水微絮凝直接过滤工艺滤前进水的微絮体形态对过滤效能的影响。在此基础之上，研究常规混凝-沉淀-过滤工艺微絮凝阶段的絮体形态对过滤效能的影响，并引入硅藻土及碳酸钙粉末改变初始颗粒分布使试验结论得到更充分的证实。利用前两种工艺情况下的研究，将结论应用到低温低浊水的处理过程，通过强化微絮凝阶段使过滤效能提高。研究结果表明：原水微絮凝直接过滤，滤前进水絮体颗粒的分形维数越大，滤后出水的颗粒数越少且变化越平稳，过滤初始压力越小，滤层上水头升高速率越慢；滤后剩余颗粒总数及过滤始末时刻滤层上压力差值与滤前进水絮体分形维数呈线性负相关关系，相关系数在0.7以上。本试验条件下的常规工艺中，混凝开始的9.2min内满足微絮凝阶段颗粒快速变化的特征，定义微絮凝阶段为混凝开始的0~9.2min。改变PAC投量、硅藻土投量和碳酸钙投量的情况下，沉后水剩余颗粒数、沉后水剩余浊度、滤后出水颗粒总数、滤后出水影响过滤显著的颗粒数之和、滤层上压力变化值均与微絮凝阶段分形维数变化速率呈负相关关系，相关系数在0.7以上。投加硅藻土或碳酸钙能够显著改善滤后出水水质及降低滤层上的压力值，当PAC投量为20mg/L及硅藻土投量为20mg/L时，滤后出水颗粒数控制在200个/mL以下，PAC投量相同碳酸钙粉末投量为20mg/L时滤后出水颗粒数控制在100个/mL以下。低温及低浊对水处理的影响表现在混凝过程中脱稳颗粒形成较大絮体颗粒的速率低，混凝结束时终止于形成中等粒径的絮体悬浮于水中不能沉降，其微絮凝阶段时间较长，分形维数开始变化的时间较晚且变化速率较低，导致滤后出水颗粒数及滤层上压力值偏高。从强化微絮凝阶段絮体形态的角度提出三种有效处理低温低浊水的措施，分别为采用适合低温低浊水处理的水力条件、选用合理的絮凝剂及改变初始颗粒的方式。本试验条件下，快搅时间1min,快搅强度400rpm,氯化铁投量12mg/L及硅藻土投量10mg/L时，微絮凝阶段粒度变化更迅速，分形维数开始变化的时间较早且变化的速率更大，为低温低浊水处理的最佳工况，过滤5min稳定后滤后颗粒总数控制在100个/mL以下，滤层上压力值也较低，滤层水头损失增长较慢，过滤周期更长，节省运行成本及管理费用。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-20
  1.1 课题背景  11-12
  1.2 絮凝形态学研究进展  12-14
    1.2.1 分形理论概论  12
    1.2.2 分形理论在混凝过程中的应用  12-14
  1.3 微絮凝过程研究  14-15
    1.3.1 微絮凝过滤  14
    1.3.2 混凝过程中的微絮凝阶段  14-15
  1.4 过滤效能的研究  15
  1.5 硅藻土及碳酸钙粉末在饮用水处理中的应用  15-17
    1.5.1 硅藻土特性及其应用  15-16
    1.5.2 碳酸钙粉末特性及其应用  16-17
  1.6 低温低浊水研究现状  17
  1.7 课题研究的目的及内容  17-20
    1.7.1 研究目的及意义  17-18
    1.7.2 研究内容  18-19
    1.7.3 课题来源  19-20
第2章试验材料及研究方法  20-35
  2.1 试验材料及设备  20-24
    2.1.1 试验材料  20-21
    2.1.2 仪器及设备  21-24
  2.2 试验方法  24-30
    2.2.1 溶液的配制方法  24
    2.2.2 试验流程  24-26
    2.2.3 仪器参数设置  26-30
  2.3 试验主要检测技术  30-32
    2.3.1 浊度检测  30-31
    2.3.2 颗粒计数检测  31
    2.3.3 滤层水头损失测量  31-32
  2.4 数据分析  32-35
第3章原水微絮凝直接过滤效能研究  35-51
  3.1 引言  35
  3.2 原水颗粒物浓度特征对过滤出水影响  35-40
    3.2.1 不同原水颗粒物浓度影响  35-37
    3.2.2 不同原水有机物浓度影响  37-40
  3.3 微絮凝接触过滤效能影响研究  40-45
    3.3.1 微絮体形态对接触过滤滤后水粒度分布影响  40-43
    3.3.2 微絮体形态对接触过滤滤上水头变化影响  43-45
  3.4 微絮凝过滤效能影响研究  45-50
    3.4.1 微絮体形态对微絮凝过滤滤后水粒度分布影响  45-48
    3.4.2 微絮体形态对微絮凝过滤滤上水头变化影响  48-50
  3.5 本章小结  50-51
第4章常规水处理工艺微絮凝阶段对过滤效能影响  51-85
  4.1 引言  51
  4.2 滤后水颗粒粒度分布特征  51-53
  4.3 絮凝剂投量变化影响研究  53-63
    4.3.1 微絮凝时间参数确定  54-55
    4.3.2 微絮凝阶段对沉后水影响  55-57
    4.3.3 微絮凝阶段絮体形态特征对滤后水粒度分布影响  57-61
    4.3.4 微絮凝阶段絮体形态特征对滤上水头变化影响  61-63
  4.4 投加硅藻土改变初始颗粒分布影响研究  63-73
    4.4.1 混凝过程粒度分布变化特征  63-66
    4.4.2 微絮凝阶段对沉后水的影响  66-68
    4.4.3 微絮凝阶段絮体形态特征对滤后水粒度分布影响  68-71
    4.4.4 微絮凝阶段絮体形态特征对滤上水头变化影响  71-73
  4.5 投加碳酸钙改变初始颗粒分布影响研究  73-83
    4.5.1 混凝过程粒度分布变化特征  73-76
    4.5.2 微絮凝阶段对沉后水的影响  76-78
    4.5.3 微絮凝阶段絮体形态特征对滤后水粒度分布影响  78-81
    4.5.4 微絮凝阶段絮体形态特征对滤上水头变化影响  81-83
  4.6 本章小结  83-85
第5章低温低浊水微絮凝强化处理技术研究  85-104
  5.1 引言  85
  5.2 低温低浊水处理影响因素分析  85-93
    5.2.1 温度影响  85-89
    5.2.2 浊度影响  89-93
  5.3 改变微絮凝阶段强化过滤效能  93-103
    5.3.1 水力条件调整  93-98
    5.3.2 改变絮凝药剂  98-100
    5.3.3 改变初始颗粒分布  100-103
  5.4 本章小结  103-104
结论  104-106
参考文献  106-111
攻读硕士学位期间公开发表论文  111-113
致谢  113-114
个人简历  114

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