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引黄水低温低浊期混凝特性试验研究

作　者: 张文胜
导　师: 赫俊国
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 市政工程
关键词: 低温低浊引黄水动力学形态学剪切
分类号: TU991.22
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

低温低浊水净化是给水处理中的难点问题,而黄河水体在静沉后表现出的低温低浊特性又有其特殊性,实际工艺运行表明,其混凝特性有待进一步探讨。本课题以实际水厂为研究对象,针对其运行不佳的现状,通过对原水分析、实验室机理探讨、现场中试试验三个阶段进行研究工作,利用物理化学、动力学、形态学阶段控制描述混凝过程,并最后确定最优的控制参数。论文通过小试和中试试验进行了混凝剂(PAC、Al2(SO)3、PFC、FeCl3)、助凝剂(PAM、活化硅酸、PAC)的优选及抗冲击负荷试验,确定最佳混凝剂为PAC,投加量5.8mg/L,沉后水浊度和残余铝分别为0.94NTU和0.18mg/L。最佳药剂组合为PAC+PAM,投加量分别为5.8mg/L和0.5mg/L,连续运行表明,沉后水浊度≤0.5NTU,保证率100%,残余铝0.08mg/L。抗冲击负荷试验表明,其处理水量在(0.8~1.4)Q的范围内变化时,沉淀后水质通常可控制在0.5NTU以下,残余铝控制在0.1mg/L以下。以上数据均在原水温度低于5℃的条件下获得,试验工艺对引黄低温低浊原水具有较强的适应性。论文以引黄低温低浊水体为代表,通过混凝烧杯试验进行动力学小试研究,采用分形维数、颗粒粒径、浊度等指标进行絮凝效果分析,认为絮凝工艺宜分为三级,并确定了各阶段Fr的最佳值:第一级为0.03,第二级为0.01,第三级为0.003;通过中试试验验证并确定了各级工艺的最佳Fr范围:第一级,0.015~0.05;第二级,0.006~0.022;第三级,0.003~0.009。中试试验证明,在原水温度<5℃、浊度<10NTU且不投加助凝剂的条件下,絮凝池末端絮体分形维数可达1.72,沉淀池出水直径在10μm以下的颗粒占全部颗粒的90%以上,而大于50μm的颗粒不足1%,说明絮凝工艺对系统中形成的颗粒具有较高的去除率。论文从工艺学、动力学的角度分析了黄河水厂运行状况不佳的原因,通过试验得出了合理的设计参数,同时证明了合理的工艺分级及动力学参数能解决该原水的混凝问题。在原水温度<5℃、浊度<10NTU且不投加助凝剂的条件下,试验工艺与原工艺对比发现,在絮体分形维数(Df)、颗粒粒径(df)、出水水质、能量消耗、稳定性等方面前者均有较大优势,其中,试验工艺絮凝池末端矾花Df、df分别为1.72、0.52mm,比原工艺提高了8%、63%,沉淀池出水浊度降低了66%,能耗降低了75%,且出水水质稳定。论文提出的引黄低温低浊水混凝过程控制理论与方法,为分析、设计和改造混凝工艺提供了科学依据,用于生产实践,不仅可以提高混凝工艺的处理效率和运行稳定性,改善水质,同时还可节约工程占地面积、节省工程投资和降低运行费用,具有很好的社会效益和经济效益。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-29
  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  11-27
    1.2.1 低温低浊水处理技术  11-20
    1.2.2 混凝动力学  20-23
    1.2.3 絮凝形态学  23-27
  1.3 课题来源及主要研究内容  27-29
第2章课题研究的材料和方法  29-36
  2.1 小试试验  29-32
    2.1.1 水样及药剂说明  29-30
    2.1.2 试验内容与方法  30-31
    2.1.3 分析方法及检测手段  31-32
  2.2 中试试验  32-36
    2.2.1 原水及药剂说明  32-33
    2.2.2 试验内容与方法  33-35
    2.2.3 分析方法及检测手段  35-36
第3章黄河水厂介绍及问题分析  36-41
  3.1 概况  36
  3.2 工艺流程及主要净水构筑物简介  36-38
    3.2.1 工艺流程  36
    3.2.2 主要构筑物简介  36-38
  3.3 问题分析  38-41
    3.3.1 混合工艺存在的问题  39
    3.3.2 絮凝工艺存在的问题  39-40
    3.3.3 沉淀工艺存在的问题  40-41
第4章混凝动力学参数确定及药剂优选  41-63
  4.1 原水水质及水厂混凝剂质量检测结果  41-42
  4.2 混凝动力学参数确定  42-50
    4.2.1 试验方法  42
    4.2.2 快速搅拌试验结果  42-43
    4.2.3 絮凝动力学参数确定  43-50
  4.3 中试模型设备工艺选择与参数确定  50-57
    4.3.1 涡旋中颗粒体的受力分析  51-52
    4.3.2 涡旋中颗粒体的运动分析  52-55
    4.3.3 均匀各向同性紊动的获得  55-56
    4.3.4 中试试验设备确定  56-57
  4.4 混凝剂优选  57-58
  4.5 助凝剂优选  58-60
    4.5.1 活化硅酸助凝  58-59
    4.5.2 阴离子型PAM 助凝  59-60
  4.6 原水与混合水混凝特性对比分析  60-61
  4.7 高锰酸钾预氧化  61-62
  4.8 本章小结  62-63
第5章基于形态学和动力学的混凝特性研究  63-85
  5.1 试验期间原水浊度  63-65
  5.2 混凝剂最佳投药量确定及优选  65-69
    5.2.1 混凝效果及残余铝分析  65-68
    5.2.2 不同浓度混凝剂效率分析  68-69
  5.3 助凝剂优选  69-73
    5.3.1 以1#PAC 为混凝剂  69-70
    5.3.2 以2#PAC 为混凝剂  70-71
    5.3.3 以3#PAC 为混凝剂  71-73
  5.4 抗冲击负荷性能研究  73-75
    5.4.1 抗水量冲击负荷试验  73-74
    5.4.2 斜板抗冲击负荷试验  74-75
  5.5 混凝剂、助凝剂与出水水质的关系分析  75-76
  5.6 颗粒粒径、分形维数、浊度的变化分析  76-78
  5.7 试验工艺与原工艺对比分析  78-83
    5.7.1 除浊效果  78-79
    5.7.2 能耗  79-81
    5.7.3 剪切  81-82
    5.7.4 絮体形态  82-83
  5.8 本章小结  83-85
第6章试验工艺设计与经济性分析  85-90
  6.1 地表水给水处理厂的工艺设计  85-87
  6.2 处理系统的经济性分析  87-88
    6.2.1 工程总投资  87
    6.2.2 年运行成本  87-88
    6.2.3 经济评价  88
  6.3 试验地水厂对比分析  88-89
  6.4 本章小结  89-90
结论  90-92
参考文献  92-99
致谢  99

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