引黄水低温低浊期混凝特性试验研究

论文摘要

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（0.81.4）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,0.0150.05;第二级,0.0060.022;第三级,0.0030.009。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。

论文目录

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