石材加工污水处理工艺及过滤设备的研究

论文摘要

石材在切割与磨光过程中,产生大量高浊度污水,造成了水资源的浪费和环境的污染。课题面向中小石材企业提出一种新型石材污泥脱水系统,在实验与数值模拟相结合的基础上,按照污水絮凝、沉淀、浓缩、固液分离的顺序,改造设计出运行经济的处理工艺和脱水设备。本系统的研发促进了石材污水处理技术的发展,同时带动了石粉再循环利用相关产业,符合循环经济发展的趋势。借鉴一般工业和生活污水处理行业的成熟技术,根据企业要求并在方便技术升级的基础上,课题提出污泥脱水系统的总体规划,包括处理工艺、进料系统、脱水系统和辅助系统。结合日照某石材企业污水生产现状,对沉淀池进行了改造,并进行了参数设计,提出了一套完善的处理工艺。对污泥固有特性——污泥比阻进行了实验研究,污泥浓度低于0.20g/ml时,比阻值a变化明显,高于该值变化趋于平坦；选用聚合氯化铝（PAC）和聚丙烯酰胺（PAM）两种絮凝剂作为添加剂时,对过滤时间、含水率都有较大改善；当按配比添加PAM溶液10ml、PAC溶液7ml时,比阻为0.77×107cm/g,比未添加絮凝剂时降低了55.2%,比只添加PAM时降低了30%,具有明显的絮凝效果,这为进一步完善处理工艺和过滤参数提供了参考。在PRO/E中建立了压滤过滤的数值模型,应用GAMBIT进行了网格划分；采用固液离散相模型和欧拉模型相结合,基于k-ξ湍流模型,在FLUNT中模拟了尺寸为0.7×0.7×0.03m滤室的压力场和速度场分布,分析了不同条件下湍流作用对料浆分离快慢的影响,并得出理想的过滤参数。这为设备的具体型号选择提供了参考,并丰富了过滤理论。设计了一套完善的污泥脱水设备,确定了压滤机的基本结构,选择涤纶滤布作为过滤介质,过滤目数在300-400之间。选用气动隔膜泵作为新式供料设备,对泵的具体型号进行了估计,实现了泵与压滤机的参数匹配。添加了输送带、储泥箱等辅助设备,系统采用PLC控制,完善了控制系统的设计。面向1-10台锯机规模的企业,将污泥脱水系统进行系列化设计,对其运行费用、社会效益进行了评价,分析表明系统满足中小石材企业对污水处理技术的要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 石材污水处理技术研究现状
• 1.2.1 石材污水处理技术发展
• 1.2.2 过滤设备发展现状
• 1.2.3 过滤理论的发展
• 1.2.4 絮凝理论及实践
• 1.2.5 多相流理论及数值模拟
• 1.3 课题研究的目的及意义
• 1.4 课题研究的主要内容
• 1.5 章节结构安排
• 第2章 新型石材污泥脱水系统总体方案及工艺设计
• 2.1 新型石材污泥脱水系统总体规划
• 2.1.1 总体设计原则
• 2.1.2 总体设计指标
• 2.1.3 系统功能划分
• 2.2 污水处理工艺分析
• 2.2.1 一般工业污水处理工艺流程
• 2.2.2 污水处理原则
• 2.2.3 一般污水处理方法
• 2.3 新型石材污水处理工艺设计
• 2.3.1 石材污水处理设计指标
• 2.3.2 石材污水处理工艺设计
• 2.4 工艺参数设计
• 2.4.1 自由沉降理论
• 2.4.2 现有沉淀池的改造设计
• 2.4.3 絮凝剂的添加
• 2.5 工艺分析
• 2.5.1 系统平面布置
• 2.5.2 工艺流程分析
• 2.6 本章小结
• 第3章 石泥脱水特性的优化分析
• 3.1 石材污泥过滤特性的分析
• 3.2 实验方案设计
• 3.2.1 实验分析
• 3.2.2 污泥比阻的测量方法
• 3.2.3 絮凝剂的选取
• 3.3 实验操作过程
• 3.3.1 实验药剂与仪器
• 3.3.2 实验操作过程
• 3.4 实验数据的记录处理
• 3.5 实验数据的分析
• 3.5.1 数据的计算
• 3.5.2 石材污水过滤特性分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 石泥脱水过滤数值模拟
• 4.1 流体运动基本方程
• 4.2 数学模型及其算法
• 4.2.1 湍流模型
• 4.2.2 多相流模型
• 4.2.3 模型数值算法
• 4.2.4 CFD-FLUNT
• 4.3 石材污水过滤模型的建立
• 4.3.1 在PRO/E中三维实体模型的建立
• 4.3.2 GAMBIT网格划分
• 4.3.3 压滤离散模型的建立
• 4.4 过滤模型的分析
• 4.4.1 压力和速度分布
• 4.4.2 固相率分布
• 4.4.3 不同截面下的分布
• 4.5 本章小结
• 第5章 石材污泥脱水设备设计
• 5.1 脱水装置的总体结构
• 5.2 脱水装置的结构
• 5.2.1 厢式压滤机的机械结构
• 5.2.2 厢式压滤机的液压系统
• 5.2.3 过滤介质的确定
• 5.3 入料系统的设计
• 5.3.1 泵的参数选型原则
• 5.3.2 入料泵的型号
• 5.3.3 入料泵参数的确定
• 5.3.4 泵的安装
• 5.4 辅助系统的设计
• 5.4.1 输运设备
• 5.4.2 控制系统的设计
• 5.5 系统运行分析
• 5.5.1 经济效益分析
• 5.5.2 新型石材污泥脱水系统
• 5.6 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情祝表