涡旋絮凝气浮的理论及其应用研究

应用流体动力学和气浮原理 ,研究分析紊流条件下絮凝气浮的动力学致因 ,提出了涡旋絮凝气浮理论和方法。介绍了涡旋絮凝气浮池的工作原理及实际应用情况。

微涡旋絮凝-逆流气浮-纳滤集成工艺去除水中腐殖酸的研究之二——以聚合氯化铁(PFC)为絮凝剂

试验研究了微涡旋絮凝-逆流气浮-纳滤集成工艺去除水中腐殖酸的工艺特征和效果.试验结果表明,微涡旋絮凝-逆流气浮工艺去除水中腐殖酸时,在聚合氯化铁（PFC）的最佳投药点0.62 mmol·L^-1（Fe^3＋）下,出水水质符合纳滤膜系统预处理单元的要求,而且该工艺需要PFC絮凝剂的量较低.该预处理系统与纳滤系统组合的集成工艺可以使水中的腐殖酸有机物浓度大大降低,且含TQ56-36FC型纳滤膜的流程1比含M-N1812A型纳滤膜的流程2效果好.前者出水的TOC值可达0.48 mg·L^-1,CODMn值为0.64～0.69mg·L^-1,UV254值为0,且有95%以上的脱盐率.后者出水的TOC值为0.61～1.00mg·L^-1,CODMn值为0.72～0.97mg·L^-1,UV254值为0～0.0109,脱盐率很低.另外,尽管保安过滤/活性炭预处理有利于纳滤膜出水水质的提高,但活性炭柱的存在也降低了纳滤膜对有机物的去除率.动态实验结果表明,该集成工艺在本试验中运行周期为72h.水中颗粒物粒度分布表明,原水、絮凝后和气浮出水中颗粒物粒度分布的中位直径（d50）分别为2～5 μm、21 μm和16μm;经过保安过滤器或保安过滤器/活性炭柱,水样中的颗粒物的d50为0到几个μm;经过纳滤膜后,出水基本无颗粒物.初步研究表明,微涡旋絮凝过程中投药量对絮体的分形维数有着显著影响.

微涡旋絮凝逆流气浮纳滤集成工艺去除水中腐殖酸的研究——以聚合氯化铝(PACl)为絮凝剂

研究了微涡旋絮凝逆流气浮纳滤集成工艺去除水中腐殖酸的工艺特征和效果.试验结果表明,微涡旋絮凝逆流气浮工艺去除水中腐殖酸时,在最佳投药点(PACl),出水水质符合纳滤系统预处理单元的要求,而且该工艺需要PACl絮凝剂的量较低.该预处理系统与纳滤系统组合的集成工艺可以使水中的腐殖酸浓度大大降低,且含TQ5636FC型纳滤膜的流程1比含MN1812A型纳滤膜的流程2效果好.前者出水的TOC值可达0.28～0.45mg·L-1,CODMn值为0.47～0.8mg·L-1,UV254nm值为0～0.0033,且有95%以上的脱盐率;后者出水的TOC值为0.52～1.25mg·L-1,CODMn值为0.66～1.0mg·L-1,UV254nm值为0.008～0.012,脱盐率很低.另外,尽管保安过滤器活性炭预处理有利于纳滤膜出水水质的提高,但活性炭柱与纳滤膜能去除的有机物种类有些重合,活性炭柱的存在也降低了纳滤膜对有机物的去除率.水中颗粒物的粒度分布表明,原水、絮凝后和气浮出水中颗粒物粒度分布的中位直径(d50)分别为5～6μm、10～14μm和8～13μm.经过保安过滤器或保安过滤器活性炭柱,水样中的颗粒物的d50为0到几个μm.经过纳滤膜后出水无颗粒物.

微涡旋絮凝—逆流气浮—纳滤集成工艺去除水中腐殖酸的动态运行特征

通过微涡旋絮凝—逆流气浮—纳滤集成工艺的动态试验研究,确定其运行周期为72h,能很好地去除水中腐殖酸有机物,但不同纳滤膜组成的集成工艺处理效果不同。采用PACl絮凝剂处理水样2时,以流程1运行的含TQ5636FC型纳滤膜的集成工艺出水的高锰酸盐指数为0.45mg/L,UV254nm在0.0033左右波动,且有95%以上的脱盐率。以流程2运行的含MN1812A型纳滤膜的集成工艺处理3种水样时的膜清水的高锰酸盐指数在0.75mg/L左右波动,UV254nm大都远小于0.0075,有时甚至为0。水样1和水样3的UV254nm平均值为0.0054,水样2的最低,平均值为0.0033,脱盐率只有6%～10%。以PACl为絮凝剂时,集成系统有较强的适应原水水质变化的能力。预处理中活性炭柱的存在提高了MN1812A型纳滤膜清水样的水质,但并没有延长膜的使用周期。这也表明膜的污染更重要的是来自无机物的污染。

基于栅条式微涡絮凝的隧道废水处理技术数值模拟

为探究微涡混凝技术在隧道废水处理工艺上的可行性,通过数值模拟手段对不同特征的栅条式微涡发生器所产生的混凝流场特性进行了研究,并采用最优组合形式对浊度为1300 NTU模拟隧道废水进行了水力絮凝验证实验.结果表明:栅条的粗细主要影响流场内流体湍动能及湍耗散的在初始混凝阶段的消耗程度,边长为5 mm的方形栅条更容易维持整个流场内混凝过程中所需的动能;栅条布置间距会改变栅条对流体的阻滞作用,布置间距为11mm时,流体能在反应中后段提供更高的湍动能及湍耗散用于絮凝反应;栅条的长度主要影响流场在轴向方向的能量演变情况,400、600、800 mm的栅条会延长流体在流场内的能量分配距离,使反应器中后段的絮体也能够有足够用于聚集的能量.采用最优组合形式的栅条对浊度为1300 NTU模拟隧道废水进行了水力絮凝验证实验,废水最终出水浊度可稳定在50 NTU以下.

微涡旋絮凝在宁夏某水厂改造中的应用评价

采用传统折板絮凝池处理低浊水时面临絮体沉降性差、"跑矾"等现象。为解决上述问题,宁夏某水厂采用微涡旋絮凝工艺对折板絮凝池进行升级改造,但改造完成后的运行效果仍不理想。通过分析对比微涡旋絮凝池和折板絮凝池中的颗粒数、浊度、絮体沉降体积、分形维数、分子荧光光谱等,讨论现有微涡旋改造的不足,并建立一套评价体系,以指导水厂的升级改造。试验结果表明:经过微涡旋改造后除第二絮凝段外,其他各段对浊度的去除率分别提高了8.7%、6.7%、6.5%、56.1%,絮体颗粒数分别降低了20.8%、14.7%、25.2%、48.4%;第二絮凝段由于布水方式和填加微涡旋球过多(水力扰动过大、短流)等问题,使得絮体的形成受到影响,对浊度和颗粒数的去除率相比折板絮凝池无明显提高。所采用的评价指标能够评价水厂微涡旋改造,具有广泛的应用性,为今后水厂的升级改造提供了良好的评价体系。

宁夏某水厂微涡旋絮凝池提能改造中试研究

宁夏某水厂采用传统的折板絮凝池工艺,在夏季面临大水量运行的要求,但大水量运行会影响折板絮凝池的水力停留时间以及折板间水流速度,从而影响到水厂出水水质。为此,水厂进行了微涡旋升级改造,但改造后仍然面临出水水质不理想的问题。调查发现水厂现有絮凝池的水力停留时间过短,原水在絮凝池中得不到有效絮凝,从而影响了出水水质。为了能够更好地完成水厂的升级改造,进行了微涡旋絮凝池改造中试研究。向中试装置中添加直板对絮凝池进行分格可以缓解短流现象,这对于提能改造具有重要影响。在第一絮凝区微涡旋球高度占有效水深的55%左右、第二絮凝区微涡旋球高度占有效水深的25%左右的最佳条件下,中试装置提能15%,连续运行24 h,出水水质相对折板絮凝池明显改善。

气携式涡旋絮凝反应器数值模拟

采用计算流体力学软件Fluent对气携式涡旋絮凝反应器(GVFR)内部流场进行了气-液两相流数值模拟,研究了GVFR内不同区域流场分布特征,分析了不同流场中絮凝作用,并用GVFR反应装置与搅拌絮凝装置分别对油田压裂返排液进行处理.结果表明:从旋流絮凝反应区到涡流絮凝反应区,流体形态依次为"旋流-涡流-塞流".在旋流絮凝反应区,气、液两相以切向运动为主,最大切向速度为225.6 mm/s,切向速度梯度使小絮体、颗粒间快速碰撞,形成体积较大、密实较低的絮体;在小涡流絮凝反应区内径向速度由0递增到49.1 mm/s,径向速度梯度强化了絮凝反应,使大而疏松絮体破碎,并在微泡作用下重新接触絮凝形成密实絮体;大涡流絮凝反应区内相对稳定的塞流使絮体进一步接触絮凝,并推动絮凝作整体运动.采用GVFR对油田压裂废液进行预处理,出水含油量和悬浮物的质量浓度均低于50 mg/L.

高效絮凝反应器的设计及混凝效能的验证

本文依据絮凝动力学的涡旋理论和无机高分子絮凝剂的絮凝机理设计了一种高效竖流折流式絮凝反应器,并通过絮凝试验对影响高效折流式絮凝反应器絮凝的流道及格网等因素进行了研究,结果表明:通过在反应器内设置适宜的格网,能够显著地改善反应器的絮凝除浊效能,在絮凝试验基础上讨论了高效絮凝反应器的设计思想。

栅条式微涡除浊技术流场数值模拟

针对铁路隧道施工废水的高精度高效率除浊需求,采用在旋流式澄清池的旋流反应区中加入栅条式微涡发生器的方式来提升设备混凝除浊效率。采用数值模拟手段分析了旋流场内加入栅条前后流场内与混凝有关的特征参数变化,并采用水力实验进行效果验证。结果表明,加入栅条后,混凝流场初始段的湍动动能及湍耗散明显提升,较之空池条件下分别提升19.24%、155.59%。这种变化利于混凝反应初期,药剂的充分分散,增加颗粒的初始碰撞概率。同时,栅条引入后,增加了流场内的涡旋尺度分布范围,利于流场内不同尺度颗粒完成涡旋絮凝。在原水浊度1000 NTU的条件下,带有栅条的反应器最终上清液出水浊度达37.4 NTU,絮体分形维数可达1.71,较之空池情况下有明显提升。本研究结果可为微涡旋絮凝技术用于隧道废水处理提供参考。