絮体破碎过程的仿真及试验分析

为深入探讨絮体成长特征及其结构改善途径,借助一种简化的破碎模式对絮体破碎过程进行计算机仿真,并将仿真结果用于分析不同水动力学条件下破碎后再形成时絮体粒度和结构的演变过程.结果表明,与远离质心的区域内颗粒重组相比,絮体致密性主要取决于其质心附近颗粒的空间分布;絮体破碎后生成粒度较小但结构较为致密的碎片,在适宜的水动力学条件下有利于颗粒进入其内部或者均匀地排列在其周围,实现质心附近颗粒的重组,进而改善絮体结构.此外,还建立了絮体分形生长模型,并对絮凝工艺的操作提出优化建议.

超声空化及絮体破碎过程的模拟与试验分析

为探究利于空化效应的超声条件及超声波破碎絮体机理,基于Matlab平台建立空化气泡模型及2种简化的有限扩散聚集（DLA）絮体破碎模型,进行计算机仿真,并通过试验分析得到实际絮体破碎模式.结果表明：随着超声频率的增加,空化效应减弱;声能密度的增加导致空化气泡振幅增大,声能密度为7W/m L时气泡振幅可达初始半径的200倍,空化效果较好.低声能密（0.03~3W/m L）和低超声频率（25~40k Hz）处理絮体时,剥蚀作用为主导作用,超声后絮体粒径减小,分形维数增大;声能密度超过3W/m L或频率大于40k Hz,大规模破碎占主导作用,实际絮体粒径减幅小且结构散.40k Hz的超声频率更利于絮体的破碎,作用10min后,絮体粒径减幅达9.8%,分形维数为1.394,结构更加密实.

温度和初始颗粒大小对絮体破碎再絮凝的研究

鉴于絮体的形成/破碎/再絮凝过程在适当条件下具有强化去除水中颗粒物的效果,研究温度和初始颗粒大小对絮体破碎再絮凝去除水中颗粒的影响.采用PDA2000透光率脉动检测仪对絮体破碎再絮凝过程进行在线监测.结果表明,在较低温度条件下,絮体破碎后能有较大的恢复率;初始颗粒越大,絮体大小恢复率越高,由较小初始颗粒产生的絮体经破碎后再絮凝其再生能力不如大颗粒,沉后水浊度与大颗粒相比不具有降低优势.当电中和机理占主导作用时,絮体破碎后能重新絮凝,絮体大小能恢复到破碎之前;而当网捕卷扫机理占主导作用时,絮体的恢复能力不如电中和条件,再絮凝能力降低.絮体破碎后再絮凝的沉后水浊度明显低于破碎前,水温对其结果的影响不大.絮体破碎后再絮凝,适用于较大的初始颗粒和较低水温.

低温条件下絮体破碎再絮凝去除水中颗粒的研究

为了了解低温条件下絮体的形成/破碎/再絮凝过程在适当条件下对絮凝去除水中颗粒物的强化效果,采用PDA2000透光率脉动检测仪对絮凝破碎再絮凝过程进行了在线监测.研究结果表明,当电中和机理占主导作用时(混凝剂投加量小于0.1mmo.lL-1),絮体破碎后能重新絮凝,絮体大小能恢复到破碎之前;而当网捕卷扫机理占主导作用时(混凝剂投加量大于0.2mmol.L-1),絮体的恢复情况不如电中和条件,再絮凝能力降低.投加适量的腐殖酸会增加絮体破碎前后的分形维数,但过量的腐殖酸则会降低破碎前后絮体的分形维数.絮体破碎再絮凝后其分形维数比破碎前高.腐殖酸的投加量并不会明显影响絮凝和破碎后再絮凝的FI指数.电中和絮体破碎前初始絮凝时间越长破碎后沉后水浊度越低,破碎后其浊度会比破碎前显著减小.较低投量的铝盐就能使得沉后水浊度降到很低,因此可以降低混凝剂投量而达到更好的水处理效果.

污泥回流比对絮体破碎再絮凝及沉后水水质的影响

采用铁盐污泥回流处理低浊、微污染原水，研究了不同污泥回流比对絮体破碎再絮凝特性和沉后水水质的影响。结果表明：与无污泥回流工艺相比，回流2％～10％的污泥可使絮体的絮凝指数（FI值）大幅提高，但不同回流比条件下的FI值差别不显著；污泥回流使絮体的抗破碎能力有所提高，但破碎后絮体的再絮凝能力明显下降；絮体的成长速率和强度因子随着回流比的增大而逐渐提高，而恢复因子却逐渐降低。另外，回流2％～8％的铁盐污泥能够显著提高对浊度和有机物的去除率，且浊度去除率与絮体恢复因子有较好的相关性。

混凝絮体破碎再絮凝及污泥回流除浊试验研究

以硫酸铝为混凝剂、聚丙烯酰胺(PAM)为助凝剂,考察了不同混凝剂投量下絮体破碎再絮凝的出水浊度变化以及污泥回流量对除浊效果的影响。结果表明:当混凝剂投量为5、7.5mg/L时,可使再絮凝浊度低于初始絮凝浊度,在此混凝剂投量下,回流一定量的污泥可进一步优化再絮凝效果,而PAM的加入会产生一定的胶体保护作用;当混凝剂投量>10 mg/L时,再絮凝浊度高于初始絮凝浊度,在此情况下回流污泥会使再絮凝浊度进一步升高,投加PAM可在一定条件下逆转这种恶化倾向。

混凝剂投加量及污泥回流量对絮体破碎再絮凝的影响

以聚合硫酸铁为混凝剂,利用智能光散射分析仪(IPDA)对絮凝过程进行连续在线监测。考察不同混凝剂投加量、污泥回流量对絮体形成及破碎再絮凝的影响。结果表明:电性中和起主导作用时(聚合硫酸铁投加量为0.08 mg/L),形成絮体强度较大,破碎后恢复能力较强,而网捕卷扫占据主导作用(聚合硫酸铁投加量为>0.2 mg/L)形成的絮体比较松散,恢复因子低至49%,再次形成的絮体FI值较低;污泥回流时,絮凝过程絮体生长速度加快,稳定期絮体FI值大幅提高;回流污泥量越大,絮体的强度因子越大,恢复因子越低,浊度去除率与絮体破碎后恢复能力相关性较大。

pH对铁盐混凝剂处理黄河水效果及生成絮体的影响

通过强化混凝去除地表水中的有机物是控制消毒副产物的主要方法之一,pH是影响强化混凝效果的主要因素.目前,大量的研究集中在pH对混凝效果和混凝机理的研究上,而对在不同pH下生成絮体的物理性质研究较少.本文采用聚合硅酸硫酸铁(PFSS)和聚合硫酸铁(PFS)两种无机高分子混凝剂处理黄河水,在最佳投药量下研究了pH对混凝效果的影响,发现两种混凝剂均在pH5.50时对有机物有最好的去除效果.结合混凝前后絮体Zeta电位的变化,分析了两种混凝剂在不同pH下的混凝机理.通过颗粒粒度分析仪在线观察混凝过程中絮体粒径的生长过程,发现pH对PFSS生成絮体的速度影响较大,对生成絮体的大小影响不大;在pH4.00时,PFS未能生成具有稳定粒径的絮体,当pH≥5.50时,pH对其絮体生长影响不大.对生成的絮体施加强剪切力,通过观察絮体中位粒径变化来考察pH对絮体强度以及破碎再生能力的影响.结果表明,在pH4.00时,PFS生成的絮体强度大,絮体不易破碎,破碎后絮体恢复能力较强;当pH≥5.50时,PFSS生成的絮体强度大,絮体不易破碎,而破碎后絮体的恢复能力较差.

聚合硅酸硫酸铁和聚合硫酸铁处理黄河水的效果及其絮体特性研究

采用聚合硅酸硫酸铁(PFSS)和聚合硫酸铁(PFS)两种无机高分子混凝剂处理黄河水,考察了两种混凝剂对浊度和UV254的去除效果,并结合混凝过程中絮体zeta电位的变化,分析了两种混凝剂的混凝机理.通过激光粒度仪在线观察混凝过程中絮体的生长情况,发现PFSS比PFS生成的絮体生长速度快,尺寸大.对形成的絮体施加不同强度的剪切力,通过观察絮体粒径的变化来比较絮体的强度,发现PFSS生成的絮体强度较大.研究了在不同剪切强度和不同剪切时间下絮体的破碎程度和絮体的恢复能力(分别以破碎因子Bf和恢复因子Rf表示),发现在强剪切力和长剪切时间下Bf和Rf均较大;在相同条件下PFSS生成絮体的Bf较小而PFS生成絮体的Rf较大,这表明前者的抗剪切能力较强,而后者具有更强的再生能力.

四氯化锆与硫酸铝处理微污染水的絮体形态及强度

以某微污染水库水为研究对象,采用激光粒度仪对四氯化锆(Zr Cl4)和酸铝(Alum)的絮凝、破碎及再絮凝过程絮体粒径进行了在线监测,对比考察了不同PH条件下,2种混凝剂形成的絮体的粒径、生长速率、分形维数及强度。

水体中Cr(Ⅵ)对不同混凝剂混凝过程的影响

研究了工业废水中Cr(Ⅵ)在不同颗粒物浓度影响下对不同铝形态混凝剂的影响过程,通过考察浊度去除率以及出水余铝、余铬浓度甄别了混凝效率,并利用混凝过程中剩余p H值、Zeta电位以及絮体性质揭示水中Cr(Ⅵ)在不同浊度下的混凝机制.结果表明,在低浊度条件下,Cr(Ⅵ)对高聚合态Alb的混凝过程具有较大影响,而对低聚合态Ala无明显影响;在高浊度条件下,水中浊度较高时颗粒物会吸附部分Cr(Ⅵ)从而降低其与Alb之间的作用.Alb在混凝中主要发挥电中和作用,其对颗粒的脱稳和絮体的再生具有重要的作用,Ala水解形成的部分Alc在混凝中主要发挥架桥网捕作用,其对絮体的生产和强度因子具有重要作用.同时Cr(Ⅵ)的存在会增强Al13絮体的强度因子,但其消耗了部分正电荷会导致絮体恢复因子降低.