Dean涡的微粒分离原理在污水二级处理中的应用研究

摘要

传统的微粒分离技术包括：絮凝沉淀、电泳分离、免疫磁珠分离、膜分离、流体动力分离技术等，而各项技术都存在着不同的优缺点，其中应用最为广泛的膜分离技术的发展也始终受到浓差极化和膜污染问题的限制。关于弯道层流Dea n涡微粒分离原理已在动力等领域中应用，本研究尝试将弯道层流流动形成的Dean涡产生的微粒分离原理运用于污水的二级处理，开发一种可替代膜、仅依靠流体动力的分离装置。
　　通过流道的流场数值模拟与设计，开发水动力分离（Hydrodynamic Separation，HDS）处理装置，根据流道长度与高度分为整圈1.1 mm、整圈1.0 mm和半圈1.0 mm三种 HDS装置。应用 HDS装置，分别采用投加椰壳活性炭的自来水和投加适量絮凝剂后的某河水进行试验，研究进水颗粒粒径分布、进水流量、混凝剂浓度和流道长度对流道装置分离效果的影响。通过试验及理论分析获得以下成果：
　　①椰壳活性炭HDS试验中，整圈1.1 mm HDS和整圈1.0 mm HDS装置对进水SS的去除率均达到90％以上，半圈1.0 mm HDS装置达到75%左右，其中，整圈1.1mm HDS装置出水效果最好。当进水颗粒粒径分布在94.6~161.4um时，分离去除效果最好。
　　②混凝HDS试验中，当流量小于600 mL/min时，流量越大则分离效果越高，而流量大于600mL/min后，分离效果基本不变，HDS最佳工况流量为600mL/min。此时，整圈1.1mm HDS对浊度的去除率在90%以上，对TP、SS去除率分别在85%、50%以上，经装置分离后的清水的浊度约为1NTU，所研发的 HDS装置应用于污水二级处理中有良好的处理效果。
　　③混凝剂FeCl3所形成的絮体较为密实，粒径较大；PAC所形成的絮体粒径小，易破碎；HDS装置前混凝应采用混凝剂FeCl3，而不宜采用PAC。在最佳流量下，絮凝剂FeCl3的最佳投加浓度为21mg/L。
　　④半圈 HDS相对于整圈 HDS，分离效率较低且不稳定，建议采用整圈 HDS处理水质。
　　⑤HDS仅仅适用于进水中存在非溶解性颗粒类物质的分离，不适用于对COD等溶解性物质的分离。

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主要符号表

1绪论

1.1研究背景和意义

1.2迪恩涡运动规律

1.3二次流分离国内外研究现状

1.4课题研究目标、主要内容和技术路线

2流道的流场数值模拟与设计

2.1模拟软件

2.2模拟过程

2.3流道设计

3试验方案与装置

3.1研究方案

3.2试验装置

3.3试验用水水质

3.4试验指标主要测定方法

4活性炭试验结果与分析

4.1HDS装置微粒分离效果分析

4.2进水粒径分布对分离性能的影响

5混凝-HDS单片试验结果与分析

5.1进水流量对分离性能的影响

5.2混凝剂的选择及浓度对分离性能的影响

5.3HDS流道长度对分离性能影响

6混凝-HDS十片试验结果与分析

6.1整圈混凝-HDS十片试验

6.2半圈混凝-HDS十片试验

7结论与展望

7.1结论

7.2展望

致谢

参考文献

附录

A.作者在攻读学位期间发表的论文目录

B.作者在攻读学位期间参与的科研项目