基于微涡流絮凝技术的水处理效果与絮体性能研究

摘要

国内外常规饮用水处理大多数都采用混凝、沉淀、过滤和消毒等工艺，而混凝工艺是水处理中的一个重要组成部分，其过程复杂，影响因素多，形成絮体的粒径大小、结构和强度等对絮凝及后续固液分离的效果有重要的影响。水厂通过检测滤前水浊度来控制投药量具有时间的滞后性，不能快速反应出絮凝效果，且现有部分水源水质恶化，水厂工艺老化，生产效率低，药、能耗大，出现供水能力不足、水质达标困难。因此，本课题通过应用我校拥有自主知识产权的微涡流净水技术，设计了涡流絮凝池絮凝效果试验和絮凝过程中絮体性能试验，试验期间原水取于华东交通大学孔目湖湖水。试验先通过混凝沉淀烧杯试验优选出后续试验所用混凝剂及投加量，再研究不同的絮凝时间、投药量工况下，处理水源水中浊度、高锰酸盐指数（CODMn）、总磷（TP，由于湖水磷含量较高，因此将TP作为一个考察指标）等污染物指标的去除效果，最后应用基于机器视觉的絮体在线检测方法，对絮凝过程絮体性能参数（等效粒径、数量等）的检测，考察絮凝时间、投加量对絮体等效粒径、数量影响，以及絮体等效粒径、数量与沉后水水质的关系，探讨混凝剂投加量控制过程的建立。试验结果对保证供水水质、安全，推动水处理微涡流絮凝理论和混凝剂投加量控制技术的进步具有重大现实意义。
　　试验期间原水水质：水温20~22℃、pH值6.8~7.2、ξ电位-25.69~-24.72 mv、浊度3.984~6.074 NTU、CODMn4.948~6.840 mg/L、TP0.407~0.566 mg/L。试验结果与结论如下：
　　（1）通过混凝沉淀烧杯试验，研究了聚合氯化铝（PAC）、FeCl3、Al2(SO4)3对絮凝过程水中浊度、CODMn、TP等去除效果，优选出PAC为最佳混凝剂，初定混凝剂投加量为18 mg/L。
　　（2）在PAC投药量18 mg/L条件下，絮凝时间由42.8min逐渐减少至14.25 min（即进水流量由2 m3/h逐渐增大至6 m3/h，水力负荷由32 m3/m2·h增大至96 m3/m2·h），出水浊度、CODMn、TP随着进水流量的增大均先降低后升高或稳定，絮体的等效粒径随着进水流量的增大先增大后减小，絮体数量先大幅增多后有小量减少再增多且幅度变大；在絮凝时间19.0 min（即进水流量为4.5 m3/h、水力负荷72 m3/m2·h）时，出水浊度、CODMn、TP达到最低，分别为0.251NTU、2.052 mg/L、0.101 mg/L，去除率分别为94.3％、61.30%、77.45%，絮凝形成的絮体等效粒径达到最大0.872 mm，絮体数量77个/视窗。
　　（3）试验在絮凝时间19.0 min（进水流量为4.5 m3/h、水力负荷72 m3/m2·h）条件下，PAC投药量6.22 mg/L逐渐增加至21.81 mg/L，出水浊度、CODMn随着投药量的增加均先降低后升高，TP随着投药量的增多先降低后基本稳定有小幅度减小，絮体的等效粒径先逐渐增大后减小，絮体数量先大幅增多，后增多幅度减少，再增多幅度变大；在PAC投药量17.64 mg/L时，出水浊度、CODMn、TP分别为0.291 NTU、2.674 mg/L、0.132 mg/L，去除率分别为95.20%、64.28%、78.13%，生成的絮体等效粒径达到最大0.869 mm，絮体数量为82个/视窗。
　　（4）絮凝反应生成的絮体等效粒径与沉后水浊度之间的变化趋势基本呈负相关，沉后水浊度越低，絮体的等效粒径相对较大，在混凝剂投加量18 mg/L时，沉后水浊度最低，絮凝反应生成的絮体等效粒径较大，数量增长缓慢；水的ξ电位在逐渐趋于0时，絮体等效粒径逐渐增大，数量增多，当水的ξ电位由负变为正值，絮体等效粒径减小，数量增多幅度变大；投加适量的混凝剂，能把胶体快速絮凝起来，絮体等效粒径较大，较大絮体不易破碎，沉后水浊度较低。
　　（5）建立一个及时准确的控制混凝剂投加量的控制方法，输入原水环境（进水浊度、流量、速度、pH等）、絮体等效粒径和数量、出水浊度等参数，输出混凝剂投加量，达到了既考虑原水水质变化的实时性，又避免了检测滤前水浊度的滞后性的投药量控制。

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第一章 绪论

1.1 课题背景

1.2 课题来源、目的和意义

1.3 课题主要研究内容

1.4 研究技术路线

第二章 水处理絮凝理论与混凝投药控制技术综述

2.1 絮凝理论

2.2 混凝投药控制技术研究

第三章 试验设计

3.1 试验装置、设备与药剂

3.2 试验检测分析方法及技术

3.3 试验步骤

第四章 微涡流絮凝技术絮凝效果试验研究

4.1 混凝沉淀烧杯试验

4.2 絮凝时间对絮凝效果的影响

4.3 投药量对絮凝效果的影响

4.4 本章小结

第五章 絮凝过程中絮体性能检测的研究

5.1 絮凝控制条件对絮体性能影响的试验

5.2 絮体性能参量与沉后水水质之间的关系

5.3 混凝剂投加量的控制研究

5.4 本章小结

第六章 结论和建议

6.1 结果与讨论

6.2 建议

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文

致谢