给水处理工艺初级絮凝阶段表征及强化控制机制研究

发布时间：2018-02-17 00:32

本文关键词： 絮凝初级絮凝阶段分形维数给水工艺运行效能强化控制　出处：《哈尔滨工业大学》2014年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：常规给水处理的核心操作单元为絮凝、沉淀和过滤，其中絮凝常作为三个核心单元中的第一个单元。在絮凝单元中，所形成絮体的粒度、有效密度和结构强度等性质，对后续两个单元的运行效能，例如沉后水水质、滤后水水质和滤池反洗周期等，都具有较大的影响。因此，絮凝工艺的关键在于能否形成良好的絮体。絮体的团聚是逐步渐进的过程，即絮凝初始时存在大量微小絮体，由微小絮体凝聚成小絮体，再凝聚成中等絮体，最后成长为大絮体。其中，小絮体成长为中等絮体的阶段作为絮体成长过程中的初始阶段具有重要的研究意义，在本文中，这一阶段被称为初级絮凝阶段。为了研究初级絮凝阶段的特征，进行了大量絮凝-静沉-快速过滤实验，以聚合氯化铝为絮凝剂，，高岭土和腐殖酸的混合悬浊液为原水，通过非连续流给水处理在线监测系统，监测絮凝-静沉-快速过滤过程中水中的浊度、颗粒数量和粒度分布、滤池指定位置的压力。所实现的初级絮凝阶段的表征，包括划分方法、颗粒分布特征变化规律、形态变化规律、定义、影响因素，以及与后续处理工艺间的关系等。并研究了初级絮凝阶段的强化方法和机制，这些成果对絮凝理论和给水处理工艺优化控制的研究具有重要意义。首先，分析了絮凝-沉淀-过滤过程中颗粒分布特征随絮凝时间变化规律，以表征各单元运行效能为目的，建立了常规给水处理工艺过程颗粒分布检测方法，得到如下结论：应用沉后水浊度和2~5μm颗粒数量诊断絮凝-沉淀工艺固液分离效果，应用沉淀初期粒度分形维数下降速度v诊断絮凝出水絮体沉降性能，应用RSS0.5诊断滤后水水质稳定性，应用滤层水头损失上升速率诊断滤层水力参数，各参数间均具有较好的相关性(R20.9)。其次，通过对絮凝过程中颗粒分布特征随絮凝时间变化规律的分析，研究了絮凝过程的分段方法、定义和特征。研究结果表明：粒度分形维数适合作为絮凝过程分段的依据，并通过分析其一阶导数随絮凝时间变化规律，将絮凝过程分为准备阶段、初级絮凝阶段、成长阶段和稳定阶段四个部分。并提出了初级絮凝阶段的定义和分析了其特征，找出了表征初级絮凝阶段絮体变化的方法：应用KaG、‘’和Dfg综合评价。并以前面得到的常规给水处理工艺过程颗粒分布检测方法为基础，定量分析了初级絮凝阶段对给水处理工艺中各单元的影响，研究了初级絮凝阶段对给水工艺各单元的影响，实验结果表明初级絮凝阶段絮凝速度每增加1%，絮凝效率增加1.7%，沉淀速度增加4.2%，出水水质稳定性增加0.85%，滤层水头损失增长速度减少0.17%，即初级絮凝阶段的任何变化在后续处理单元都能得到体现和放大的结论，为水厂生产控制及水厂自控研究提供了新的方法。之后建立起加入时间参数的二维DLA模型，模拟研究了絮凝过程中絮体形态随时间变化规律，动力学参数对初级絮凝阶段形成絮体的形态的影响，初级絮凝阶段絮体形态对絮凝出水絮体形态的影响，并在前人研究的基础上改进了絮体分步成长模型，并对模型进行分析计算。研究结果表明：絮体在成长过程中会沿某一优势方向优先生长。初级絮凝阶段形成的絮体具有“活性点”(2-4个)，在成长阶段絮体只会在活性点上成长，并根据活性点的不同成长成不同形态的絮体。絮体有效密度只与初级絮凝阶段形成絮体的有效密度、粒径和活性点数量相关。最后，以前面的研究为基础，提出初级絮凝阶段的强化控制方法，分析了强化方法对初级絮凝阶段的影响，并通过考察沉淀和过滤阶段的运行效能，推断絮凝出水中絮体的沉降性能和粘附性能等性质，最终研究得到了初级絮凝阶段强化控制机制，为实际中强化絮凝工艺的建设、管理和研究提供了新的理论基础。
[Abstract]:In order to study the characteristics of primary flocculation stage , a great deal of flocculation - static sedimentation - rapid filtration experiments are carried out . First , the characteristics of particle distribution in flocculation - precipitation - filtration process were analyzed with the change of flocculation time to characterize the operating efficiency of each unit . The results show that the particle size fractal dimension is suitable as the basis for the segmentation of the flocculation process . The experimental results show that the flocculation efficiency is increased by 1 % , the flocculation efficiency is increased by 1.7 % , the settling velocity is increased by 4.2 % , the water quality stability of the effluent is increased by 0 . 85 % , that is , any change in the primary flocculation stage can be embodied and amplified in the subsequent processing unit , which provides a new method for the production control of the water plant and the automatic control study of the water plant . The effect of floc formation on the morphology of floc formation in the primary flocculation stage is simulated . The results show that the floc formed in the primary flocculation stage is preferentially grown in a certain dominant direction . The results show that the floc formed in the primary flocculation stage can grow preferentially in a certain dominant direction . The flocs formed in the primary flocculation stage can only grow at the active point and grow into flocs of different forms according to the different growth stages . The effective density of the floc is only related to the effective density , particle size and active point quantity of the floc forming the primary flocculation stage . Finally , based on the previous research , this paper puts forward the strengthening control method of the primary flocculation stage , analyzes the effect of the strengthening method on the primary flocculation stage , and through investigating the operation efficiency of the precipitation and filtration stage , it is concluded that the sedimentation performance and the adhesion property of the floc in the flocculation effluent are studied . Finally , the strengthening control mechanism of the primary flocculation stage is obtained , which provides a new theoretical basis for the construction , management and research of the process of strengthening the flocculation in practice .

【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU991.2

【参考文献】