【摘要】：常规水处理工艺流程中絮凝占有重要地位,絮凝工艺的设计与运行对水处理过程作用显著,因而对絮凝工艺的优化研究是非常必要。华东交通大学拥有知识产权的微涡流絮凝工艺在工程应用中其产水率和处理效果方面都优于传统的絮凝工艺,但工艺参数的设置靠经验选取,如涡流反应器投加、竖井孔洞尺寸设置等,且工程应用中对微涡流絮凝工艺关键运行参数如絮凝时间等需深入探究,以保障净水厂在满足水质达标下提高产水量。本文利用Fluent软件对微涡流絮凝工艺进行数值模拟,探究不同涡流反应器、过水孔洞、絮凝时间、温度等因素对流场的影响;结合中试试验,建立流场评价指标、絮体性能参数与出水水质指标之间的关系,为微涡流絮凝装置设计及关键运行参数优化提供理论与实践指导,具体研究结果与结论如下:1、不同结构参数下微涡流絮凝工艺流场数值模拟(1)不同涡流反应器下微涡流絮凝工艺流场数值模拟在水温为20℃,絮凝时间为17.3min(进水流量为6.0 m~3/h)下,模拟分析了投加HJTM-1型和HJTM-2型两种涡流反应器竖井的涡旋速度梯度分布、湍动能分布和能耗散分布,确定了两种涡流反应器的有效作用范围,研究结果表明相较于投加HJTM-1型涡流反应器,投加HJTM-2型涡流反应器其湍动能和能耗散的平均值和极大值都更大,有效作用范围也更大,故投加HJTM-2型涡流反应器将更有利于提高絮体颗粒的碰撞几率。(2)不同过水孔洞结构尺寸(长、宽、离泥斗位置)下微涡流絮凝工艺流场数值模拟在水温为20℃,絮凝时间为17.3min下,对过水孔洞(长L、宽B、离泥斗位置H)进行正交数值模拟分析,以湍动能与能耗散为评价指标,研究结果表明,对于流场湍动能与能耗散的影响,因素主次顺序为:BLH;宽度B对湍动能为高度显著性影响因素,对能耗散为显著性影响因素。长度L对湍动能为显著性影响因素,对能耗散为非显著性影响因素。离泥斗位置H对于湍动能与能耗散的影响均为非显著性影响因素,较优工况为工况1,即长为160mm、宽为110mm、离泥斗位置为55mm。2、不同运行参数下微涡流絮凝工艺流场数值模拟(1)不同絮凝时间下微涡流絮凝工艺流场的影响在絮凝时间为10 min~52 min时,湍动能为1.37×10~(-4)m~2/s~2~6.81×10~(-6)m~2/s~2,能耗散为9.10×10~(-5)m~2/s~3~1.14×10~(-6)m~2/s~3,涡旋尺度为0.32 mm~0.97 mm。湍动能强度、能耗散与絮凝时间呈负有关,湍动能与絮凝时间相关方程为k(28)0.0121t~(-1.919),R2=0.99992,能耗散与絮凝时间相关方程为?(28)0.0698t~(-2.8436),R2=0.99996;涡旋尺度与絮凝时间呈现正相关,相关方程为?(28)0.0157t(10)0.1870,R~2=0.9898。(2)不同温度下微涡流絮凝工艺流场的影响在水温为5℃~30℃时,湍动能为4.13×10~(-5)m~2/s~2~3.69×10~(-5)m~2/s~2,能耗散1.61×10~(-5)m~2/s~3~1.34×10~(-5)m~2/s~3,涡旋尺度为0.773mm~0.481 mm。结果表明湍动能、能耗散、涡旋尺度的大小均随温度升高而减小,温度变化对涡旋尺度的影响明显。3、微涡流絮凝工艺关键运行参数优化试验(1)絮凝时间对絮体等效粒径及出水浊度、COD_(Mn)的影响进行不同絮凝时间下的中试试验,结果表明,随着絮凝时间的增加,絮体等效粒径、浊度去除率与COD_(Mn)去除率均为先增后减的变化趋势;最佳絮凝时间为20.7min,此时絮体等效粒径达到最大为0.606mm;浊度去除率、COD_(Mn)去除率也均为最高,分别为94.3%和78.4%。(2)相对偏差(涡旋尺度与等效粒径之差的绝对值)与出水浊度、COD_(Mn)去除率的关系结合中试试验研究与数值模拟研究,结果表明,出水浊度、COD_(Mn)的去除率与相对偏差存在明显的相关性,其中浊度去除率与相对偏差之间的关系式为:y(28)-457.x(10)96.9,相关系数R~2=0.9223;COD_(Mn)去除率与相对偏差之间的关系式为:y(28)41.3x~(-0.2),相关系数R~2=0.8922。相对偏差越小,浊度、COD_(Mn)的去除率越高。通过Fluent软件对絮凝装置结构参数的流场数值模拟,为优化涡流反应器投加及微涡流絮凝装置结构提供了理论依据;对絮凝工艺运行参数的流场模拟,建立了絮凝时间与流场性能参数间的相关关系;与中试试验测试分析结合,优化了絮凝关键运行参数-絮凝时间,为微涡流絮凝工艺提供理论依据和实践参考,对进一步推动该工艺的应用,促进其理论和技术的发展有深远的意义。
【图文】：
第一章 绪论第一章 绪论前言国水资源尤其是淡水资源并不丰富，，人均淡水占有量 2600 立方米/人·年，水平的 1/4。且更为严峻的是匮乏的淡水资源污染日趋严重。据生态环境发布的《2017 中国生态环境状况公报》显示，2017 年全国地表水 1940 个劣Ⅴ类的水质断面占 161 个，占比 8.3%，如图 1-1 所示。112 个重要湖泊（Ⅴ类占 12 个，占比 10.7%。集中式饮用水水源水质达标率已从 2014 年的2017 年的 90.5%；饮用水水源的短缺和污染，使得传统的净水处理工艺面临业对传统工艺亟待技术升级改造，提高其产水量及处理效率。
技术路线图
【学位授予单位】：华东交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU991.2
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2608491
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