武道吉,崔巖菲,翁立瑞,鐵中用
(山東建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院,山東 濟(jì)南 250101)
絮凝反應(yīng)過(guò)程在水處理工藝中至關(guān)重要,它所形成的絮體的質(zhì)量直接影響甚至決定了水處理的效果[1],適宜的攪拌速度才利于絮凝體的形成[2]。高效、經(jīng)濟(jì)的絮凝劑對(duì)絮凝作用非常重要,但同時(shí)必須在設(shè)備上提供良好的水力條件,從而形成密實(shí)度好的絮凝顆粒,以利于后續(xù)沉淀、過(guò)濾工藝的高效運(yùn)行[3]。
多年來(lái)國(guó)內(nèi)外不少學(xué)者對(duì)絮凝綜合控制指標(biāo)問(wèn)題進(jìn)行了探討,通常以G與GT值作為絮凝效果的控制指標(biāo),認(rèn)為平均速度梯度G值綜合地表征了水流紊動(dòng)程度,亦即反映了顆粒的碰撞頻率,GT值則相當(dāng)于單位體積的水體中顆粒碰撞的總次數(shù)。近年國(guó)內(nèi)有人曾建議以GTRe-1/2作為衡量絮凝效果的一個(gè)綜合指標(biāo)[4]。另外,現(xiàn)在的混凝技術(shù)基本上是簡(jiǎn)單的一級(jí)絮凝,對(duì)污染雜質(zhì)的去處具有一定的限制,進(jìn)行多級(jí)絮凝的研究也勢(shì)在必行。本文通過(guò)多級(jí)絮凝試驗(yàn)結(jié)果來(lái)對(duì)比分析各級(jí)反應(yīng)去除效果以及各動(dòng)力學(xué)控制指標(biāo)的優(yōu)劣。
本文一級(jí)絮凝試驗(yàn)是在濁度100NTU的水樣中,加入2mL 12g/L的聚合氯化鋁鐵作為絮凝劑,在一定的混凝攪拌條件下取樣測(cè)濁度。二級(jí)絮凝在一級(jí)絮凝試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,根據(jù)一級(jí)絮凝的最佳絮凝時(shí)間,降低攪拌速度,取樣測(cè)量剩余濁度。一級(jí)、二級(jí)絮凝試驗(yàn)的出水濁度逐漸減小,但是,是否絮凝級(jí)數(shù)越大,出水效果越好,是試驗(yàn)中需要解決的問(wèn)題。三級(jí)絮凝試驗(yàn)是在一級(jí)、二級(jí)絮凝試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的進(jìn)一步的絮凝試驗(yàn),主要研究三級(jí)絮凝試驗(yàn)處理水效果是否比一二級(jí)試驗(yàn)的效果更好,以及優(yōu)選三級(jí)控制指標(biāo)的最佳范圍。
藥劑:聚合氯化鋁鐵(PAFC),高嶺土。
儀器:DC-506六槳攪拌機(jī),SZD-2型智能化散射光濁度儀。
式中:CD為阻力系數(shù),一般為 0.2~0.5,本文取0.35;ρ為 1000kg/m3;b為槳葉高度,0.03m;ω 為槳葉旋轉(zhuǎn)角速度;N為轉(zhuǎn)速,r/s;d為槳葉直徑,0.07 m;υ為水的運(yùn)動(dòng)粘度,1.01 ×10-6m2/s;μ 為水的動(dòng)力粘度,1.01 ×10-3Pa·s;V 為水樣體積,0.001m3;
從公式(1)~(4)[5]可以看出,各個(gè)控制指標(biāo)均是nT的倍數(shù)關(guān)系。測(cè)定試驗(yàn)結(jié)果可以通過(guò)已知的n,T值計(jì)算出(1)~(4)等控制指標(biāo)的數(shù)值。比較各個(gè)控制參數(shù),得出每個(gè)控制參數(shù)在試驗(yàn)條件下的最佳控制范圍。
絮凝水樣1000mL,六份,分別放入DC-506六槳攪拌機(jī)中在不同的轉(zhuǎn)速下進(jìn)行攪拌,攪拌完成后靜沉2min,取樣,用SZD-2型智能化散射光濁度儀測(cè)試濁度。
根據(jù)濁度不同,選取各級(jí)各轉(zhuǎn)速下的最低濁度,取定轉(zhuǎn)速n和時(shí)間T,得出一級(jí)和二級(jí)絮凝試驗(yàn)中的各控制指標(biāo)值,通過(guò)比較得出如下結(jié)果:
(1)在 GT、GT/Re1/2、Eu、E1/3T 四個(gè)控制指標(biāo)中,GT值相對(duì)偏差最大,數(shù)值為 0.4;GT/Re1/2、Eu、E1/3T的相對(duì)偏差較小且接近,數(shù)值為0.05左右。因此GT/Re1/2、Eu、E1/3T在此試驗(yàn)條件下更適合作為絮凝的控制參數(shù)。
(2)二級(jí)絮凝試驗(yàn)的出水明顯優(yōu)于一級(jí)絮凝試驗(yàn)的出水,并且二級(jí)絮凝的絮凝時(shí)間也較單純的一級(jí)絮凝試驗(yàn)短。
進(jìn)行完二級(jí)絮凝試驗(yàn),得出二級(jí)絮凝的最佳絮凝時(shí)間,控制最佳絮凝時(shí)間,繼續(xù)降低攪拌速度,進(jìn)行三級(jí)絮凝試驗(yàn),取樣測(cè)量剩余濁度。下面為幾個(gè)典型的在不同的一級(jí)二級(jí)反應(yīng)轉(zhuǎn)速下三級(jí)絮凝試驗(yàn)nT與NTU的關(guān)系圖:
圖1 一級(jí)轉(zhuǎn)速120r/min時(shí)不同二級(jí)轉(zhuǎn)速的三級(jí)反應(yīng)的剩余濁度
圖2 一級(jí)轉(zhuǎn)速為160r/min時(shí)不同二級(jí)轉(zhuǎn)速下三級(jí)反應(yīng)的剩余濁度
圖3 一級(jí)轉(zhuǎn)速250 r/min時(shí)不同二級(jí)轉(zhuǎn)速下三級(jí)反應(yīng)的剩余濁度
圖4 一級(jí)轉(zhuǎn)速300 r/min時(shí)不同二級(jí)轉(zhuǎn)速下三級(jí)反應(yīng)的剩余濁度
通過(guò)圖1~4可以看出,不同轉(zhuǎn)速的絮凝反應(yīng)其規(guī)律是相同的,即在某一個(gè)時(shí)間點(diǎn)出現(xiàn)濁度最小值,是由于絮凝作用前期形成絮體較快[6]。當(dāng)絮體達(dá)到最大時(shí)去除濁度對(duì)應(yīng)最好。隨著攪拌的繼續(xù)進(jìn)行,絮體逐漸被破壞,圖中表現(xiàn)為:當(dāng)達(dá)到濁度最優(yōu)值之后,濁度相應(yīng)增加。則通過(guò)不同轉(zhuǎn)速下濁度的最小值點(diǎn),選取nT,來(lái)確定轉(zhuǎn)速的最優(yōu)控制指標(biāo)。并且,三級(jí)反應(yīng)下的濁度要明顯的優(yōu)于一級(jí)、二級(jí)絮凝反應(yīng)濁度。
由三級(jí)絮凝最優(yōu)nT算出的各個(gè)控制指標(biāo)的最優(yōu)值,并將部分?jǐn)?shù)值整理于表1中。
由表1可以看出,轉(zhuǎn)速不同,各個(gè)水力條件隨之改變,絮體的形成過(guò)程受到影響,G值改變,相應(yīng)的GT 值發(fā)生改變,GT、GT/Re1/2、Eu、E1/3T 四個(gè)指標(biāo)都是nT的函數(shù),四個(gè)指標(biāo)都會(huì)相應(yīng)發(fā)生變化。GT值的變化范圍比較大,相對(duì)來(lái)說(shuō),其它三個(gè)指標(biāo)的波動(dòng)范圍較小。由于轉(zhuǎn)速的減小,三級(jí)反應(yīng)的各指標(biāo)數(shù)值明顯的小于二級(jí)絮凝各指標(biāo)值。
表1 三級(jí)絮凝中各控制指標(biāo)最優(yōu)值
三級(jí)絮凝中的各參數(shù)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差與二級(jí)絮凝試驗(yàn)中各參數(shù)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差進(jìn)行比較,得出表2。
表2 中,GT 相對(duì)偏差值最大,GT/Re1/2、Eu、E1/3T的相對(duì)偏差值較小且接近。三級(jí)絮凝與二級(jí)絮凝比較得出:GT值的相對(duì)偏差變小,而GT/Re1/2、Eu、E1/3T三個(gè)指標(biāo)的相對(duì)偏差值變大,GT值與其它三個(gè)指標(biāo)之間的差距逐漸在縮小。
表2 二級(jí)、三級(jí)絮凝控制指標(biāo)的偏差值
由表2,雖然各指標(biāo)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差值之間的差值在逐漸縮小,但是GT的相對(duì)偏差值要比GT/Re1/2、Eu、E1/3T的大。因此,最優(yōu)的控制指標(biāo)為GT/Re1/2、Eu、E1/3T。
(1)三級(jí)絮凝試驗(yàn)中,GT、GT/Re1/2、Eu、E1/3T 四個(gè)控制指標(biāo),GT值相對(duì)偏差最大,GT/Re1/2、Eu、E1/3T的相對(duì)偏差較小且接近。三級(jí)絮凝與二級(jí)絮凝比較得出:GT值相對(duì)偏差變小的同時(shí),GT/Re1/2、Eu、E1/3T三個(gè)指標(biāo)的相對(duì)偏差值變大,GT值與其它三個(gè)指標(biāo)之間的差值逐漸縮小。因此,隨著梯級(jí)絮凝反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行,四個(gè)控制指標(biāo)的相對(duì)偏差值也逐漸縮小。
(2)三級(jí)絮凝試驗(yàn)的出水明顯優(yōu)于一級(jí)、二級(jí)絮凝試驗(yàn)的出水,并且三級(jí)絮凝的絮凝時(shí)間也較一級(jí)、二級(jí)絮凝試驗(yàn)短。
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