混凝过程中絮体形貌的PIV成像观测与表征

中国环境科学2014，34(4)：951-957ChinaEnvironmentalScience混凝过程中絮体形貌的PIV成像观测与表征毛玉红，常青，曾立云(兰州I交通大学环境与市政工程学院，甘肃兰州730070)摘要：采用粒子成像速度场仪(PIV)对Taylor—Coueae反应器内的混凝过程中絮体的微观形貌进行了观测与表征．结果表明，内筒转速在2O～60r／min范围内，生成的絮体颗粒较大，粒径分布均匀，絮凝沉淀效果最好．由于内简旋转速度的变化直接导致混凝流场形态的变化，所以混凝过程中流场形态的变化对絮体生长过程有重要影响，进而直接影响到混凝效果．混凝过程中流场的周期性变化、涡间存在液体传递的波状涡结构有利于絮体颗粒的结合生长，并导致较高的絮凝沉淀去除率．这也说明PIV技术能够在测量流场的同时较好地反映混凝过程中微絮体的形貌变化特征，从而实现对絮凝过程的原位观测与表征．关键词：混凝；絮体形态；Taylor—Coueae流场；PIV中图分类号：X52文献标识码：A文章编号：1000—6923(2014)04—0951—07CharacterizationandmeasurementoftheflocsduringthecoagulationprocessbyPIV．MAOYu-hong．CHANGQing。，ZENGLi-yun(SchoolofEnvironmentalandMunicipalEngineering，LanzhouJiaotongUniversity,Lanzhou730070，China)．ChinaEnvironmentalScience，2014，34(4)：951-957Abstract：Particleimagevelocimetry(plv)wasappliedtocharacterizeandmeasurethemorphologicalchangesoftheflocsduringthecoagulationprocess．Theresultsindicatedthattheflocsparticlesweremuchbigger,theirsizedistributionwasmoreuniform，andthesedimentationefficiencieswerehigherwhentherotationspeedoftheinnercylinderwasintherange20-60r／min．Therotationspeedoftheinnercylinderhadagreatinfluenceontheflowfieldwhichdirectlyaffectedtheflocssize，morphologyandcoagulationeficiencies．Thevortexflowfieldstructurechangewithtimeperiodicallyandthebulkfluidmotionmaybebeneficialfortheflocstocombinewitheachotherandgrowup，leadingtothehigherflocculationeficiency．ThisresearchdemonstratedthatthemorphologyofthefiocsinthecoagulationprocesscanbecharacterizedanddescribedperfectlybyPIVandPIVCanbeexploitedasausefultoolinthein—situobservationandmeasurementduringcoagulationprocesses．Keywords：coagulmion；flocsmorphology；Taylor-Couetteflowfield；PIV粒子图像速度场仪(PIⅥ是一种全场、动态、非接触测量技术，具有较高的精度和空间分辨率，在流场中投加示踪粒子后，即可用来测定整个流场的瞬时速度，从而定量揭示复杂和非稳定流的总体结构，目前广泛应用于流体力学领域的研究。主要用于水、风、火焰燃烧及喷射等各种流场测量与显示【1】．在水处理领域混凝过程方面的研究涉及较少．混凝反应是混凝工艺最重要的环节，混凝剂与水中颗粒物作用所形成的絮体是混凝工艺过程的产物，其微观结构特征对混凝工艺的操作性能及混凝效果具有重要的影响．但由于絮体本身结构复杂、比较脆弱、易碎和不规则等特性【2-引，极易在测量过程中由于轻微碰触导致其形貌结构发生变化，使其形状失真，给研究结果带来干扰，所以很难有合适的研究方法对絮体的形成环境进行监测．关于絮体监测，常用激光粒度分析仪、FCD水下摄像系统、DH—CPAS颗粒图像系统等进行在线监