混凝沉淀工艺相似性的模拟试验研究

混凝沉淀工艺相似性的模拟试验研究童祯恭，衷诚,冯治华，童承乾，刘名（华东交通大学土木建筑学院，江西南昌330013）摘要：通过对混凝沉淀烧杯试验方法的改进，即将设定参数速度梯度G值和水力停留时间T值进行有效组合，研究了混凝沉淀烧杯试验与反应池中混合、絮凝和沉淀工艺运行的相似性。结果表明改进的方法可以简单有效的得到较为精确的运行参数，对生产具有实际指导意义。关键词：烧杯试验；混合；絮凝；沉淀；相似性中图分类号：TU99文献标志码：A收稿日期：2015－08-18基金项目：国家自然科学基金项目（51268012）作者简介：童祯恭（1972—），男，教授，硕士生导师，研究方向为给水处理理论与技术。第32卷第5期2015年10月华东交通大学学报JournalofEastChinaJiaotongUniversityVol.32No.5Oct.，2015文章编号：1005-0523（2015）05-0087-06混凝是水处理工艺中最重要的环节之一，混凝效果直接影响处理效果的好坏[1-2]。混凝效果的影响因素很多[3]，如何调试影响混凝和沉淀效果的各项参数（如原水流量、pH、温度、混凝剂量、浓度等)对混凝沉淀法处理水源水具有至关重要的作用。其中，混凝沉淀烧杯试验是研究控制和调试混凝过程用到的最广的方法，可以反映混凝沉淀过程中诸多因素间的复杂关系[4]，为自来水厂的运行或工艺的技术改造提供参考数据。调查表明，我国大多数自来水厂混凝沉淀烧杯试验的运行参数速度梯度G值是通过理论计算或者现场实际测得来的，但是由于试验方法的不规范和测定方法的局限性，其结果往往与实际相差甚远[5]。因此，研究如何准确模拟出速度梯度G值，对整个混凝沉淀烧杯试验的准确性是非常有意义的，对生产具有实际指导意义。1材料与方法1.1实验仪器与试剂SC2000-6E梅宇牌混凝试验搅拌仪、网格絮凝斜管沉淀池10m3·h-1、TDT-2型浊度仪、电子分析天平、PAC（聚合氯化铝）网格絮凝斜管沉淀池平面图如图1。1.2实验水样试验用水取自江西某高校内的湖水。其水质指标：浊度范围7~9NTU、水温20~25℃、pH值6.5~7.5，氨氮3.5~7.6mg·L-1，总磷1.7~1.9mg·L-1，高锰酸盐指数15.6~17.6mg·L-1，总硬度0.6~0.7mg·L-1。1.3实验方法参照中国工程建设标准化协会标准《混凝沉淀烧杯试验方法》[6]CECS130：2001。标准试验方法在确定混合、絮凝搅拌转速和时间的模拟试验中先是测定混合和絮凝过程中的速度梯度，然后设定不同的搅拌时间来确定模拟操作参数，而方法中并有提到如何测定速度梯度，实际中没有直接测定速度梯度的仪器，通常的做法是测定设备中的水头损失，然后根据甘布公式[7]求得速度梯度。这样得出的模拟参数与实际相差甚远，DOI:10.16749/j.cnki.jecjtu.2015.05.013华东交通大学学报2015年表1混合阶段最佳模拟搅拌转速和时间Tab.1Theoptimalsimulationstirringspeedandtimeatmixingstage参数流量Q/（m3·h-1）246810时间T/s116432转速n/（r·min-1）180260400520700图1网格絮凝斜管沉淀池平面图（单位：mm）Fig.1Planargraphofthesedimentationtankwithgridflocculationinclinedtube（mm）穿孔排泥管65250234176581011129进水管40水流向下水流向上25025025025025025090250网格反应区连接管穿孔花墙出水三角堰出水三角堰2501500160250过渡段斜管沉淀区出水槽150150参考价值不高。为此，本文提出一种改进方法，能比较快捷并准确的得出与实际相接近的模拟参数。具体做法如下：因为水流在设备中的停留时间采用的是理论计算值与有效值相差甚微，理论计算值不影响其应用价值[8]，所以该改进方法首先确定搅拌时间，然后设定不同的搅拌转速来确定模拟操作参数，这样避免了测定速度梯度造成的误差，大大提高了模拟参数的准确性。2结果与分析2.1混合搅拌转速和时间的确定混合时间根据加药点到网格1进水口的距离和管径确定，加药点至网格1进水口的距离是3.87m，管径是DN40，计算出的混合时间为t1。模拟试验具体步骤如下：第1步：确定t1值，在网格絮凝池进口处取实际生产中的混合后水样1000mL，立即置于六联搅拌仪的设定位置，并设定搅拌转速为100r·min-1，搅拌5min。程序运行完成后静置5min后取样测定浊度；第2步：将一组搅拌杯装好试验用水各1000mL置于搅拌仪设定位置，设定混合时间为t1，同时各搅拌杯设定不同的混合搅拌转速，接着设定搅拌转