关于网格混凝反应机理的几点认识

I第31巷第2期略尔滨建】998年4月JournalofHarbhlUnh,ers筑大学学报Vo1．31No2yofC．E＆ArchitectureApr1998关于网格混凝反应机理的几点认识孙哲唧建扬基先赵耀TtPf『'z，燕大学)(暗尔滨市排水有限责任公司)摘要通过对新型网格反应池和传统反碰池的实验对比，对阿格絮凝反应机理进行了理论分析探讨，从而为丰富完善承处理工艺中混凝过程的理论奠定了基础关键词．臣；堡堡垦皇水处理章貅．分类号卫昂纰。1问题的提出饮用水处理工艺中混凝反应过程是以形成絮凝体为中心的单元净化过程，它的效果是由混凝剂的化学作用和构筑物的动力学作用两个方面来决定的。传统的动力学描述是以1943年Camp和Stain在斯莫卢霍夫为代表的方程式基础上对该式用于素流凝聚可能性进行研究而确定的结果从而提出对平均速度梯度定义为其中：G为平均速度梯度(S)；P为单位体积水体所消耗的功率(J／ms)；为水的动力粘滞系数(N．s／m)上式并不适用于紊流中的凝聚情况，因为速度梯度值并不能完全表示水流的结构特征然而，这个方程式确在许多紊流状态实用性的试验检验中的许多情况下得到满意结果。其解释为：速度梯度值和造成颗粒碰撞的紊流脉冲尺度都决定于同一袭参数，即单位休积液体吸收的机械能和液体本身的牯度。这里G值主要是对絮凝过程进行定性的指导，而不是它的具体数值。实际上，絮凝过程从扩散模型来看，有三种扩散形式：第一种为分子扩散，是由分子的相对运动丽引起的物质传递。这个过程是在分子尺度的空间内进行的。第二种为紊流扩散，由紊流场中涡旋分裂运动所引起的物质传递，这个过程是在涡旋R度的空问内进行的第三种为主体对流扩散，包括一切不属于分子运动或涡旋运动所引起的扩散过程。通常，所考虑的出发点都是以主体对流扩散为出发点，如机械搅拌反应池等然而由Kolmogorof理论可知，紊流场是由各种火小不同的涡旋构成的。液体具有的能量都分布在这些涡旋中，且比例于涡旋尺寸，尺寸犬的涡旋古有的能量也大，当无外界能量))¨入时，由于火尺寸涡旋外缘上两点闻流体的速度差所产生的剪四力能够不断地把大尺寸涡崆稿日期1907—08—25孙哲男蝴裁授晴尔建筑大学i[i政环境工程学院{I50008)一{j6维普资讯http://www.cqvip.com46哈尔滨建筑太学学报第3l卷旋逐级分裂成较小尺寸涡旋。同时，也把大尺寸涡旋的能量传递给较小尺寸涡旋通常假定涡旋在分裂中没有能量耗散，为理想流动，故这样的涡旋分裂过程将继续下去，直到最小涡旋尺寸()为止。凡是尺寸小于^的涡旋，就不再继续分裂，而由液体的粘滞力作用使涡旋消失，并把最小涡旋具有的能量全部转化为热能即能量耗散见图1④(^)⋯m～(a)祸旋太小的分l布顺序涡旋b)复杂涡旋模型(c)小涡旋的分裂当有外界能量不断加入搅拌池图1涡旋运动变化图示中，如果其加入能量恰等于液体的能量耗散，则在液体紊流场中在任何时刻，从大尺寸到小尺寸的范围内，各种不同尺寸涡旋都同时存在，并且不断产生又不断地消失，形成平衡状态下的连续涡旋分布，此即稳定的紊流状态。从上述分析同时可知，所产生的微小涡旋是随机的，涡旋的速度梯度是无法测定的。前面所述的速度梯度实际上只是流场的时均速度梯度，这是由于涡旋群综合作用并进行时平均以后的结果。所以微小涡旋本身速度梯度与空间场的速度梯度完全是两回事。由于空间点速度的时均计算与测试人火地均化了涡流的空间速度场，因此紊流情况下空间场的时均速度梯度远小于微小涡旋内的速度梯度按照Camp—stain速度梯度理论，速度梯度越大，絮凝效果越好。机械反应池效果可以解释即以主体对流扩散为主但是小网格絮凝反应设备，在网格后面一定距离处，紊流可以近似地看成是均匀各向同性紊流，即空间点的运动参数的统计特征值沿各个方向均相同，故此时均速度梯度为零。通过下面对比实验结果，却发现这种网格絮凝效果远优于目前常规的絮凝反应设备。2对比实验2．1试验方案及准备2．1．1试验方案对比试验采用三个方案如下：投药a．原水—混合一往复廊道反应池—斜板沉淀池一出水投药b原水混合一机械搅拌反应池一斜板沉淀池一出水投药c原水—混合——往复廊道小网格反应池—斜板沉淀池——出水2．1．2试验条件维普资讯http://www.cqvip.com第2期孙哲等：夫于网格混艇反应机理的几点认识47(1)原水的制备：原水由松花江河床土经筛分后和自来水根据需要配制而成。(2)混凝剂的选用：选用硫酸铝(精制)。(3)对于絮凝反应的测试以出水余浊为评价指标这是由于沉淀后水的最小剩余浊度对应着絮凝池内凝絮效果的好坏，也对应着水流搅拌时造成的最佳速度梯度值。浊度测定采用721分光光度计，比色皿采用5cm，波长为420rim。2．2试验结果不同原水浊度的三套工艺对比试验见图2、3、4、5。嘉2】。t)