絮凝过程絮体粒度分布特征及流场仿真 (2010年)

絮凝主要用以改变水中悬浮颗粒的粒度分布。絮凝反应设备创造的水力条件直接影响其内部三维流场的分布，进而对絮体成长及粒度分布起决定性作用。以聚合氯化铝（PAC）为絮凝剂、水中高岭土悬浮颗粒为去除对象，采用浊度仪、颗粒计数仪等在线仪器对絮凝过程进行实时监测和数据记录，研究改变反应条件对动态絮凝过程絮体粒度分布及絮凝效果的影响，并对絮凝反应器内三维流场进行了仿真计算，有助于改善反应设备水流状态和强化絮凝效果。 ### 絮凝过程絮体粒度分布特征及流场仿真 #### 摘要与研究背景 本文探讨了絮凝过程中的絮体粒度分布及其对絮凝效果的影响，并利用仿真技术研究了絮凝反应器内部的三维流场分布。絮凝作为一种重要的水处理技术，主要用于改变水中悬浮颗粒的粒度分布，进而提高水质。絮凝过程中，絮凝剂如聚合氯化铝（PAC）的作用下，水中的悬浮颗粒会聚集形成絮体，这些絮体的粒度分布直接影响着最终的絮凝效果。 传统的絮凝效果评估主要依赖于沉淀池出水的浊度测量，但随着水质标准的不断提高，这种评估方式已经不能满足需求。因此，研究絮体粒度分布对于深入理解絮凝机理、优化絮凝工艺具有重要意义。 #### 实验设计与方法 **1.1 主要仪器与试剂** 本研究中使用的仪器包括PCX2200型颗粒计数仪（美国）、MICROTOL在线浊度仪、RW20.N型多级变速搅拌器（德国）以及方形有机玻璃反应容器等。其中，方形有机玻璃反应容器的有效体积为18L，尺寸为28cm x 28cm x 23cm。 实验用水样为高岭土悬浊液，其主要成分包括SiO2、Al2O3等。絮凝剂选用聚合氯化铝（PAC），含量大于99.0%，pH值为4.9，盐基度为82.4%，水不溶物含量为0.95%。 **1.2 试验方法** - **1.2.1 絮凝剂及试验水样的配制**：将PAC配制成1%溶液备用；试验水样采用高岭土悬浊液配制，浊度控制在98NTU。 - **1.2.2 试验流程**： - 确定最佳投药量（PAC）为10mg/L； - 使用正交试验法确定最佳水力条件，包括快搅速度、快搅时间、慢搅速度和慢搅时间； - 改变絮凝条件，研究不同条件下絮体粒度分布的变化； - 对反应器内的三维流场进行仿真计算，分析其对絮凝效果的影响。 #### 实验结果与分析 **1.3.1 絮凝搅拌试验结果的表征** - 快搅速度：200、250、300 r/min； - 快搅时间：10、20、30 s； - 慢搅速度：60、90、120 r/min； - 慢搅时间：10、15、20 min。 实验结果显示，最佳水力条件为：快搅速度250 r/min、快搅时间10 s、慢搅速度60 r/min、慢搅时间20 min。在此条件下，可获得最优的絮凝效果。 **1.3.2 絮体粒度分布动态变化** 利用颗粒计数仪监测絮凝过程中絮体粒度分布随时间的变化，观察不同粒径范围絮体的生成和长大过程。通过这种方式可以从微观层面深入了解絮凝过程中的颗粒行为，为进一步优化絮凝工艺提供依据。 #### 流场仿真计算 为了更全面地理解絮凝过程中水流状态的影响，研究人员还对絮凝反应器内的三维流场进行了仿真计算。仿真结果显示，不同的水力条件会导致流场结构发生显著变化，进而影响絮体的成长和粒度分布。 #### 结论 本文通过实验研究和仿真计算，揭示了絮凝过程中絮体粒度分布的重要性及其对絮凝效果的影响。研究结果表明，通过优化水力条件可以有效改善絮凝效果，提高水质。此外，三维流场仿真的应用为理解和改进絮凝过程提供了有力工具。这些研究成果对于进一步提高絮凝工艺效率、确保饮用水安全具有重要意义。