新型气浮-沉淀池运行沉淀工艺的数值模拟

目的 利用数值模拟的方法 为优化设计新型气浮-沉淀池提供参考依据.方法 使用计算流体力学软件Fluent对新型气浮一沉淀池运行沉淀工艺时的固液两相流进行数值模拟.结果 通过数值模拟计算得到颗粒的运动轨迹,及粒径、密度值与去除率的关系曲线.计算了颗粒在密度下限值时的沉淀速度,即各粒径粒子在此密度值时其对应的最不利沉降速度的变化规律.结论 该模型能较好地反映颗粒的沉淀规律,可以作为进一步研究新型气浮-沉淀固液分离工艺设计参数优化的基础.     

油-水-气三相旋流器分离验证及气-液腔结构优化

采用Fluent软件数值模拟了新型油-水-气三相旋流器的分离性能,并以分离效率为目标函数对气-液分离腔主要尺寸进行了优化设计。结果表明,该型油-水-气三相旋流器在油滴与气泡直径为50μm时具有最优的分离效率,且其气泡迁移效率较油滴迁移效率高.当气泡直径为50μm时,气-液分离效率达到99%以上;当气泡直径小于40μm时,气-液分离效率随直径的减小显著下降;当气泡直径小于10μm时,气-液分离效率趋近于零.经对比分析建立了溢流口直径与分流比的线性关系式,且得到优选后气-液分离腔最优主要结构尺寸:分离腔长度203mm,分离腔直径60mm,溢流口插入长度20mm.     

气携式涡旋絮凝反应器数值模拟

采用计算流体力学软件Fluent对气携式涡旋絮凝反应器(GVFR)内部流场进行了气-液两相流数值模拟,研究了GVFR内不同区域流场分布特征,分析了不同流场中絮凝作用,并用GVFR反应装置与搅拌絮凝装置分别对油田压裂返排液进行处理.结果表明:从旋流絮凝反应区到涡流絮凝反应区,流体形态依次为"旋流-涡流-塞流".在旋流絮凝反应区,气、液两相以切向运动为主,最大切向速度为225.6 mm/s,切向速度梯度使小絮体、颗粒间快速碰撞,形成体积较大、密实较低的絮体;在小涡流絮凝反应区内径向速度由0递增到49.1 mm/s,径向速度梯度强化了絮凝反应,使大而疏松絮体破碎,并在微泡作用下重新接触絮凝形成密实絮体;大涡流絮凝反应区内相对稳定的塞流使絮体进一步接触絮凝,并推动絮凝作整体运动.采用GVFR对油田压裂废液进行预处理,出水含油量和悬浮物的质量浓度均低于50 mg/L.     

絮凝体的分形特征和致密型絮凝体形成

传统混凝条件下形成的随机型絮凝体具有分形特征．其分形维数Df与其密度函数ρ3∝dp^-Kp的指数Kp之间具有Df=3-K，的关系．通过建立分步成长絮凝体模型．讨论了在絮凝过程中逐次导入颗粒间的空隙率对絮凝体密度和构造的影响．模型参数分析的结果进一步证明了分步成长的絮凝体是一个典型的分形，其分形维数取决于空隙率ε和颗粒结合个数m．降低ε或提高m均有利于提高Df，使絮凝体由松散型向致密型过渡．脱水收缩和逐一附着模式是达到这一目的的两种操作模式．前者可以通过延长机械搅拌时间来实现，而后者通过造粒流化床实现．实验结果表明两种方式均能提高形成的球状颗粒的密度．但是前者所形成的团粒依然具有颗粒密度随粒径增大而降低的特点，其分形维数为2．40～2．47；而逐一附着模式所形成的团粒密度基本上与粒径无关．其分形维数接近于3．通过讨论造粒流化床操作条件．并将试验得到的致密型絮凝体密度和常规絮凝体密度进行比较．说明该方法实现逐一附着型絮凝体操作是促使絮凝体致密化的有效途径．     

内循环流化床气固分离区两相流实验研究

在φ２００试验模型上，对内循环流化床气固分离区进行了两相流实验研究，得到了强下旋流场的流动特性，以及下旋流风率、喷嘴风速、颗粒粒径和床高与床内粒子分离效率的关系曲线。     

轴流旋风除尘器内气固分离特性的数值模拟

为提高轴流旋风除尘器除尘效率,基于CFD-DEM耦合计算方法,分析了进气速度、筒体直径、抽气率等参数对粉尘颗粒在轴流旋风除尘器旋流分离区的运动特性与收集效率的影响。结果表明：进气速度增大或旋流分离区的筒体直径减小,轴流旋风除尘器对细颗粒物分离效率明显增大,在进气速度为20 m·s-1、旋流分离区筒体直径为50 mm的条件下,粒径为2.5μm的粉尘颗粒的分离效率可达到85.6%;采用抽气方式可强化旋流区中已分离粉尘颗粒的沉降,提高轴流旋风除尘器的整体除尘效率,与抽气率为0%相比,在抽气率为5%时,粒径为2.5μm粉尘细颗粒的分离效率可从28.8%增大到63.0%;旋流分离区筒体近壁面0.075D的区域为粉尘颗粒的浓相区,与轴线附近区域的气流发生了明显分离。     

静流场中赤铁矿絮凝体-气泡碰撞概率影响因素研究

为了探究赤铁矿絮凝体-气泡的碰撞过程,基于统计平均和颗粒自由沉降的思想,通过自行搭建的颗粒-气泡碰撞观测系统对不同絮凝体颗粒尺寸与气泡直径、絮凝体密度和分形维数之间的碰撞概率变化进行研究.结果表明:在气泡直径小于1.17mm范围内,絮凝体碰撞概率线性增强趋势明显,且随着絮凝体粒度的增大这种趋势有所放缓,絮凝体密度、分形维数则在气泡直径一定条件下,碰撞概率呈线性正相关关系.结合赤铁矿絮凝体-气泡碰撞概率变化规律和低雷诺数区的中间流流线方程,建立了基于静流场中絮凝体-气泡碰撞概率模型,减小气泡直径、增大絮凝体密度和分形维数对于提高碰撞概率具有重要促进作用.     

生物造粒流化床中颗粒污泥的物理性质及破碎与恢复特性研究

通过两套生物造粒流化床试验装置的并联和串联运行,运用摄影与图像分析、颗粒静沉和密度分析等方法,研究了流化床中颗粒污泥的物理性质及破碎与恢复特性.在作为一级柱(接受人工配置污水)运行的过程中,流化床主要经历了颗粒成长;在作为二级柱(接受一级柱出水)运行的过程中,流化床主要经历了颗粒破碎.试验结果表明,在多次轮回切换工作的过程中,流化床中的颗粒污泥具有动态稳定性,破碎的颗粒很容易得到恢复.颗粒污泥的有效密度随粒径而变化的趋势不明显,粒径-密度关系在双对数坐标图上始终处于同一领域,且远高于常规絮凝体的密度,表明流化床中形成的颗粒污泥具有密实的构造.     

离散单元法模拟颗粒在斜板上运动及分离过程

为了考察颗粒流的分离机制,基于离散单元法数值模拟了颗粒流在斜板上的运动和分离过程.进行了不同粗糙度斜板上等密度不同粒径的颗粒流,以及等粒径不同密度的颗粒流分离状况的模拟.结果表明:等密度不同粒径的颗粒流在斜板上流动时出现了明显的分离情况,且在表面粗糙度大的斜板上颗粒流的分离更加明显,而等粒径不同密度的颗粒流在斜板上流动时没有明显的分离情况.研究结果对理解颗粒流的分离机制具有指导作用.     

气动喷射数值仿真分析

利用CFD软件Fluent建立数学物理模型,运用欧拉法和拉格朗日方法相结合的计算模型对离散相模型(DPM)进行三维数值模拟。研究当进口处空气速度为60m/s时,不同直径的固体颗粒在喷管外部流场的轨迹和横截面上的分布。仿真得到以下结论:在固体颗粒从喷管喷出后短距离内,固体颗粒大体上呈现圆锥状喷射,喷射的锥角随颗粒的减小而逐步减小;颗粒直径减小时,长轴半径接近短轴半径,逐步过渡为圆形。     

低品位铜镍硫化矿浮选中蛇纹石的行为研究

针对蛇纹石脉石矿物的浮选特性,进行了蛇纹石纯矿物、铜镍硫化矿矿石浮选试验研究,在确定疏水絮凝为微细粒铜镍矿物浮选的重要过程中的同时,借助OLMPUS矿物显微镜水中现测结果分析,推断部分脉石矿泥被有用矿物疏水絮团机械夹带一起精矿是精矿中MgO含量降不下去的主要原因。     

射流发泡与小球藻的批次气浮采收

采用射流微泡发生器为发泡装置,通过正交实验考察了藻液浓度、凝聚剂用量、絮凝剂用量、表面活性剂用量和充气时间对小球藻批次气浮采收的影响,对不同介质条件下射流微泡发生器的发泡特性进行了分析.结果表明,在正交组合条件下,采收率最高可达89.57%,凝聚剂用量和藻液浓度在置信水平为90%时影响显著;凝聚剂用量增大,采收率随之升高,但絮凝剂用量存在最优值20mg/L;射流微泡发生器可产生毫米级和微米级气泡,毫米级气泡用于药剂和藻细胞的混合,且受表面活性剂和无机盐的抑制兼并作用的影响明显,微米级气泡用于絮凝体的气浮采收,对介质条件不敏感,因此表面活性剂用量对采收率影响不明显;装置充气2s即可满足混合和气浮的需要,继续充气将使形成的絮凝体重新分散,不利于采收.     

温度和初始颗粒大小对絮体破碎再絮凝的研究

鉴于絮体的形成/破碎/再絮凝过程在适当条件下具有强化去除水中颗粒物的效果,研究温度和初始颗粒大小对絮体破碎再絮凝去除水中颗粒的影响.采用PDA2000透光率脉动检测仪对絮体破碎再絮凝过程进行在线监测.结果表明,在较低温度条件下,絮体破碎后能有较大的恢复率;初始颗粒越大,絮体大小恢复率越高,由较小初始颗粒产生的絮体经破碎后再絮凝其再生能力不如大颗粒,沉后水浊度与大颗粒相比不具有降低优势.当电中和机理占主导作用时,絮体破碎后能重新絮凝,絮体大小能恢复到破碎之前;而当网捕卷扫机理占主导作用时,絮体的恢复能力不如电中和条件,再絮凝能力降低.絮体破碎后再絮凝的沉后水浊度明显低于破碎前,水温对其结果的影响不大.絮体破碎后再絮凝,适用于较大的初始颗粒和较低水温.     

基于分形理论的有机高分子絮凝

在改性天然高分子絮凝剂（CSAX）处理同时含Cu^2＋和高岭土的悬浊液的废水絮凝实验中,显微镜照片研究显示絮凝体的表面和内部具有高度不规则性,絮凝体的形成过程具有分形特征.通过实验研究絮凝体的特性和分形维数之间的关系,分析了絮凝体的分形特征,在原水浊度为100 NTU,pH值为5.0,Cu^2＋的浓度为25 mg/L,CSAX的投加量为30 mg/L的条件下,CSAX的絮凝效果最好,形成絮凝体的分形维数为2.0.证明可以通过监测絮凝体的分形维数来控制絮凝过程.     

基于SEM图像的细颗粒泥沙絮体3维分形研究及其应用

具有分形特征是细颗粒泥沙絮体的重要特性,为了解决目前主要是通过絮体SEM图像研究其2维分形特性的问题,利用SEM图像灰度值重建细颗粒泥沙絮体3维图像,通过MATLAB编程用盒计数法计算絮体3维分形维数;然后基于絮体3维分形维数,推导出细颗粒泥沙静水沉降时清浑交界面的沉降公式,并将其应用在滇池底泥清混交界面的沉降计算中,其计算误差在5%以内。结果表明,直接利用絮体SEM图像计算絮体3维分形维数是可行的,避免了图像处理中人为误差的引入,且通过其推导的沉降公式可用于计算清混交界面的沉速。     

Effect of polycarboxylate-type superplasticizer on the paste fluidity based on the water film thickness of flocs

The excess water film theory and the properties of flocs are integrated to examine the effect of the polycarboxylate-type superplasticizer on the paste fluidity.The theory states that excess water can surround the flocs rather than the particles and that the cell consists of a floc and a superficial water film.Experiments on limestone powder pastes were conducted to verify the theory.The superplasticizer dosage(sp%)and the water–powder ratio by volume(Vw/Vp)were systematically varied.A sedimentation balance method was used to measure the size distribution of the flocs in the limestone powder pastes.The water film thickness(WFT)of flocs was then calculated and shown to determine the paste fluidity.Based on this WFT of flocs,the effect of the sp on the paste fluidity was determined and then compared with the effect of water.     

磷矿浮选废水处理的试验研究

以贵州某地硅钙质磷矿双反浮选废水为研究对象,根据不同作业所产生的废水水质不同,采用CaO+Na₂CO₃+PAC（poly aluminum chloride,聚合氯化铝）+PAFC（poly aluminum ferric chloride,聚合氯化铝铁）的混凝沉淀方法对其进行分质处理. 试验结果表明:粗选精矿滤液和最终精矿滤液在质量浓度分别为3 200 mg/L、4 000 mg/L、4 200 mg/L、4 200 mg/L和3 200 mg/L、3 200 mg/L、3 600 mg/L、3 600 mg/L的CaO+Na₂CO₃+PAC+PAFC试剂处理后返回到浮选,会有效的降低废水回用对浮选效果的影响.     

改性高钛高炉渣的浮选性能

以攀钢高炉渣为原料,采用＂选择性分离与长大＂的方法使高炉渣中的钛富集于钙钛矿中,然后在常温25℃,pH值9.3下,研究捕收剂油酸、捕收剂A与抑制剂水玻璃、CMC的用量对改性高炉渣中钙钛矿浮选性能的影响.实验结果表明：捕收剂油酸和捕收剂A都能用于改性渣的浮选,但是捕收剂A浮选性能更佳;抑制剂水玻璃和CMC都能抑制脉石,但是水玻璃也抑制钙钛矿浮选,所以CMC更适用于改性高炉渣的浮选.本实验优化出最佳浮选工艺,即为捕收剂A用量600 g/t,CMC用量为1 500 g/t时,浮选效果最为理想.此选冶结合的绿色分离技术适宜于攀钢含钛高炉渣的综合处理.     

On the optimization of froth flotation by the use of an artificial neural network

A multi layered, feed forward Artificial Neural Network (ANN) was used to study the effect of feed mean size, collector dosage and impeller speed on flotation recovery and grade. The results of 30 flotation experiments conducted on Jordanian siliceous phosphate were used for training the network while another 10 experiments were used for validation. Simulation results showed that a four layer network with a [9 11 5 9 2] architecture was the one that gave the least mean squared error (MSE). Using this ANN to optimize the flotation process showed that the optimum flotation parameters were 321.28 μm for the feed mean size,0.7354 kg/TOF for the collector dosage and 1225.25 RPM for the impeller speed. Studying the effect of these parameters on flotation recovery and grade was done by analysis of variance, ANOVA. The results showed that grade was more sensitive to changes in flotation parameters than was recovery. They also showed that changes in collector dosage had a more significant effect on flotation grade and recovery than did changes in feed mean size or impeller speed.     

分形维数作为废水絮凝处理效果的表征指标及其影响因素

通过编写MATLAB的二维扩散限制凝聚（DLA）模型程序,对絮体进行模拟仿真,模拟结果表明：絮体呈现内部致密、外部疏松及多孔的结构,用盒子法计算模拟絮体获得的分形维数在1.450～1.725之间。以硫酸铝为絮凝剂处理模拟高岭土废水,利用显微拍摄技术观察絮体结构,并用盒子法计算获得的絮体分形维数在1.36～1.50之间。同时实验考察pH值、絮凝剂用量、混凝温度对絮凝效果的影响,通过单因素实验与正交实验,获得了最佳工艺条件：pH值为6.5,絮凝剂用量为25 mg/L,混凝温度为25℃,在此条件下,高岭土废水经处理后浊度为4.26,絮体的分形维数为1.497。结果表明：絮体的分形维数越大,处理后废水浊度越小。分形维数可作为废水絮凝处理效果的表征指标之一。