絮凝体的DLCA分形仿真模拟及水力条件对其影响

为了更好的研究絮凝过程中的颗粒碰撞方式与絮体成长规律,基于Matlab平台,对三维有限扩散集团凝聚(DLCA)模型进行改进,分别模拟异向絮凝和同向絮凝状态下絮体的生长过程,探讨絮凝工艺中两种絮凝作用对絮体成长的影响。结果表明絮凝前期,异向絮凝有助于颗粒之间的碰撞,生成小絮体,而在絮凝中后段,同向絮凝对大絮体的形成以及絮体结构的调整更为有利,两种絮凝方式的结合,可以提升絮凝的效果。     

AFM液池成像技术用于微絮体形态结构特性研究

利用原子力显微镜液池成像技术对不同微絮凝时间条件下不同铝形态分布的PACl与SiO2颗粒物所形成絮体的微观形貌结构特性进行了观测与表征,并通过光子相关光谱对絮体生长过程进行激光粒度分析,结合微絮凝过滤工艺进行试验验证。结果表明,新改进的液池成像技术能够较好地反映混凝过程中微絮体的形貌变化特征及不同的絮凝作用机理,从而实现对环境微观界面过程的原位观测与表征。     

再生水梯级调时絮凝及其参数优化

普通的机械搅拌絮凝池各级絮凝时间相同,搅拌强度逐级减弱,称为梯级絮凝。为了探讨各级絮凝时间对絮凝效果的影响,提高絮体的沉降性能,将各级絮凝时间设计为各不相同的形式,并将此种改变絮凝时间的梯级絮凝定义为梯级调时絮凝。基于此絮凝设计思想,以天津市某再生水厂的混凝过程为研究对象,根据絮体分形结构理论对梯级调时絮凝进行了中试研究。结果表明,在速度梯度G逐级减小的常规控制指标基础上,要为各级絮凝阶段配置合理的絮凝时间才能使整个絮凝达到最佳效果。     

基于CFD模拟的絮凝效果评价指标研究

传统絮凝效果评价指标仅是对絮凝工艺作出整体评价,缺乏对絮凝过程的准确描述,不宜作为采用计算流体力学（CFD）软件模拟絮凝效果的评价指标。结合絮凝的动力学过程及流态特征,从水动力学与絮凝形态学两方面探讨了5种评价指标在CFD模拟絮凝过程中的适用性,分析结果表明,絮体的成长尺度和致密程度取决于涡旋速度梯度G’,而欧拉准数Eu则决定着絮凝过程的完善程度,当考察流场总体情况时,同时采用局部G’与Eu两个指标可对絮凝效果作出更为准确的评估;当需要考察输入能量与絮凝效果之间的关系时还应引入湍动能k和湍动能耗散率ε;当评价絮凝设备的有效造涡能力时,可利用后处理获知的流场参数间接计算涡旋尺度λ作为评价指标,尚应考虑速度分布均匀性指标γv,以考察涡旋分布的均匀性;当以絮体的形态作为评价指标时,应将计算流体力学模型与群体平衡模型（PBM）相结合,建立PBM-CFD耦合形式求解。     

机械破碎强度对絮体破碎再絮凝过程的影响

采用连续流混凝沉淀反应器,研究了絮凝过程中机械搅拌强度对絮体破碎再絮凝过程以及出水水质的影响。结果发现,絮体破碎再絮凝的平均粒径无法恢复至破碎前的水平,同时絮体内部结构发生了变化。当破碎阶段的搅拌转速为250 r/min时,破碎后的絮体再絮凝程度较高,絮凝结束阶段絮体平均粒径为72.9μm,接近破碎前的水平(76.1μm),同时几何分形维数由未破碎时的1.80降至1.75,说明絮体的内部结构变得更加紧实;近球态絮体的比例升至58.7%,长链态絮体比例则降至41.3%,说明机械破碎可以改变絮体形态;对于浊度为100 NTU的原水,沉淀出水浊度由未破碎时的6.69 NTU降至破碎再絮凝后的5.85 NTU,说明适当地进行机械破碎可以提高絮凝处理效果。     

逆流共聚气浮水处理工艺研究

逆流共聚气浮水处理工艺相对于传统的气浮,沉淀处理工艺有很大的优越性,一方面絮凝过程在逆流共聚气浮反应柱中进行,溶气回流水释放的微气泡参与到悬浮颗粒物的絮凝反应中而有助于形成体积重量小而结构牢固的絮体;另一方面反应柱中的微絮体在气泡的生成过程中充当了“核”的作用,有助于溶气水中气泡的迅速并提高气泡与絮体的碰撞粘附效率,同时反应柱中可形成稳定的气泡－絮体共聚悬浮层,有利于拦截随水流下行的絮体与上升的微气泡,提高了处理效率。     

南方低浊高藻水的网格絮凝工艺优化

南方水库水多呈低浊高藻特征，根据速度梯度理论设计的传统网格絮凝池对其处理时存在一定的局限性。依据微涡漩理论对传统网格絮凝池进行了改造，结果表明它能降低沉后水浊度，提高对CODMn和藻类的去除效率。等效粒径和分形维数的研究结果表明，改型池内形成的絮体粒径大且密实、沉降性好，此外改型池的水头损失和药耗也较低。     

吸附架桥机理主导下APAM的多级絮凝效能

对吸附架桥机理主导下阴离子聚丙烯酰胺(APAM)的絮凝过程进行了研究,通过改变絮凝剂投加工况,对比分析常规絮凝与多级絮凝在污染物去除效果、絮体性能、絮体生长动力学与污泥调理能耗等方面的差异。结果表明,相同投药量下,两级絮凝的出水浊度低于三级絮凝和常规絮凝,两级絮凝在最少的APAM投加量(2 mg/L)下达到最低的出水浊度(19.53 NTU);与常规絮凝相比,两级絮凝的絮体成长速率、平均粒径和沉降速率分别增加12.67%、30μm、36.74%。两级絮凝在投加间隔为240 s、投配比为1∶1条件下絮凝效能最优,出水浊度为15.34 NTU,絮体沉降速率为1.1 NTU/s,絮体密度达到1.123 4 g/cm³。絮体破碎再絮凝过程中,两级絮凝与常规絮凝破碎后均能恢复至破碎前水平,但破碎后均出现不可逆的絮体结构破损,粒径在0~100μm的絮体颗粒增多,粒径>400μm的絮体减少,破碎后两级絮凝的絮体强度因子(68.15%)高于常规絮凝(41.63%),两级絮凝的絮体强度和抗破碎剪切能力更高。在剩余污泥调理方面,两级絮凝产生的污泥只需要投加40mg/L的APAM就可以达到最低的滤饼含水率(75.5%)。因此,两级絮凝可以显著提升除浊效能与絮体性能,是强化絮凝的发展方向。     

絮凝体沉速在线测量方法及其应用研究

提出了在絮凝池在线测量絮凝体沉速的方法,通过连续采集絮凝体图像和计算机数据处理,跟踪絮凝体运动轨迹,从而计算每一个絮凝体的沉速,同时介绍了数据处理的过程和基本算法。将基于该方法的絮凝体沉速测量设备(FVD)应用于临江水厂,对试验结果进行的分析表明,絮凝体沉速既可作为评价絮凝效果的指标,又可作为控制混凝剂加注量的依据。     

微涡旋絮凝在宁夏某水厂改造中的应用评价

采用传统折板絮凝池处理低浊水时面临絮体沉降性差、“跑矾”等现象.为解决上述问题,宁夏某水厂采用微涡旋絮凝工艺对折板絮凝池进行升级改造,但改造完成后的运行效果仍不理想.通过分析对比微涡旋絮凝池和折板絮凝池中的颗粒数、浊度、絮体沉降体积、分形维数、分子荧光光谱等,讨论现有微涡旋改造的不足,并建立一套评价体系,以指导水厂的升级改造.试验结果表明:经过微涡旋改造后除第二絮凝段外,其他各段对浊度的去除率分别提高了8.7％、6.7％、6.5％、56.1％,絮体颗粒数分别降低了20.8％、14.7％、25.2％、48.4％;第二絮凝段由于布水方式和填加微涡旋球过多(水力扰动过大、短流)等问题,使得絮体的形成受到影响,对浊度和颗粒数的去除率相比折板絮凝池无明显提高.所采用的评价指标能够评价水厂微涡旋改造,具有广泛的应用性,为今后水厂的升级改造提供了良好的评价体系.     

硫酸铝作为混凝剂时絮体破碎与再絮凝的研究

以硫酸铝为混凝剂,采用智能光散射分析仪(IPDA)对絮体破碎与再絮凝过程进行连续在线监测,考察了pH值和硫酸铝投量对絮体形成及破碎后再絮凝的影响.结果表明:当电性中和作用占主导时(硫酸铝投量为O.12 mmol/L,以Al计),絮体破碎后能继续再絮凝,高岭土-铝体系中产生的絮体恢复因子高达117%,高岭土-腐殖酸-铝体系中产生的絮体恢复因子高达110%;当网捕卷扫作用占主导时(硫酸铝投量≥0.2 mmoL/L),絮体破碎后不能完全恢复,恢复效果不如电性中和作用下的;腐殖酸的存在明显影响絮体形成和破碎后再絮凝过程的絮凝指数.     

絮凝过程中的高密度微分场理论及其应用研究

首次提出强化絮凝过程的高密度微分场理论，运用该理论设计了微分旋流絮凝池，并对其进行了生产性试验；此外还分析了传统絮凝池和微分旋流絮凝池中的微分场特性。结果表明，与目前水厂运行的絮凝池相比，在原水浊度为60～320NTU时，经8min的絮凝、15min的沉淀后，微分旋流絮凝反应池可使浊度降至2NTU以下，絮凝时间减小了近50％或更多，说明该絮凝池具有混凝速度快、絮凝效果好的优势。     

微絮凝时间对直接过滤处理低温低浊微污染水的影响研究

悬浮颗粒的絮凝过程对直接过滤的去除效率有影响,絮凝时间是控制絮粒形成大小及特性的主要因素之一.为提高直接过滤去除低温低浊微污染水中污染物的效率,考察了不同絮凝时间对去除效果的影响.结果表明,直接过滤处理低温低浊微污染水时,设置絮凝池的出水效果较优;絮凝时间大于10 min时,所形成的絮体更密实,Zeta电位趋于0,有利于悬浮颗粒吸附在滤料上,特别是对一些芳香族有机物及带双键的有机物,当絮凝时间为14 min时,去除率可达35％.     

高浓度悬浊液架桥絮凝分形体的形态学研究

对85kg／m^3的黄河泥沙水进行了高浓度悬浊液架桥絮凝沉降试验，考察了架桥絮凝分形体的形态学特性，并用电镜观察了絮体构造。结果表明，絮体结构及其形成过程具有分形特征；参数“分维D”可用于定量表征分形絮凝体的形态学特性：①絮体生长机制以DLCA与RLCA模式为主，其生长模式从快速混合阶段的分枝状DLCA结构逐步向慢速絮凝阶段的密实RLCA构型演变；②粒径分布在3个区域，其曲线形状类似广义的正态分布，“分维”能定量确定絮体密实性与沉降特性达最佳时的粒径范围；③分形结构的不断演变引起絮体内部渗透性显著不同，分形絮体自由沉降规律不能用Stokes定律进行合理解释；④在一定粒径范围内，絮体有效质量密度与Stokes粒径存在双对数线性关系，絮体的孔隙率是影响其密实性的主要原因；⑤对相同含沙量的泥沙水絮凝时，Al2（SO4）3形成的无机混凝剂絮体结构与高分子架桥絮体分形结构相比，具有絮体粒径小、结构脆弱，能承受的剪切强度G值低等特点。     

基于分形理论的混凝控制研究

依据分形理论,针对混凝过程中原水水质、水量的变化,考察了絮凝体分形维数与混凝剂投量和沉后水浊度间的变化关系。结果证实,分形维数的变化能够很好地反映絮凝程度及混凝处理效果,从而为建立以分形维数作为主控特征参数的混凝投药系统提供了依据,并通过大量的基础试验为分形维数模型控制提供了参考。     

EPS与阳离子对活性污泥沉降性能的影响研究

采用超声波法和阳离子交换树脂法分别提取好氧活性污泥(SRT分别为3、15d)絮体外层的胞外聚合物(LEPS)和内层的胞外聚合物(TEPS),并用LEPS和TEPS分别絮凝污泥悬浮液,探讨了EPS的种类及投量、阳离子的价数与浓度对重新絮凝生物絮体沉降性能的影响。结果表明,4种EPS絮凝污泥悬浮液所形成生物絮体的SVI值均随EPS投量的增加而增大,增幅由小到大排序为:15dTEPS3dTEPS15dLEPS3dLEPS;Al3+较Ca2+絮凝污泥悬浮液所形成生物絮体的Zeta电位低且结构密实,更能促进重新絮凝生物絮体的压缩沉降。     

基于小角度激光光散射的聚硅酸铁絮体特性研究

以腈纶废水生化出水为原水,采用小角度激光散射技术分析了聚硅酸铁(PSF)的絮凝特性,并考察了PSF投加量、p H值对絮体的生长、破碎与再凝聚过程中絮体平均粒径的影响。结果表明,在絮体生长过程中,絮体粒径随着PSF投加量的增加先增大后减小;反应体系p H值接近中性时,粒径最大。当PSF投加量为1.5 g/L、反应体系p H值为7.6时,平均粒径最大(890μm)。在破碎和再凝聚过程中,当反应体系p H值为7.6时,絮体强度随着PSF投加量的增加而增大,随着剪切强度的增大而减小。当PSF投加量为2.0 g/L、转速为75 r/min时,絮体破碎因子为2.78%。当PSF投加量为1.5 g/L时,反应体系p H值越低,絮体强度越大,在p H值为4.5时,絮体破碎因子为55.43%。在PSF投加量为1.5 g/L、p H值为7.6条件下,破碎时间越短,絮体恢复能力越强,以200 r/min转速对其进行1 min的破碎试验,絮体恢复因子为26.06%。     

悬浮澄清池中高密度絮体的特性分析

阐述了混凝剂与助凝剂联合投加形成的高密度絮体对悬浮澄清池中水流微观流态、絮凝反应颗粒之间的凝结力和碰撞的或然率等的影响,解释了其去除浊度和有机物效果良好的试验事实,并对高密度絮体形成的条件进行了分析。     

水中絮体颗粒粒径分布规律的研究

在Friedlande颗粒粒径分布函数的基础上进行理论分析,提出絮凝过程中絮体颗粒粒径的累积分布函数.以水中高岭土和腐殖酸为去除对象,在烧杯搅拌实验确定的最佳混凝条件下,采用颗粒计数仪对絮凝慢速搅拌过程进行监测和分析,利用粒径的累积分布函数对不同慢搅历时的颗粒粒径分布进行研究.通过实验表明:水中高岭土颗粒和腐殖酸为主要污染物时,絮凝过程中絮体颗粒的粒径分布函数不能很好的遵循经验公式得出的幂函数的形式,但是其分布规律能较好的符合对数正态分布.     

絮凝过程水力学控制指标研究进展

在絮凝动力学、流体力学和絮凝体形态学的基础上,结合絮凝池内的水流特性、颗粒碰撞理论以及紊流能谱,系统阐述了G值、GT值、GT/Re(1/2)、E1/3t、E1/3tT、欧拉准数Eu、单位造涡强度Fs、分形维数指标和D/UL等絮凝过程水力学指标的控制原理与控制方法,总结了不同工艺合理选择絮凝过程控制方法的基本原则,提出了结合水力学相似准数、利用现代摄像技术与计算机手段进行适时监控的絮凝控制指标研究方向。