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原文
,卷:13(3)

微涡混凝工艺在醴陵铁路水厂改造工程中的应用

*通信:
通Zhen-gong华东交通大学土木工程与建筑学院,江西南昌330013电话:(86) 1082865135;电子邮件: (电子邮件保护)

收到:2017年4月19日;接受:2017年5月9日;发表:2017年5月11日

引用:丁振功。微涡凝工艺在醴陵铁路水厂改造工程中的应用。生物技术学报,2017;13(3):135。

摘要

本文简要介绍了微涡混凝工艺的原理和特点,并介绍了微涡混凝技术在醴陵铁路水厂改造工程中解决网格反应池淤塞问题的应用。本文在分析本应用的基础上,认为微涡混凝工艺具有混凝效率高、反应时间短、水质好、耗电少,施工过程方便等优点。

关键字

Micro-vortex凝固;打开率;孔直径

简介

在水处理过程中,混凝是最重要的过程之一。同时,它也是系统管理中最困难的部分之一。一般来说,混凝包括团聚和絮凝两个过程。及时准确的用量控制是决定凝血效果的关键因素。此外,絮凝设备的形式对絮凝效果也有重要影响。通常絮凝池分为两大类,液压搅拌和机械搅拌[1].由于机械搅拌槽有一些明显的缺点,包括能源利用效率高、均匀性差和机械维护成本高,液压搅拌槽比较常用的形式有多种,如隔板、翻板、瓦楞纸板和网格形式。栅格式反应槽的特点是滤失量大,絮凝时间短,碰撞概率高,水力性能好能源利用效率高,因而近年来得到广泛应用。但在工程实践中发现,栅格式反应池也存在一些明显的不足之处[2].例如,泥浆沉积物往往积聚在罐体的底端,网格很容易被漂浮的碎片或藻类颗粒堵塞。运行要求高,使用寿命短。为此,设计了一种替代新产品——涡流反应器及其配套的微涡流絮凝技术,以检验其在工程实践中的可行性,并取代网格反应技术。

试验条件和方法

涡流反应堆

微涡旋絮凝工艺的核心是以多孔空心球形结构为主要特征的涡旋反应器。涡流反应器具有以下特点:(1)无方向性,可直接堆砌,无需固定安装,操作方便;(2)反应器的开孔比和开孔直径可根据进水水质和工艺设定;(3)水流随着水爆破反复通过反应器小孔时,会形成微小的涡流(4),反应器会轻微旋转,可防止反应器淤塞和漂浮物堵塞[3.].

根据Kolmogoroff的微涡尺度理论,特征尺度量级的涡在絮凝过程中起着重要作用[4].其离心惯性效应是絮凝物碰撞团聚的原因,与颗粒尺度大小相似的涡旋对颗粒运动的影响更大。因此,为了提高粒子碰撞的效率,必须有效地控制流体的微涡尺度。在施工中,我们可以通过确定微涡反应器的开启速率和开启直径来控制微涡的规模,从而在各种进水水质下达到较高的混凝反应效率。

微涡凝固过程

微涡凝固过程理论主要表现为微涡凝结和三维接触絮凝[LD乐动体育官网5].由于排水面积变化较大,当水通过反应器表面的孔洞时,孔洞周围会形成大量的小涡和微涡,有利于混凝剂的运动和流动扩散在电流。同时,不同层的微涡之间存在速度差异,导致不同层的絮凝剂相应移动;另一方面,由于离心力的作用,絮凝颗粒会作径向运动。在这种情况下,这两种运动的共同作用将增加胶体失稳的碰撞机会,从而提高凝固反应的效率。微涡混凝过程的另一种机理是三维接触絮凝。LD乐动体育官网由于反应器内流速较慢,较大的絮凝剂会在反应器内积聚,形成类似于“一层过滤”e的结构,因此较小的絮凝剂进入反应器后,与“一层过滤”相遇后会被去除,形成三维絮凝[6].

工程介绍

李陵铁路水厂始建于上世纪90年代,拥有2组结构,每组供水量4000米3./d,根据该项目的目标是增加到5000米3./d通过改进。其工艺流程如下:

原水→栅式反应池→斜管沉淀池→改进型无阀过滤池→清水池。

铁河是水源。大多数时候,生水都在里面高浊度期约为200 NTU。随着时间的推移,原有的水厂已经不能满足日益快速发展的需要。此外,还出现了以下问题:(1)水处理效果差浊度和内温度(< 8°C);(2)原水浑浊度变化下的水处理不稳定(在高浑浊季节),标志着高浑浊度事件的频发;(3)反应罐内污泥多导致杂质量大,雨季必须定期清洗,增加了除渣工作量;此外,斜管沉淀池中堆积的泥浆过多,会缩短清洗周期,增加操作维护工作量。

重建

重建计划

为解决用水供需矛盾,改善水质,实现了规模化生产,日供水量达10000米3./d,为南昌铁路局要求。考虑到新建水厂工期长、投资大,对原有水厂进行改建或扩建是可行的。然而,由于地理位置的限制,一组结构的扩建是不可能的,而技术创新是满足增加水量要求的唯一途径。综合考虑技术、经济、进度等因素,最终决定采用华东交通大学设计的微涡混凝工艺。在所有结构保持原有形状不变的情况下,改造工程包括以下三个方面:(1)为避免药物配制,给药点药物是由混合器改为阀轴;(2)为避免雨季大量沙土堆积造成淤塞,将一池反应池改造为沙砾池;(3)栅式反应罐细胞从第二个单元到第十个单元被改造成微涡反应器罐。

根据混凝动力学,为达到混凝过程中的反应速度梯度(值G),将孔径为15mm的HJTM2微涡反应器放入2nd、第三、第四细胞,孔径为35mm的HJTM1涡流反应器单独放置或与HJTM1涡流反应器一起放置于其他反应器中,HJTM1微涡流在反应器中所占的百分比为5th6th7号和8号细胞分别为20%,40%,60%和80%,在第9和第10单元的反应堆槽中为100%…

这是微涡反应池的重建图(单位:m):

微涡反应时间

图。12 .反应堆的储罐nd、第三、第四细胞均支承在底部以上0.8米,并放置在3.0米的高度,反应器的5th6th7、4号细胞被支撑在底部0.9以上,并放置在2.8米的高度和9号和10号反应堆罐细胞被支撑在底部以上1.0米,放置在2.6米的高度。采用11反应器槽作为过滤段,故未放入微涡反应器。

biotechnology-reconstruction-diagram-reaction-tank

图1:反应池改造示意图。

微涡反应器体积:

V2 3 ?4= 1.0 × 1.0 × 3.0 = 3.0 (m3.) (1)

V5 ? 6 ? 7 ?8= 1.0 × 1.0 × 2.8 =2.8 (m3.) (2)

V9 ?10= 1.0 × 1.0 × 2.6= 2.6 (m .3.) (3)

总容积:Vt ?3.0 ×3+ 2.8 ×4+2.6×2 = 25.4 (m3.) (4)

微涡反应时间:25.4/(5000/24/60)≈7.3(min) (5)

根据微涡反应的设计要求,正常的微涡反应时间约为6 ~ 8分钟。另外,原栅格反应槽的总容积为V211 = = 1.0×1.0×3.8×41.8米3.,而非微涡反应时间:(41.8-25.4)/(5000/24/60)=4.7(min)。因此,总反应时间为7.3+4.7=12.0 (min)。根据我们以往的经验,实际达到了反应效果。

计算微涡反应的G值和GT值

根据我们现场测量计算,r涡堆沿流动方向的失水约为7 mm / m。根据公式:G=[(γh)/(60*μ*T)]1/2)(水温15℃),水流经整个涡旋反应器时的失水体积为:

7×(3.0×3?2.8×4+2.6×2)/1000≈0.18 (m), (6)

当数据被替换时:

G =[(1000×0.18)/(60×0.1165×103×7.95)]1/2≈35.3(年代-1), (7)

GT = 35.3 * 7.3 * 60 = 1.5 * 104(8)

所有数据均符合传统絮凝控制指标(平均G=20~70 s)-1,平均GT=1*104~ 1 * 105).

微涡反应区的速度计算

微涡反应区流速应控制在60 ~ 800 m/h,以防止涡旋反应器浮选。反应器槽改造为微涡池后,流速提高(5000 /24)/ (1.0 * 1.0)= 208.3 (m/h)。

由于流量在正常范围内,封顶措施不在考虑范围内。

结果及讨论

改造后经过2个月的调试和运行,取得了满意的效果。与原工艺状态相比,水质有了明显改善,主要表现在:(1)生成的明矾颗粒在反应器槽内清澈,沉淀能力好,改造前看不到明矾颗粒(2)沉淀池内出现浑浊水的面积减小。沉淀池改造前大部分区域为浅黄色,改造后变为墨绿色,水质明显改善;(3)延长了滤池的工作周期,缩短了反洗时间,减少了反洗用水量。这表明滤前浑浊度降低,矾粒的絮凝质量提高;(4)滤前浊度保持在3 NTU以下,出水浊度小于1 NTU(多数在0.5 NTU左右)。水厂员工如果熟悉这一新工艺,就能及时、合理地控制和调整用量。,则滤池保持良好状态,输出水浊度在0.5 NTU以下,可提供优质水。表1是改造前后一些运行参数的比较。

比较 Beforereconstruction Afterreconstruction 讲话
水的生产 8000米3./ d 10000米3./ d
剂量(PAC) 大约10 mg / L 大约8 mg / L
絮凝反应时间 15分钟 12分钟
沉淀池的滞止时间 1.0 h 50分钟
明矾 不明显 清晰的粒子 反应池内部
过滤前的水浊度 ≤10南大 ≤3南大
Filtrationrate 8 m / h 10米/小时
过滤工作周期 24小时 36个小时
背洗强度 About13L /小2 About13L /小2
背洗时间 9分钟 8分钟
反冲效应 不彻底的 Cleanand彻底
每个滤池的倒冲容积 50米3./ d 44米3./ d
输出水浊度 1南大 0.5南大

表1:改造前后运行参数比较。

表1可知,采用微涡混凝工艺后,沉降水浊度降低,过滤周期延长(由24小时延长至36小时),反冲洗水量也降低。的数据表2,改造前滤池冲洗水量109500 m3.,而现在已经下降到64416米3.年节水量45084 m3..按每吨水成本0.5元计算,每年可节省23000元,而反冲洗水量的减少也有助于节省泵动力成本。

比较 Beforereconstruction 后重建 节水量 节约用水比例
每次反冲洗水量/m3. 50 44 6 12%
滤池工作周期/小时 24 36
全年冲水次数 365 244
每年背冲洗水量/米3. 18250 10736 7514 41.2%
滤槽数/格数 6 6
滤池每年背冲洗水的总容积/m3. 109500 64416 45084 41.2%

表2:改造前后背洗水的变化。

结论

醴陵铁路水厂于10月23日开工改造,11月13日建成。从设计到试运行,整个过程用了不到一个月的时间,效果显著。投用半年来,水厂运行稳定,出水浊度控制在0.5 NTU以下。理论分析和实践证明,微涡混凝工艺显著提高了混凝反应效率,缩短了反应时间。在保证出水水质的同时,产量也提高了20%。同时节省了大量的背洗水,大大提高了净化系统的抗变化适应能力。由于产水量的增加,沉淀池内的反应和停滞时间也相应减少,这就要求更严格的操作和管理。如果能实现自动投药,涡流反应器的混凝效果将更加明显。综上所述,该水厂的成功改造充分说明了微涡反应器的可行性和有效性,具有重要的推广意义和广泛的应用前景。

确认

国家自然科学基金(No. 51268012)资助。作者在此感谢《国际科学编辑部》的专家在编辑手稿时给予的帮助。

参考文献

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谷歌学者引证报告
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生物技术:根据谷歌学者报告,一份印度期刊收到875次引用

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