微涡旋澄清技术的试验研究及工程应用

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目前水源水质污染越来越严重,用水量却不断提升,常规澄清技术有时难以满足用户对水量及水质的要求。结合我国当前经济情况,改进和强化常规澄清技术,是水厂提高产水量和改善出水水质较为经济实用的措施。本课题从澄清池的原理、现状、改造情况以及面临的问题等出发,在微涡流混凝的基础上,运用流体动力学和絮凝动力学等理论,研究开发高效低耗澄清技术,即微涡旋澄清技术,提高澄清池的产水能力及出水稳定性,降低运行成本。通过中试模型试验,验证微涡旋澄清池运行效果以及净水能力,得出设计参数,如混凝反应G值、水力停留时间、最佳涡流反应器配比、出水堰堰口负荷等。在试验的基础上,针对仪征市某中水厂水力循环澄清池的现状,进行微涡旋澄清技术改造。通过工程应用及技术经济分析,进一步优化微涡旋澄清技术的反应室设计参数、反应控制条件及操作运行参数,使微涡旋澄清技术更具实效性和推广性。主要研究成果如下:1、通过微涡旋澄清池与水力循环澄清池净水效果对比,得出微涡旋澄清技术的优势。进水流量在3-5 m3/h时,微涡旋澄清池出水的浊度小于3NTU、UV254小于0.04cm-1、zate电位的绝对值小于5 mV、CODMn小于4 mg/L,水质指标都能满足后续滤池过滤的工艺要求;而水力循环澄清池出水的浊度、UV254、zate电位的绝对值、CODMn等水质指标,随着进水流量的加大不断增大,当流量达到5 m3/h时,出水水质指标已经不能满足后续滤池过滤的工艺要求。另外,随着进水流量的加大,水力循环澄清池的净水效果与微涡旋澄清池的差距不断增大。2、随着进水量的增加,在微涡旋澄清池的反应区内,单位体积水中微涡旋的数量在不断增加,出水的zeta电位绝对值则越小,有利于絮体的形成。说明微涡旋澄清池比水力循环澄清池的产水能力强,在相同池容下处理规模大更大。3、微涡旋澄清池排泥时长明显比水力循环澄清池短,则说明污泥浓度高、沉降性能好,进一步反映出微涡旋澄清池的絮凝反应效果较好。因为涡流反应器能提高悬浮泥渣层的稳定性,减小排泥对悬浮泥渣层的影响,提高澄清池底部泥渣的含固率。4、通过不同涡流反应器(开孔直径25mm和35mm)投配比对澄清池净水效果影响的对比试验,得出当澄清池第一反应室投放0.22m~3 HJTM-2型涡流反应器、第二反应室投放0.65m~3 HJTM-1型涡流反应器、反应室过渡阶段投放0.22m~3 HJTM-1型涡流反应器时,第一反应室G值57.1 s-1,GT值11134.5,第二反应室G值20.3 s-1,GT值11875.5,澄清池的净水效果最好。5、通过中水厂微涡旋澄清技术的工程实践及经济分析,得出澄清池改造后运行稳定,出水浊度保持在2NTU以下,其余水质参数也都达标,产水量提升50%,增产4800m~3/d,总投资为63万元,吨水投资约130元/m~3,经济效益显著。改造后运行成本大大降低,混凝剂投加量减少,改造前投药量为15.6mg/L,改造后投药量为10.4mg/L,每天节约混凝剂约75kg;排泥周期延长,由原先8小时提升为24小时,每天节约排泥耗水45m~3;澄清池对应的3#重力无阀滤池反冲洗周期也延长,由原先的12小时提升为24小时,每天节约反冲洗水144m~3。
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