高浊度水处理技术的研究与应用

1、稻森悠平 嫌气性甲口久恋组 二儿趁生 活排水力处理 用水七J麦水 2 4 1 017 19 8 2 Swit湘11ba艾 lm M 5 eta l A lae r obie Attaeh ed一F ilf n ExPa nde d BedReacf or Tr e atment o fDilue torga nie s J WP 下 5 2 19 5 3 19 80 门J气 LI 习 no附才 厂 1 L 高浊度水 处理技术 的研究与应用 傅文德 表本昌 中国市政工程西北设计院 我国是高浊度 河流众多的国家之 一 据初 步统计 黄河中游 地区每年每 km Z 被冲去的 土 壤约为 3 7 0 0 t 为 全 世 界 土壤平均侵蚀模数 13 4 t km 2 年的 2 7 5 倍 黄河是典型的高浊度 水河 流 年输沙量和平均含沙量均居世界首位 1977 年 8 月初 黄河下游出现 一次高含 沙洪峰 小浪底 的最大含沙量达 到 8 9 8k g m 黄河支流 某些河段的 实测最大含沙量达 到 1 6 0 0k g m 3 亦 即泥沙的体积 占水体体积 6 0 写左右 黄河年 输 沙 总量

2、1 6 亿 t 长江上 游高浊 度水也 较 严 重 黄 河 长 江的总输沙量占世界十三条大河总 沙 量的 2 9 3 其 它地区也有季节性的高 浊度 河 流 因此 对高浊 度水处理技术 的研究 已成 为我国经济建没和水资源 开发中一项重大研究 课题 一 高浊度水的理论研究 本文中高浊度 水的含 义是 浊度较高的含 沙 水体中 大于均浓水层的极限粒 径的泥 沙 按 其粒径大 小 以各 自的沉速下沉 而等于和小于 极 限粒径 的泥沙组成均浓 浑水层 此均浓 水层 中的稳 定 泥沙 其大小不同的泥 沙颗粒以相同 的 沉速 组 成群体下 沉 此 群体的沉速就是 浑液 面 沉速 其含沙 星 一般为 10一3 okg 耐 以上 l 流变 特性的研究 高浊度 水排泥泥浆输送流变特性与清水是 不 同的 属于非牛顿体流体 1 9 2 2年宾汉提出 非 牛顿体流体的滞性 定律公式 要一流速梯度 a 犷 泛 枕 T 二二二 乙n 一卞 刀 dy 式中 一一极限 初始 切应力 一 刚体系数 或滞性系数 所以非牛顿流体又可称为宾汉流体 这种 流体在静止时具有足够刚度的三维结构 足以 抵抗小于 屈服应力 丫 的任

3、何力 因此 在高浊 度水河流中 有时会发现 桨河 的现象 也就是 在一定的能坡作用 下 而流速等于 零 引起这 种现象的主要原 因 是高浊度水中泥 沙达到一 定数值之后 滞性系数 刀增大 从而 使 一切应 力 向 和 流速梯度 会 之 间的关系发生变化 使切应力 成为极限 切应力 T 如果切应力 t 超过屈服 应 力 这种三维结构就分解和清水流体 即牛 洒流体 一样 许多学者研究 认为 极 限切应力 主要李含 沙量和泥沙粒径的影 响 即在相同的 泥沙组成 条件下 含沙量越高越容易形成宾汉流体 但在 泥沙组成不 同的流体中 组成的泥沙颗粒中细 颗粒越多越容易形 成宾汉 流体 高浊度水中形 成宾汉 流体的流变特性 是高浊度水水流中特 有的性质 它直接影响浑液面沉速 和水流的阻 力变化规律 2 自凝作用的研究 在高浊度水中 由于泥沙颗粒众多 颗粒间 的碰撞机率较高 自凝作用尤为一般水体要强 烈 在研究中发现影响颗粒自凝过程有两个主 要因素 一是粒径 粒径越细 自凝越强烈 另一 是浓度 浓度越高 自凝也越强烈 由此可见 在 高浊 度水中 由于自凝作用 使粗细 不 同 的 泥 沙 在沉淀中通过凝

4、聚成絮凝体而提高沉速 因 此 在高浊度水处理技术研究中 经常被由于自 凝 作用 产 z七的 影响所 干扰 使某些研 究成 果得 出掩 盖真相的参数 为 了更好的研 究高浊度水 的沉 淀机理 经常采用分散剂 处理 高浊 度水的 泥样 使其消失自凝作用 3 稳定泥沙的研究 在高浊度水处理技术中 研究的主要 对象 是泥沙组成中 的稳定泥沙 因为非稳 定泥 沙容 易 去除 对稳定泥沙的研 究 许多论文提出毛 0 创6一 0 0l 3m m 的粒 径为 稳定 泥沙粒径的科学 论据 这些 提法 在一 定 的研 究范围中都是合适 的 但许多 学者发现高浊度水中稳定泥沙体积 浓度并不是 一个 固定数值 稳定泥 沙体积浓度 随稳定泥沙重 量浓度的增高而增大 4 极限粒径的研究 极 限粒径是研究高浊度水沉淀机 理的一个 重 要参数 其 数值和稳定泥 沙 的体积 浓度和重 堂浓度有关 极限粒径指的是组成均浓 层的稳 定泥沙颗 粒中的最大粒径 由于 d 的粒径不 易选取 正确 故 一般取 d g 的粒径作为 极限粒径 的代表值 通 过对极限粒径的研究 能掌握高浊 度水中的 稳定泥沙含量 在高 浊度 水处理技术

5、 中 很多设计与生产 运行参数主要是根 据稳定 泥沙含量决定 的 5 浑液面的沉降特征和曲线研 究 浑液 面 沉速是 泥 沙约制沉降的表观特征 浑液面 沉速就是均 浓浑水 层中稳定泥 沙的群体 沉速 浑 液面沉速是高浊度水研究及处理 中的 一项重 要参数 影响浑液 面沉速的主要 囚索是 稳定泥沙浓度 水 温 泥沙比重 稳定 泥沙含童 泥 沙粒径及不均匀系数等 对 浑 液面 沉降曲线的研究 很 多著作已有 详尽论述 这儿只把沉降曲线形式 见图1 简 单介绍如下 由 A 至 B 是加速沉降区段 在 沉 降开始由于泥 沙自动絮凝过 程进行 使浑液面 沉速不断加快 召至c 点 浑液面沉速保持不变 点至K点浑 液 面 出现减速后又重复 出现等 速阶段 因此 把这段曲线称为第二等速沉降阶 段 K 点 后沉速迅速 转入急骤减速阶段 进入 泥 渣浓缩阶段 H 加速沉降区段 第一等速沉降区段 第二等沉降区段 淤积浓缩区段 图 j 浑液面沉降曲线 6 泥渣浓缩研究 高浊度水的泥渣浓缩是高浊度水净化技术 中一个重要参数 在研究中得出了积泥 压力及 泥浆高度是影响泥渣 浓缩的两个 重要因素 并 且是两个相反方

6、向的因素 前者促使泥浆浓缩 后 者则阻碍之 积泥压力 和泥浆高度的计算公 式如下 积泥压力 的计算公式 n F心 f 凡 一气 尸汽 A S 一 5 0 S l 式 中 p 积 泥压力 F 原水含沙量 令 一原水体积 A 沉淀面积 一 泥 沙 比重 场 一 水的比重 泥浆高度的计算公式 k g m Z kg m 3 m m Z kg m 3 kg m 3 F口 AD 泥浆高度 J旦浆浓度 不2 式中 左 口 m k g rn J 7 聚丙烯酞胺的研究 聚 丙烯酞胺絮凝剂 是有机 高分 子聚合物 其结构式 f一 CH厂一CH 一 1 CO N H J 适宜 于处 理高浊度水的聚丙烯酸胺 其分 子从在 20 0 60 0万之间 分子量过低降低混凝 效梁 分子量过高增加溶液配 段的难度 聚两烯 酸胶分子为线 型结构 其 酞胺基团从碳主链仲 出 与泥 沙颗 粒结合 产 生架桥作用 将原来分 散在水中的泥 沙颗粒结成絮浓度更高的絮凝 体 从而提高浑 液面沉速 大大缩小所需沉淀池 的容积 使净化高浊度水 的技术 在大规模生产 中切 实可行 8 普通混凝剂与聚丙烯酞胺比较的研究 经过理论 研究和 生

7、产实践证明普通混 凝剂 和聚 丙烯酞胺处 理高浊度 水 时其最大含 沙 量 为 硫 酸 铝最大处理 含 沙 量1 0一 20kg m 三 氯 化铁最大处理 含 沙 量2 0一 30kg l a n 聚 丙烯 酞胺最大处理 含 沙量1 0 0一 150kg m 3 9 水解的聚 丙烯酸胺研 究 水 解的聚丙 烯酞胺比不 水解的聚丙烯酞胺 架凝 效果提 高 2一9 倍 最 佳 水 解度 为 25一 3曰 搅拌罐中过高 的搅拌强 度会使聚丙烯酸 叹的线状 分子链 断裂 导致分子量降低 絮凝 效 巢 变差 絮凝剂配段浓度为 10 0 投加浓 度和分部投 药 的研究 汗究洁架表明 为使药剂在 水中迅 速分散 充分 混合 投 加聚丙 烯 酸胺絮 凝剂 最 佳浓 度值 勺 1一 沙内愉 胜 胺在 处理 高浊 度 水中 分 部投药 一 烈 了泊 梁址效果为佳 如以浑液 面 沉速 勺比扮 户 舫 六 一 为 一 片的 3 洛多 所谓 分 部 泛 药 就是拼投 芍 分成两 部份分别加于水 中 丫 广 药刊后 使与水迅速混 合 然匕之 一川 J 一 邵分药 钊 手与水迅速混合 由 一 于分 货药 避免了过高

8、的药齐 浓度与泥沙 结合 造 成活 性基团 被封闭的 后果 因 而达到 了较佳的 效果 分州 扮药的比例一般先投 加6 0 然后 耳才货加 喂 丫为佳 1 投 J口钊 量的研究 甲响铿丙烯吼胺的投加剂童的 两 个主要 因 素 勺高浊 度水的含沙 量及泥 沙颗粒组 成 增 加 投巧 峨 一叮提 高浑 液面沉速 但不 能增 加等速阶 段的 川涤水深 在 运行 中控制排 泥 有 助于降低 投加剂量 经生产实践证明聚 丙烯酞胺投 加剂 量精确掌握与控制 是 处理高浊 度水成败的重 要 因素之一 1 2 排泥浓度 的研究 投 加 聚丙烯酞胺处理高浊度水时 在浓 缩 时间为 lh 亦 即连续排泥 的情况下 排泥浓度 一般在 3 80kg m 左右 排泥浓度的高低 随混 凝 沉淀和自然 沉 淀 的浓缩 时间 长短 而变化 浓 缩 时间短 混凝沉淀的 泥浆浓 度较自然沉 淀高 但 浓缩 时间长 混凝沉淀的泥浆浓度远 远低于 自然沉淀 在生 产实践中 一般生产 构筑物 浓缩 室体 积有限 浓缩 时问都较短 所以还是采用混 凝沉淀的排泥浓度效果较佳 排泥 水率一般随进水 含 沙量 的 增 加 而 增 高

9、在无实 验资料 时可参考 3 式计算 一 0 26F 3 式 中 丫 一 排泥水 率州中卜 泥 水 脸占进 水 贵 的儿 I 一一进 水 含沙量k g m 3 13 聚 丙烯酞胺与泥浆颗粒 表 面积 关 系 的 研究 水 中泥沙颗粒表而积是高浊 度水混 凝中班 响 聚 丙烯酞 胺 手是加 址 的主 要 因素 该研 究为生 产 中准确 地 确 定投 力 I量 提 供 了依据 深化 了叩 论 研究成果 1 4 最佳絮凝 条件的研究 在高浊度水 处理的聚丙 烯酚胺最 优絮凝 茶 州 的研 究中 探索出影响聚内烯酞胺 的 杭剪切 能力的主要 因 素是分子链 为长度 尸了分 子脸有 关 和单位休积 内分子链的数鱼 一与药齐 d浓 变有 关 井几得出厂一般规律 临 界抚剪分 尹让随 剪切速 度的增 加而减 小 随 浓度的增加而增加 如最 佳絮凝条件川拼价叁 7值来表示 从 研究中得出 沉降开始时 浑液 面沉速随 阴 汽 的 增 加而迅速增 如 出砚一段大值后 又随叨 值 的 增 勺 而减 少 最 后稳定于协 一 吹 权再随 阴值发生变 化 浑夜面沉速门挤左值与稳定值 相差很大 当原 水 含沙遗为

10、饥 币 3 日如采用 较低 的搅 拌 速度 最 大 低比触定 值高 2 一 5 倍 对在设 汁山保证最哇絮凝 条俘的关用和经济意 义是很大的 良好絮凝效果 的最佳 少值 一般 在 2000 左右 1 5 斜板技术的研究 斜板 技术用于高 浊度水处理 已有许多大 专院校 科研 设计单位进行理论与半生产性研 究 取得 一定的效果 初步确定 了上 向流与平 向 流斜板处理高浊 度水 的有关工艺参数 并 从理 论上加以探讨后 得 出若干经验 公式与半理论 公式 为生产上应 用提供了可靠的数据 场 泥浆输送 的研究 在高浊度水 的处理技术研究中 为 妥善解 决排泥 问题 泥浆输送是一个重 要课题 高浊度水处理后 的排泥 一 般通过输泥管 j首刹卜 除 其浓度一般为 3 0 0一60okg n3 排泥管 道的阻力损失 主要是 水流阻 力和内摩擦 力 研 究中得 出 管 中输送 的排泥泥浆浓 度 的流 变 特 性 均 属宾汉 流体范畴 不同浓度沉淀泥浆体的 刚度 系数及屈服应力值见下表 不同浓度浆体刚度系数及屈 服应力表 4 一 一 一 一 伙 l 布 一 序序 浆体浓度 度度度度度度度度度度度度度

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