DCCH型澄清池的性能试验研究.doc

DCCH型澄清池的性能试验研究第31卷第10期2008年10月冼对敢求EnvironmentalScience&TechnologyVOL3lNo.10Oct.2008DCCH型澄清池的性能试验研究郭新良,(1.云南电力试验研究院(集团)有限公司电力研究院,云南昆明夏强,张林650051;2.云南大唐国际红河发电有限责任公司,云南开远661600)摘要:文章通过现场试验和分析分别考察了混凝剂加药量,活性泥渣浓度,助凝剂,澄清池进水流量和机械搅拌力度因素对DCCH型澄清池出水残余浊度的影响.试验表明增加混凝剂加药量可改善出水水质,但药量过量会使残余浊度上升;在一定范围内增加反应区活性泥渣沉降比澄清池残余浊度降低,且残余浊度与活性泥渣浓度符合一级反应动力学规律;助凝剂可改善絮体结构使残余浊度降低,但从经济环保角度出发应尽量减少使用量;增加进水流量使残余浊度上升,上升幅度主要取决于澄清池形成絮体的结构;适当增加机械搅拌力度能有效的降低澄清池残余浊度.关键词:DCCH型;澄清池;混凝剂中图分类号:X703文献标志码:A文章编号:l0036504(2008)1O一0l1804PerformanceofDCCHTypeClarifyingBasinGUOXinliang,XIAQiang,ZHANGLin2(1.InstituteofElectricPower,YunnanElectricPowerResearchandTestAcademy,Kunming650051,China2.HonghePowerGenerationCo.Ltd,YulmanDatangInternational,Kaiyuan661600,China)Abstract:Capabilitytestandtheoreticanalysiswereemployedtoinvestigatetheeffectofcoagulantagentdosage,concentrationofactivatedsludge,coagulantaid,influentflowofclarifyingbasinandfrequencyofmixeroneffluentturbidityofclarifyingbasin.Resultsshowedincreasingthedosageofcoagulantagentinafixedrangecouldimprovewaterqualitywhileexcessdosagewouldgivecolloidchargereversalandturbidwater.Optimumincreasingofsettlementrateinthereactionzonewouldbeeffectiveinreducingtheturbidity,anditappearedtobeafirst-orderreaction.Coagulantaidwashelpfultodecreasetheturbiditybyimprovingtheactivatedsludgeflocculantsstructure.Turbidityrisingwiththeincreasingofinfluentflowinclarifyingbasin,andtherisingmainlydependedupontheactivatedsludgeflocculantsstructure.Optimumfrequencyofmixercouldreducetheturbidityeffectively.Keywords:DCCHtype;clarifyingbasin;coagulantagent混凝反应作为一种有效的固液分离方法被广泛应用于许多行业的水处理工作中.杯罐试验表明混凝处理不仅可以有效去除水中的胶体颗粒还可以处理溶解性有机物l_51,但杯罐混凝试验属于静态试验,水力工况相对实际生产简单,影响因素少,试验结果并不能完全满足指导生产应用的要求,因此结合生产设备进行混凝工业试验作为补充十分必要.泥渣分离接触型(DCCH)澄清池属于机械搅拌澄清池,基本工作流程是:原水经进水管进入反应区1和进反应区2发生凝聚和同向絮凝,在分离区渣水分离后清水上升至清水区由集水槽收集至后续处理系统,部分分离区上部的细小絮体由集泥斗收集进入池壁夹层,分离区沉淀至池底的失去活性泥渣和夹层泥渣至浓缩室经底部排污管定期排出.从工作方式上看,DCCH型澄清池相对普通机械搅拌澄清池增加了由分离区上部集泥斗回收至浓缩室部分,综合了机械搅拌澄清池和泥渣悬浮澄清池的优点,同时在结构上DCCH型澄清池反应区2较普通澄清池宽大,水流混合力度小,为破损颗粒的修复提供了条件,因此DCCH型澄清池混凝效果更佳.1试验设备与方法试验用DCCH型澄清池由华电工程设计,额定流量1000mZ/h,基本结构如图l.试验监测所用浊度仪为HACH生产的2100P型浊度仪,试验使用混凝药品为聚合硫酸铁(PFS)和阴离子型聚丙烯酰胺(HPAM),水源为云南开远市南盘江水,试验期间澄清池进水浊度为650NTU左右.试验过程中通过调整加药计量泵频率和行程从而调整PFS和PAM加药量,澄清池进收稿日期:20071221;修回20080512作者简介:郭新l(1971一),男,工程师,学士,主要从事水处理方面试验研究,(电话E信箱).第1O期郭新良,等DCCH型澄清池的性能试验研究119水流量通过调整进水阀门开度控制,流量大小通过安装在进口处的电磁流量计监视,澄清池搅拌机频率通过变频器调整.图1DCCH型澄清池基本结构Fig.1Thestructureofclarifyingbasin2结果与讨论1反应区2反应区3分离区4.集泥斗5浓缩室6清水区2.1聚合硫酸铁加药量对出水影响控制澄清池进水流量为(1000+50)m3/h,反应区1泥渣5min沉降比为(152)%,搅拌机频率为30Hz,对混凝剂加药量分别为10mg,15mg/L,20mg,25mg和30mg时对澄清池出水残余浊度的影响进行试验.每30min取出水测浊度,试验结果如图2.1357911t/O5h图2混凝剂加药量对残余浊度的影响Fig.2Thedosageofcoagulanttoresidualturbidity按加药量由小到大变化平均残余浊度依次为:l2.3NTU,5.88NTU,6.35NTU,7.27NTU,9.9NTU.由以上数据可知:加药量为15mg时澄清池残余浊度最小,加药量继续提高,浊度逐渐升高.加药量为30mg时取反应区l水样静置后可观察到上部清水中有少量悬浮且较稳定的絮体,水色微白.由Dentel的PCN模型可知:聚合硫酸铁絮凝过程为铁盐先水解后附在胶体表面以中和胶体电荷达到絮凝的目的,适量的加药量可大大促进絮凝沉降作用,但继续增加药量对降低残余浊度的作用很小网,过量的絮凝剂反而会使已呈电中性的部分胶粒带正电荷【7_形成再稳而残余浊度上升,试验中在反应区取样沉降分离后发现上部水色微白即是药量过剩的表现.2.2澄清池搅拌电机频率对出水影响控制澄清池进水流量为(1000_+50)mZ/h,反应区5rain沉降比为(15_+1)%,混凝剂加药量为15mg,调整搅拌电机的频率观察残余浊度的变化.试验表明:当搅拌机频率在20Hz和30Hz时残余浊度稳定在4.75.4NTU,当搅拌机频率提高至35Hz时,残余浊度显着上升,且清水区有细小颗粒E浮,残余浊度均值为9.02NTU.降低搅拌机频率至30Hz后,残余浊度下降.絮体破碎分为两种情况:一是絮体破损,二是絮体破裂_8.前者指细小颗粒从絮体表面脱落使细小颗粒数增加,后者指大颗粒分裂成尺寸相近的颗粒,水中原始颗粒浓度没有增加嘲.絮体破碎的机理决定于搅拌强度和絮体强度,一般来说小于絮体尺寸的涡旋易造成破损,而大于絮体尺寸的涡旋易造成破裂.由式(2)可知:较大的搅拌强度易形成大量的细小涡旋,使絮体破损,细小颗粒数增加,造成絮凝沉降效果下降.有研究表明随着絮体尺寸的增长,絮体强度迅速下降嘲,因此絮体尺寸与剪切力呈平衡关系,絮体最大粒径与搅拌机功率的关系21为:=PoN3D5叼=(V3/s)ln产lnc一n,/(1)(2f3)式中,为搅拌机叶片数;为搅拌机转速;D为搅拌机直径;C为絮体强度系数;V为搅拌容积;叼为Kolmogoroff漩涡微尺度;1,为运动粘度;为常数;为单位体积水搅拌机耗散功率;一为絮体最大粒径.由式(3)可知:增加搅拌机频率使剪切力上升,细小粒径颗粒增加,残余浊度上升.2.3反应区泥渣5rain沉降比对出水影响控制澄清池进水流量(1000_+50)m3/h,搅拌机频率为30Hz,聚合硫酸铁加药量15mg/L,通过底部排泥管排泥控制反应区5min沉降比使之缓慢升高.每30min监测一次残余浊度,残余浊度与反应区5min沉降比的关系如图3.5rain沉降比图3反应区5min沉降比对残余浊度的影响Fig.3Theeffectofsettlementratetoresidualturbidity由此可知:清水区浊度在反应区5min沉降比<l5.6%时,残余浊度随反应区泥渣浓度升高而降低.DCCH型澄清池絮凝过程主要为同向絮凝,单位体积水中颗粒数量减小过程可描述为:n7N/越黑l20夏砭尉数第31卷=一4oni2ri3(4)afaz式(4)可转化为:孕=一以8掣聆.(5)al1TZ式中,d,u/dz为机械搅拌速度梯度;为絮体粘结在一起碰撞次数占碰撞总次数的分数;ri为絮体当量半径;西为5min沉降比.式(5)积分得:产n;exp(一鱼咖)(6)盯以Z试验期问进水浊度稳定,即/It为常数,进水流量基本不变,即t为常数,令Kt,则式(6)可写为:u乏/1/f.n;exp(一Kl,b)(7)得在一定范围内,澄清池残余浊度与符合一级反应动力学规律.对试验数据拟合得,澄清池残余浊度与反应区l泥渣浓度表观反应符合方程为y=69.624e-353x的一级反应动力学规律.2.4混凝剂+助凝剂混凝处理助凝剂在混凝过程中的作用体现在以下三个方面:一是加大式(6)中的a值使絮体粒径增长速度加快;二是可以通过吸附架桥作用使形成的絮体呈致密型,絮体密度增大加快絮体沉降速度【al;三是增加絮体机械强度,抵抗剪切力加大絮体平均粒径.试验过程中聚合硫酸铁加药量控制为14mg/L,进水流量(100080)mZ/h,在l时刻加PAM,PAM加药量控制为0.15mg/L,残余浊度随时问的变化如图4.t/2h图4PAM+PFS混凝试验Fig.4TheeffectofPAMtocoagulation絮体经过絮凝后至分离区沉降分离,当絮体为平衡状态时可描述为:(G-pog)=F(8)则有:F?At=Am=2p.?AS?At?Vo2sin0可知力,F作用在Y轴方向上可表示为:Fy=2sin20?AS?P.?v.(9)有:=2p.V02仃r/2sin20sin220-c.s锹=(一一)P丌,.代入式(8)计算得:r一V.V4g(p1)/(1一音订)(10)式中,G为絮体重量;JD.为水的密度;V为絮体体积;p为絮体密度;v.为絮体沉降临界水流速.由式(10)可知:v.c,/r,当澄清池混凝反应达到平衡肘,絮体粒径分布符合正态分布规律【l31,在一定的搅拌力度下增加絮体机械强度可使正态分布函数的or值减小和值增大.对试验数据拟合知残余浊度在定量添加助凝剂后浊度随时间呈指数变化关系.从经济,环保和后续水处理系统安全运行角度出发,对PAM加药量为O.15mg/L,0.12mg/L和0.1mg/L时进行了对比试验,残余浊度随时问的变化如图5.图5PAMI药量对残余浊度的影响Fig.5Theeffectofdosagetoresidualturbidity对试验数据进行单因素方差分析得:三种加药量下,残余浊度差异不显着,因此合理加药量应为0.10mg/L左右.2.5澄清池进水流量的影响保持反应区泥渣5min沉降比为(151)%,搅拌机频率为30Hz,对澄清池进行升负荷试验.升负荷各阶段流量依次为680mZ/h,810mZ/h,920mZ/h,1050m3/h,1100mZ/h,1200mZ/h,每阶段流量保持残余浊度稳定3h后进行下一步骤.试验显示残余浊度随澄清池进水流量增加而增加,试验结果如图6.68083098011301280Q/m?h图6澄清池进水流量对残余浊度的影响Fig.6Theeffectofburdentoresidualturbidity由式(10)得:5554441-LN/爱第10期郭新良,等DCCH型澄清池的性能试验研究121一(163丌)Vo2由式(11)可知:分离区半径r<r的絮体会被分离区上升水流携带至清水区,越大则被携带至清水区的颗粒越多,澄清池残余浊度越高.设絮体粒径分布函数为y=f(,.),被水流携带至清水区的颗粒数可表示为:,z=f:,(r)知式(12)中被积函数积分后的大小随的增加而增大,对试验数据拟合得,残余浊度与流量较好的符合方程为y=2.6801e唧胤的一级反应动力学规律.3小结DCCH型澄清池综合了机械搅拌澄清池和泥渣悬浮澄清池的优点.在额定流量和浊度650NTU左右的进水条件下,DCCH型澄清池混凝处理后的残余浊度约为5.0NTU,处理效果较好.合理的选择运行参数对混凝效果影响较大,试验表明合适的混凝剂加药量是降低残余浊度的保证,加药量不足使凝聚效果下降,絮凝阻力增加,而过多的加药量使絮凝反应处在再稳区使残余浊度上升.影响混凝效果的另一重要因素是混凝反应产生的絮体结构,试验表明搅拌机搅拌强度和助凝剂对混凝反应产生的絮体结构有较大影响.如前文所述,絮体尺寸与搅拌机搅拌强度呈平衡关系,一方面增加搅拌强度可增加颗粒碰撞次数提高絮凝效果;另一方面搅拌机搅拌产生细小漩涡的剪切力使絮体破损,残余浊度上升.因此搅拌机的搅拌频率大小主要取决于絮体结构,而改善絮体结构的有效手段之一是添加合适的助凝剂,助凝剂可以使絮凝反应过程中有效碰撞分数增加,从而加快大尺寸絮体产生,同时可减小絮体含水量以增加絮体密度从而改善絮体的整体结构.助凝剂还可以增加絮体的强度抵抗剪切力,但是从环保和经济角度考虑,助凝剂剂量应在满足混凝效果的前提下尽量降低.【参考文献】【l】李明,曾光明.强化混凝去除水源水中天然有机物的研究进展J.环境科学与技术,2006(2):109111.LiMing,ZengGuang-ming.ProgressonremovalofnaturalorganicmatterinrawwaterbyenhancedcoagulationJ.EnvironmetalScience&Technology,2006(2):109-111.OnChinese),】张敬东,徐金兰.生活污水混凝处理试验研究fJ1.环境科学与技术,2004(1):3031.ZhangJing-dong,XuJin-lan.Enhancedprimarytreatmentofdomesticwastewaterusingcoagulants【jJ_EnvironmetalScience&Technology,2004(1):3031.(inChinese)【3】YubinZeng,ChangzhuYang,JingdongZhang,eta1.Feasibi1ityinvestigationofoilywastewatertreatmentbycombinationofzincandPAMincoagulatiordflocculation【J.Jou卜nalofHazardousMaterials,2007(147):991-996.【4】WenPoCheng,FungHwaChi,ChunChangLi,eta1.Astudyontheremovaloforganicsubstancefromlowturbidityandlow-alkalinitywaterwithmetal-polysilicatecoagulantsJ.CollidesandSurfaces,2007.【5AbroadAL,WongSS,TengTT,eta1.ImprovementofalumandPACtcoagulationbypolyacrylamides(PAMs)forthetreatmentofpulpandpapermillwastewaterJ.ChemicalEngineering,2007.【6GregoryJ,DupontV.PropertiesofflocsproducedbywatertreatmentcoagulantsJ.WaterSciTechnol,2001,44(10):221-229.7】JinmingD,JGregory.CoagulationbyhydrolyzingmetalsaltfJ】.AdvancesinColloidandInterfaceScience,2003,475-502.81JarvisP,JeffersonB,GregoryJ,eta1.AreviewofstrengthandbreakageJ.WaterReseach,2005(39):31213137.9张忠国,栾兆坤.聚合氯化铝(PAC1)混凝絮体的破碎与修复J1.环境科学,2007,28(2):346350.ZhangZho