混凝过程中絮体形貌的PIV成像观测与表征

采用粒子成像速度场仪(PIV)对Taylor-Couette反应器内的混凝过程中絮体的微观形貌进行了观测与表征.结果表明,内筒转速在20～60r/min范围内,生成的絮体颗粒较大,粒径分布均匀,絮凝沉淀效果最好.由于内筒旋转速度的变化直接导致混凝流场形态的变化,所以混凝过程中流场形态的变化对絮体生长过程有重要影响,进而直接影响到混凝效果.混凝过程中流场的周期性变化、涡间存在液体传递的波状涡结构有利于絮体颗粒的结合生长,并导致较高的絮凝沉淀去除率.这也说明PIV技术能够在测量流场的同时较好地反映混凝过程中微絮体的形貌变化特征,从而实现对絮凝过程的原位观测与表征.     

采用大涡PIV研究Taylor-Couette流及其对混凝过程的影响

采用大涡PIV方法对Taylor-Couette流场的湍动能及湍动能耗散率进行了估算,并利用数值模拟对其进行验证,结合絮凝实验,综合对比速度矢量、湍动能分布、湍动能耗散率分布及对应流场中混凝过程的絮体图像,探究了湍动能与湍动能耗散率对絮凝效能的影响.结果表明,大涡PIV法与数值模拟在雷诺数较高的情况下有较好的一致性,且雷诺数越大一致性越好.在Taylor-Couette涡流场中,随着雷诺数的增大,湍动能与湍动能耗散率数值不断增大,且在流场中的分布由规律有序到紊乱最终趋于各向均匀一致.而混凝过程中湍动能与湍动能耗散率的数值大小及其在流场中的空间分布情况,均对产生絮体的大小和浊度去除率有较大影响.     

不同涡流场形态下混凝效能研究

采用粒子成像速度场仪(PIV)对Taylor-Couette反应器中纯水力流场及添加不同混凝剂的混凝过程进行观测与研究,同时对比聚合氯化铝(PAC)、聚合硫酸铁(PFS)、三氯化铁(Fe Cl3)的混凝效能与化学条件、水力条件之间的相互关系.结果表明,几种絮凝剂的速度场都较接近于纯水力条件下的速度场,且在波状涡流场中混凝效能最好;Fe Cl3在较宽的转速范围内都能有较高的浊度去除率,而PFS在紊动强度稍大的流场中也能获得好的混凝效能.波状涡流场可为絮凝反应提供最佳的水力条件,而初期波状涡波较有利于产生大粒径絮体,可为后期絮凝反应提供更佳的水力条件.     

亚微涡旋的混凝作用研究

以粒子图像速度场仪(PIV)测得了Taylor-Couette反应器旋转内筒和固定外筒间的环隙流场图像.所得图像表明环隙间存在亚微尺度的涡旋.同时实验研究了在Taylor-Couette反应器环隙间不同涡旋形态下聚合氯化铝(PAC)对高岭土悬浊液的混凝效能.结果表明,在波涡流(WVF)形态范围内混凝效能达到了最大(50%以上),这可归因于涡的闭合特性及其随时间的膨胀和收缩.但在波涡流形态范围以外得到的混凝效能相对较低,可归因于相互连通的非闭合涡特性.     

混凝过程中微絮体形貌的AFM液池成像观测与表征

采用扫描探针显微镜液池成像技术,对混凝过程中絮体的微观形貌进行了观测与表征.结果表明,原子力显微镜液池成像技术可以对混凝过程中的微絮体进行形貌表征和数字描述,并证实在实际印染工业尾水的微絮凝过滤试验处理过程中,微絮凝时间为2min,搅拌强度为100s-1时可以达到优化的处理效果.这也说明液池成像技术能够较好的反映混凝过程中微絮体的形貌变化特征,从而实现对环境微观界面过程的原位观测与表征.     

壳聚糖助凝对PAC混凝过程的影响

以聚合氯化铝(PAC)为絮凝剂,壳聚糖(CTS)为助凝剂在Taylor-Couette反应器中进行混凝实验.采用粒子成像速度场仪(PIV)研究了不同内筒转速(水力学条件)下 CTS 助凝对PAC混凝过程中絮体形态和浊度的影响.结果表明,添加CTS后,相应的混凝效果都得到提高,但与单独使用PAC时产生的变化趋势一致,说明适宜的化学条件下,水力条件是制约混凝效果的关键因素;且添加助凝剂有助于降低混凝过程对流体力学条件的依赖性,提高混凝的稳定性.     

栅条絮凝池内部流场及颗粒运动状态模拟分析

利用数值模拟方法对栅条絮凝池前段内部流场进行模拟分析,以涡旋速度梯度和湍动能作为综合评价指标,对其结构设计的合理性进行了验证.在流场中加入了11组不同粒径和有效密度的絮凝颗粒,每组在流场入口处随机释放98560个粒子,利用DPM模型对粒子运动轨迹进行追踪统计.结果 表明:随着絮凝颗粒的增大,其有效密度呈相应下降趋势.絮...     

基于光学在线监测及形态学研究的絮凝体强度分析方法

以PDA在线监测混凝过程和絮凝体形态学分析为基础,建立了絮凝体强度的分析评价方法.为了计算某一特定絮凝条件下形成絮凝体的黏结力,进行混凝实验并运用图像解析法及粒子图像测速技术研究絮凝体形态学特征.实验过程中将水样引入与光散射颗粒分析仪(PDA2000)相连的透明橡胶管内,并通过准确控制橡胶管内的水流速度梯度来改变作用于絮凝体上的剪切力,这样就可以在线监测絮体的破碎情况,然后根据PDA输出的FI曲线来确定絮凝体的临界破碎条件.根据临界破碎条件下剪切力、破碎力和黏结力的等量关系,确定黏结力系数k1,进而计算出可以表征絮凝体强度的黏结力B.该方法的有效性已经被大量以硫酸铝为混凝剂的腐殖酸混凝实验所证实.     

腐殖酸絮凝体形成过程中初期搅拌条件对其形态结构的影响

以腐殖酸为研究对象,采用硫酸铝为混凝剂进行混凝杯罐实验,借助PDA在线监测系统、图像解析法及粒子图像测速技术分析评价絮凝体的构造特征,着重探讨了混凝过程中初期快速搅拌条件对絮凝体形态结构的影响.结果表明,快速搅拌条件对腐殖酸絮凝体的形成过程及形态结构有着显著影响.最佳快速搅拌条件为:搅拌历时l min,搅拌强度300 r·min-,此时形成的絮凝体结构密实,抗剪切能力强,整体性能最优,絮凝体分形维数、强度及平均粒径分别为1.8842、0.164 N·m-2、0.43 mm.腐殖酸絮凝体的形成包括不溶性微粒的产生及初期颗粒的形成与结合等过程,其中,不溶性微粒的形成及初期颗粒的致密化过程是决定最终絮凝体形态构造的重要环节,而快速搅拌条件影响着混凝剂扩散混合效果和初期颗粒的形成速率与致密化程度,这也是初期快速搅拌条件对于腐殖酸混凝过程有显著影响的一个重要因素.     

涡漩水流对混凝沉淀效果影响的研究

应用粒子图象测速技术，建立了研究往复隔板絮凝池涡漩流场的室内测试系统，对往复隔板絮凝池拐弯处水流涡漩运动进行了研究，运用粒子图象测速技术，可进行多点同步测量，获得速度随时间变化的平面和空间分布，因该技术是非常接触式的，不干扰流场，故提高了可靠性，使用量测系统软件，对不同方案的涡漩运动进行了分析，并对混凝沉淀效果进行了比较。     

Effects of humic acid on recoverability and fractal structure of alum-kaolin flocs

Particle surface characteristics, floc recoverability and fractal structure of alum-kaolin flocs were investigated using in situ particle image velocimetry (PIV) and microbalance with or without humic acid. Experimental results indicated that the zeta potential of kaolin particle surface after adsorption of humic acid was related with humic acid concentration and its acid-base bu ering capacity. Adsorption of humic acid resulted in more negative electrophoresis on the particle surface. Coagulant dosages for particles to form flocs would increase with increasing humic concentration. PIV was used to evaluate floc structural fragmentation, floc surface erosion as well as recoverability after high shear. It was found that the floc size during the steady phase of growth was small, while the regrowing capability decreased in the presence of humic acid. The recoverability was closely related with floc breakage modes including floc structural fragmentation and floc surface erosion. The fractal dimensions of alum-kaolin flocs by mass-size method based on microbalance would decrease with increasing humic concentration. This study proved that humic acid had adverse influences on the performance of coagulation process.     

海藻酸钠对改性黏土絮凝特征的影响

以海藻酸钠为藻源有机质的模式化合物,考察了赤潮水体中藻源有机化合物对改性黏土絮凝速率及絮凝体特征的影响;并利用图像分析法,测定了絮凝体的分形维数Df,借助分形维数对改性黏土的絮凝形态学特征进行了半定量化分析.结果表明:当海藻酸钠浓度在10~100mg/L范围内时,可以提高改性黏土絮凝的速率,絮凝体的分形维数Df、絮凝体强度呈现出先增大后减小的规律;其中,最佳浓度为50mg/L,其最大絮凝速率达到44.13、Df 为1.6823.低浓度(100mg/L)海藻酸钠能促进改性黏土的絮凝效率,但促进作用呈现减小的趋势,表现为最大絮凝效率减小,Df降低、絮凝体的空隙率增大.     

电磁场对污泥回流工艺混凝效能和絮体特性的影响

本研究采用电磁场对回流污泥进行磁化处理,考察了不同强度和时间电磁作用对污泥回流过程的混凝效果和溶解性有机物去除效能的影响.结果表明,磁化污泥可改善污泥回流混凝过程的浊度和DOC去除率,比磁化之前分别提高了3.7%、32.4%,足够大的磁场强度和必要的磁化时间对混凝效能改善有较显著的作用;磁化作用可使回流污泥和混凝时混合水的Zeta电位升高,使混凝时的絮体特性得到了明显改善,絮体具有更大的成长速率、平均絮凝指数和平均粒径,絮体结构更加密实、规则.     

Coagulation efficiency and flocs characteristics of recycling sludge during treatment of low temperature and micro-polluted water

Drinking water treatment sludge, characterized as accumulated suspended solids and organic and inorganic matter, is produced in large quantities during the coagulation process. The proper disposal, regeneration or reuse of sludge is, therefore, a significant environmental issue. Reused sludge at low temperatures is an alternative method to enhance traditional coagulation efficiency. In the present study, the recycling mass of mixed sludge and properties of raw water (such as pH and turbidity) were systematically investigated to optimize coagulation efficiency. We determined that the appropriate dosage of mixed sludge was 60 mL/L, effective initial turbidity ranges were below 45.0 NTU, and optimal pH for DOMs and turbidity removal was 6.5--7.0 and 8.0, respectively. Furthermore, by comparing the flocs characteristics with and without recycling sludge, we found that floc structures with sludge were more irregular with average size growth to 64.7 μupm from 48.1 μupm. Recycling sludge was a feasible and successful method for enhancing pollutants removal, and the more irregular flocs structure after recycling might be caused by breakage of reused flocs and incorporation of powdered activated carbon into larger flocs structure. Applied during the coagulation process, recycling sludge could be significant for the treatment of low temperature and micro-polluted source water.     

聚合氯化铝（PACl）混凝絮体的破碎与恢复

通过烧杯实验以及在线粒度监测考察了聚合氯化铝（PACl）混凝所生成絮体的破碎以及随后絮体的恢复情况.结果发现,絮体的破碎以及恢复情况因混凝区域的不同而呈现不同的规律.在稳定区,絮体的强度较大,不易破碎,且破碎后的絮体可进一步增长,其恢复因子高达259%;在电中和混凝区,絮体的强度最小,易于破碎,但破碎后可完全恢复;在再稳区和卷扫混凝区,絮体的强度较大,不易破碎,但破碎后不能完全恢复,其中后者的恢复因子仅为18.6％.再搅拌强度越大,对絮体的破碎及恢复程度的影响越大.对于卷扫混凝,经再搅拌破碎后而得到部分恢复的絮体,相对于未经再搅拌的絮体而言,其絮体层与水体间界面的沉降高度及平均沉降速率均较低,且在絮凝沉降区和区域沉降区,该絮体界面的瞬时沉降速率在同一絮体浓度下均较低,但在压缩沉降区,二者的瞬时沉降速率相同.