本發(fā)明涉及水處理設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種混凝反應(yīng)流場(chǎng)優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

混凝技術(shù)廣泛應(yīng)用于給水處理、污水預(yù)處理和污水深度處理等，能夠去除水體中的懸浮物、有機(jī)物、總磷等多種污染物，是一種非常重要的水處理技術(shù)，混凝單元的處理效果對(duì)后續(xù)工藝的運(yùn)行狀況、成本和出水效果都有著直接的影響。

混凝反應(yīng)的發(fā)生主要依靠絮凝動(dòng)力學(xué)，絮凝動(dòng)力學(xué)是指在絮凝過程中，水中的膠體顆粒粒徑不斷增大，顆粒濃度不斷減少的過程。原水中的膠體發(fā)生絮凝的一個(gè)必要條件就是使顆粒發(fā)生相互碰撞。通常，絮凝碰撞主要由三種作用引起：異向絮凝、同向絮凝和差速沉降，其中同向絮凝占有十分重要的地位。同向絮凝是指在機(jī)械攪拌或水力作用等外力推動(dòng)作用下，顆粒的相互碰撞聚集。微小顆粒碰撞的幾率和合理的有效碰撞效果，是由設(shè)備的動(dòng)力學(xué)條件所決定的，其中水動(dòng)力條件對(duì)絮凝體的成長(zhǎng)起決定性作用，因此水力條件是絮凝效率高低的關(guān)鍵。

速度梯度G值和GT值，通常是許多水廠絮凝設(shè)計(jì)和運(yùn)行的主要控制參數(shù)。速度梯度G值綜合地表征了水流的紊動(dòng)程度，反應(yīng)了顆粒的碰撞頻率。GT值則相當(dāng)于單位體積水體中顆粒碰撞的總次數(shù)。一般建議混合階段G值在500～1000s^-1，時(shí)間不超過2min；絮凝階段平均G值20～70s^-1，平均GT值在10⁴～10⁵。在紊流條件下，G值的計(jì)算依據(jù)的是施于單位體積水流的總功率。由于所施加的總功率并非都對(duì)顆粒碰撞絮凝有效，其中一部分功率消耗對(duì)混凝不起作用，稱之為無效功率，一部分功率確實(shí)消耗于顆粒碰撞絮凝中，稱之為有效功率。由于絮凝池水力條件的不同，即使相同的值，有效功率消耗也不一定相同，因而混凝效果也不一定相同，因此如何提供一種優(yōu)化混凝反應(yīng)流場(chǎng)分布的方法和裝置是需要解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種混凝反應(yīng)流場(chǎng)優(yōu)化方法，能用于各種水質(zhì)的混凝反應(yīng)的流場(chǎng)優(yōu)化，有效提高混凝工藝去除污染物的效率。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明實(shí)施例提供一種混凝反應(yīng)流場(chǎng)優(yōu)化方法，包括：

步驟1，利用計(jì)算流體力學(xué)模擬軟件構(gòu)建工程上常用的混凝裝置模型；

步驟2，通過第二模擬軟件以可視化方式模擬混凝反應(yīng)裝置模型在不同參數(shù)條件下的流場(chǎng)分布，篩選出流場(chǎng)無明顯死區(qū)，混合池平均紊動(dòng)能為0.2～0.4m²/s²、紊動(dòng)耗散率為2～3m²/s³，絮凝池平均紊動(dòng)能為0.005～0.007m²/s²、紊動(dòng)耗散率為0.001～0.003m²/s³的參數(shù)范圍；

步驟3，根據(jù)模擬結(jié)果構(gòu)建優(yōu)化條件下的實(shí)體實(shí)驗(yàn)混凝裝置，結(jié)合污染物去除情況和絮體形成情況，確定該實(shí)驗(yàn)混凝裝置的混合階段和絮凝階段的最佳運(yùn)行參數(shù)，該最佳運(yùn)行參數(shù)作為工程中的混凝裝置的最佳運(yùn)行參數(shù)。

利用計(jì)算流體力學(xué)模擬軟件構(gòu)建工程上常用的混凝裝置模型，該混凝裝置模型包括：一個(gè)混合池、三個(gè)絮凝池，水流呈折流形式，三個(gè)絮凝池壁上均設(shè)置擋板，混合池和絮凝池分別設(shè)置機(jī)械攪拌裝置；

通過所述計(jì)算流體力學(xué)模擬軟件，以可視化方式分析獲得所述混凝裝置模型中，機(jī)械攪拌裝置的槳葉的尺寸及安裝裝置、擋板的尺寸及安裝位置、機(jī)械攪拌裝置的轉(zhuǎn)速，水力停留時(shí)間對(duì)混凝反應(yīng)流場(chǎng)分布影響的結(jié)果數(shù)據(jù)，根據(jù)獲得的結(jié)果數(shù)據(jù)篩選出優(yōu)化的流場(chǎng)分布的參數(shù)范圍；

根據(jù)篩選出優(yōu)化的流場(chǎng)分布的參數(shù)范圍，構(gòu)建實(shí)體連續(xù)流實(shí)驗(yàn)混凝裝置，在不同優(yōu)化參數(shù)條件下，測(cè)定所述連續(xù)流實(shí)驗(yàn)混凝裝置的混凝反應(yīng)對(duì)COD、TP、濁度的去除效果以及絮體的形態(tài)和沉降性能，來確定連續(xù)流實(shí)驗(yàn)混凝裝置的混合階段和絮凝階段的最佳運(yùn)行參數(shù)。

由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實(shí)施例提供的混凝反應(yīng)流場(chǎng)優(yōu)化方法，具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)利用計(jì)算流體力學(xué)模擬軟件對(duì)混凝反應(yīng)過程中的流場(chǎng)分布進(jìn)行可視化分析和參數(shù)優(yōu)化，能直觀形象地揭示出混凝裝置中的水流狀態(tài)，能夠有效改善混凝反應(yīng)的水力條件，減少連續(xù)流混凝實(shí)驗(yàn)的工作量；(2)先確定優(yōu)化參數(shù)后，再通過連續(xù)流混凝裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，能夠更好的模擬實(shí)際工程的水力條件，實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)工程更有指導(dǎo)意義；(3)將COD、TP、濁度的去除效果以及絮體的形態(tài)作為評(píng)價(jià)混凝效果的指標(biāo)，既能降低僅用模擬軟件進(jìn)行混凝效果優(yōu)化的復(fù)雜性，又能準(zhǔn)確的反映出混凝反應(yīng)的實(shí)際效果；(4)通過該方法優(yōu)化后的混凝工藝能夠有效改善出水水質(zhì)、降低基建費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的優(yōu)化方法流通圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的混凝裝置的構(gòu)成示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合本發(fā)明的具體內(nèi)容，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

本發(fā)明實(shí)施例提供一種混凝反應(yīng)流場(chǎng)優(yōu)化的方法，是一種為各種水質(zhì)的混凝反應(yīng)進(jìn)行反應(yīng)流場(chǎng)優(yōu)化的方法，能有效提高混凝工藝去除污染物的效率，該方法包括：

步驟1，利用計(jì)算流體力學(xué)模擬軟件構(gòu)建工程上常用的混凝裝置模型，包括：一個(gè)混合池、三個(gè)絮凝池，水流呈折流形式，絮凝池壁上設(shè)置擋板，混合池和絮凝池分別設(shè)置機(jī)械攪拌裝置；

步驟2，通過第二模擬軟件，以可視化分析方式獲得機(jī)械攪拌裝置的槳葉的尺寸及安裝位置、擋板的尺寸及安裝位置、機(jī)械攪拌裝置的轉(zhuǎn)速，水力停留時(shí)間對(duì)混凝反應(yīng)流場(chǎng)分布影響的結(jié)果數(shù)據(jù)，從所述結(jié)果數(shù)據(jù)中篩選出流場(chǎng)無明顯死區(qū)，混合池平均紊動(dòng)能為0.2～0.4m²/s²、紊動(dòng)耗散率為2～3m²/s³，絮凝池平均紊動(dòng)能為0.005～0.007m²/s²、紊動(dòng)耗散率為0.001～0.003m²/s³的參數(shù)范圍；這些參數(shù)作為篩選出優(yōu)化的流場(chǎng)分布的參數(shù)；

步驟3，根據(jù)模擬軟件優(yōu)化的結(jié)果(即根據(jù)上述篩選得到的流場(chǎng)分布較好的參數(shù))，構(gòu)建實(shí)體連續(xù)流實(shí)驗(yàn)混凝裝置，在不同優(yōu)化參數(shù)(即上述篩選出的優(yōu)化的流場(chǎng)分布的參數(shù))條件下，測(cè)定混凝反應(yīng)對(duì)COD、TP、濁度的去除效果以及絮體的形態(tài)和沉降性能，綜合分析確定所述的連續(xù)流實(shí)驗(yàn)混凝裝置混合階段和絮凝階段的最佳運(yùn)行參數(shù)。

下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。

實(shí)施例1

如圖1所示，本實(shí)施例提供一種混凝反應(yīng)流場(chǎng)優(yōu)化的方法，包括以下步驟：

步驟1：利用計(jì)算流體力學(xué)模擬軟件(如solidworks軟件)構(gòu)建工程用的混凝反應(yīng)裝置模型；

具體的，利用solidworks軟件構(gòu)建的混凝反應(yīng)裝置模型如圖2所示，具體為：1格混合池、3格絮凝池的池體模型，混合池進(jìn)水，依次流經(jīng)混合池和第1格、第2格、第3格絮凝池，從第3格絮凝池出水，池體間通過穿墻孔洞連接，水流呈上下、左右折流式；混合池和絮凝池都設(shè)置攪拌裝置，混合池采用折槳式槳葉，絮凝池采用板框式槳葉；絮凝池壁上設(shè)置擋板以減少攪拌死區(qū)的產(chǎn)生；

步驟2：利用第二模擬軟件模擬混凝反應(yīng)裝置模型在不同參數(shù)條件下的流場(chǎng)分布，篩選出水力條件較好的參數(shù)范圍；

具體的，利用ansys軟件對(duì)混凝模型進(jìn)行可視化流場(chǎng)分析，模擬在不同的進(jìn)水流量、槳葉和擋板的尺寸和安裝位置、混合和絮凝的攪拌轉(zhuǎn)速下的流場(chǎng)分布情況，篩選出流場(chǎng)無明顯死區(qū)，混合池平均紊動(dòng)能為0.2～0.4m²/s²、紊動(dòng)耗散率為2～3m²/s³，絮凝池平均紊動(dòng)能為0.005～0.007m²/s²、紊動(dòng)耗散率為0.001～0.003m²/s³的運(yùn)行參數(shù)范圍；

步驟3：根據(jù)模擬結(jié)果構(gòu)建優(yōu)化條件下的實(shí)體實(shí)驗(yàn)混凝裝置，結(jié)合污染物去除情況和絮體形成情況對(duì)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)一步優(yōu)化。

具體的，根據(jù)模擬優(yōu)化結(jié)果構(gòu)建實(shí)體的實(shí)驗(yàn)混凝裝置，選取實(shí)際廢水進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在混合池進(jìn)水口附近添加絮凝劑，在第1格絮凝池進(jìn)水口附近添加助凝劑，觀察形成絮體的形態(tài)和沉降性能，測(cè)定混凝反應(yīng)后COD、TP和濁度的去除效果。通過以上指標(biāo)的比較，對(duì)加藥量、槳葉入水深度、攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速等參數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，最終篩選出加藥量少、污染物去除效果好、絮體沉降性能好的運(yùn)行參數(shù)。

實(shí)施例2

本發(fā)明的方法應(yīng)用于城市生活污水的預(yù)處理系統(tǒng)，設(shè)計(jì)進(jìn)水量為360L/h，進(jìn)水COD濃度150～200mg/L，TP濃度3～5mg/L，濁度120～200NTU。

首先根據(jù)實(shí)施例1中的步驟1和步驟2，利用計(jì)算流體力學(xué)軟件對(duì)混凝反應(yīng)的流場(chǎng)進(jìn)行優(yōu)化，篩選出效果較好的參數(shù)范圍；然后通過實(shí)體的實(shí)驗(yàn)混凝裝置進(jìn)一步優(yōu)化得出最佳運(yùn)行參數(shù)。優(yōu)化后的運(yùn)行參數(shù)為；混合池停留時(shí)間30s，絮凝池停留時(shí)間16min；混合池的G值為300s^-1，槳葉入水深度(槳葉中心距離水面的距離)150mm；絮凝池的平均G值為30s^-1，槳葉入水深度(槳葉中心距離水面的距離)：第1格140mm，第2格200mm，第3格160mm；絮凝劑(PAC)濃度30mg/L，助凝劑(PAM)濃度1mg/L。在以上優(yōu)化參數(shù)條件下運(yùn)行的混凝反應(yīng)對(duì)COD的去除率達(dá)到60％以上、TP的去除率達(dá)到50％以上、濁度的去除率在90％以上。按照本發(fā)明優(yōu)化的混凝反應(yīng)裝置能夠在低投藥量條件下高效、穩(wěn)定的去除COD、TP、濁度等污染物，有效減輕了后續(xù)生化系統(tǒng)的處理負(fù)擔(dān)，為污水的達(dá)標(biāo)排放提供了保障。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。