一种混凝反应流场优化方法与流程

本发明涉及水处理设备领域，尤其涉及一种混凝反应流场优化方法。

背景技术：

混凝技术广泛应用于给水处理、污水预处理和污水深度处理等，能够去除水体中的悬浮物、有机物、总磷等多种污染物，是一种非常重要的水处理技术，混凝单元的处理效果对后续工艺的运行状况、成本和出水效果都有着直接的影响。

混凝反应的发生主要依靠絮凝动力学，絮凝动力学是指在絮凝过程中，水中的胶体颗粒粒径不断增大，颗粒浓度不断减少的过程。原水中的胶体发生絮凝的一个必要条件就是使颗粒发生相互碰撞。通常，絮凝碰撞主要由三种作用引起：异向絮凝、同向絮凝和差速沉降，其中同向絮凝占有十分重要的地位。同向絮凝是指在机械搅拌或水力作用等外力推动作用下，颗粒的相互碰撞聚集。微小颗粒碰撞的几率和合理的有效碰撞效果，是由设备的动力学条件所决定的，其中水动力条件对絮凝体的成长起决定性作用，因此水力条件是絮凝效率高低的关键。

速度梯度G值和GT值，通常是许多水厂絮凝设计和运行的主要控制参数。速度梯度G值综合地表征了水流的紊动程度，反应了颗粒的碰撞频率。GT值则相当于单位体积水体中颗粒碰撞的总次数。一般建议混合阶段G值在500～1000s^-1，时间不超过2min；絮凝阶段平均G值20～70s^-1，平均GT值在10⁴～10⁵。在紊流条件下，G值的计算依据的是施于单位体积水流的总功率。由于所施加的总功率并非都对颗粒碰撞絮凝有效，其中一部分功率消耗对混凝不起作用，称之为无效功率，一部分功率确实消耗于颗粒碰撞絮凝中，称之为有效功率。由于絮凝池水力条件的不同，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，因此如何提供一种优化混凝反应流场分布的方法和装置是需要解决的问题。

技术实现要素：

基于现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种混凝反应流场优化方法，能用于各种水质的混凝反应的流场优化，有效提高混凝工艺去除污染物的效率。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明实施例提供一种混凝反应流场优化方法，包括：

步骤1，利用计算流体力学模拟软件构建工程上常用的混凝装置模型；

步骤2，通过第二模拟软件以可视化方式模拟混凝反应装置模型在不同参数条件下的流场分布，筛选出流场无明显死区，混合池平均紊动能为0.2～0.4m²/s²、紊动耗散率为2～3m²/s³，絮凝池平均紊动能为0.005～0.007m²/s²、紊动耗散率为0.001～0.003m²/s³的参数范围；

步骤3，根据模拟结果构建优化条件下的实体实验混凝装置，结合污染物去除情况和絮体形成情况，确定该实验混凝装置的混合阶段和絮凝阶段的最佳运行参数，该最佳运行参数作为工程中的混凝装置的最佳运行参数。

利用计算流体力学模拟软件构建工程上常用的混凝装置模型，该混凝装置模型包括：一个混合池、三个絮凝池，水流呈折流形式，三个絮凝池壁上均设置挡板，混合池和絮凝池分别设置机械搅拌装置；

通过所述计算流体力学模拟软件，以可视化方式分析获得所述混凝装置模型中，机械搅拌装置的桨叶的尺寸及安装装置、挡板的尺寸及安装位置、机械搅拌装置的转速，水力停留时间对混凝反应流场分布影响的结果数据，根据获得的结果数据筛选出优化的流场分布的参数范围；

根据筛选出优化的流场分布的参数范围，构建实体连续流实验混凝装置，在不同优化参数条件下，测定所述连续流实验混凝装置的混凝反应对COD、TP、浊度的去除效果以及絮体的形态和沉降性能，来确定连续流实验混凝装置的混合阶段和絮凝阶段的最佳运行参数。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的混凝反应流场优化方法，具有以下优点：(1)利用计算流体力学模拟软件对混凝反应过程中的流场分布进行可视化分析和参数优化，能直观形象地揭示出混凝装置中的水流状态，能够有效改善混凝反应的水力条件，减少连续流混凝实验的工作量；(2)先确定优化参数后，再通过连续流混凝装置进行实验，能够更好的模拟实际工程的水力条件，实验结果对工程更有指导意义；(3)将COD、TP、浊度的去除效果以及絮体的形态作为评价混凝效果的指标，既能降低仅用模拟软件进行混凝效果优化的复杂性，又能准确的反映出混凝反应的实际效果；(4)通过该方法优化后的混凝工艺能够有效改善出水水质、降低基建费用和运行费用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的优化方法流通图；

图2为本发明实施例提供的混凝装置的构成示意图。

具体实施方式

下面结合本发明的具体内容，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明实施例提供一种混凝反应流场优化的方法，是一种为各种水质的混凝反应进行反应流场优化的方法，能有效提高混凝工艺去除污染物的效率，该方法包括：

步骤1，利用计算流体力学模拟软件构建工程上常用的混凝装置模型，包括：一个混合池、三个絮凝池，水流呈折流形式，絮凝池壁上设置挡板，混合池和絮凝池分别设置机械搅拌装置；

步骤2，通过第二模拟软件，以可视化分析方式获得机械搅拌装置的桨叶的尺寸及安装位置、挡板的尺寸及安装位置、机械搅拌装置的转速，水力停留时间对混凝反应流场分布影响的结果数据，从所述结果数据中筛选出流场无明显死区，混合池平均紊动能为0.2～0.4m²/s²、紊动耗散率为2～3m²/s³，絮凝池平均紊动能为0.005～0.007m²/s²、紊动耗散率为0.001～0.003m²/s³的参数范围；这些参数作为筛选出优化的流场分布的参数；

步骤3，根据模拟软件优化的结果(即根据上述筛选得到的流场分布较好的参数)，构建实体连续流实验混凝装置，在不同优化参数(即上述筛选出的优化的流场分布的参数)条件下，测定混凝反应对COD、TP、浊度的去除效果以及絮体的形态和沉降性能，综合分析确定所述的连续流实验混凝装置混合阶段和絮凝阶段的最佳运行参数。

下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种混凝反应流场优化的方法，包括以下步骤：

步骤1：利用计算流体力学模拟软件(如solidworks软件)构建工程用的混凝反应装置模型；

具体的，利用solidworks软件构建的混凝反应装置模型如图2所示，具体为：1格混合池、3格絮凝池的池体模型，混合池进水，依次流经混合池和第1格、第2格、第3格絮凝池，从第3格絮凝池出水，池体间通过穿墙孔洞连接，水流呈上下、左右折流式；混合池和絮凝池都设置搅拌装置，混合池采用折桨式桨叶，絮凝池采用板框式桨叶；絮凝池壁上设置挡板以减少搅拌死区的产生；

步骤2：利用第二模拟软件模拟混凝反应装置模型在不同参数条件下的流场分布，筛选出水力条件较好的参数范围；

具体的，利用ansys软件对混凝模型进行可视化流场分析，模拟在不同的进水流量、桨叶和挡板的尺寸和安装位置、混合和絮凝的搅拌转速下的流场分布情况，筛选出流场无明显死区，混合池平均紊动能为0.2～0.4m²/s²、紊动耗散率为2～3m²/s³，絮凝池平均紊动能为0.005～0.007m²/s²、紊动耗散率为0.001～0.003m²/s³的运行参数范围；

步骤3：根据模拟结果构建优化条件下的实体实验混凝装置，结合污染物去除情况和絮体形成情况对运行参数进一步优化。

具体的，根据模拟优化结果构建实体的实验混凝装置，选取实际废水进行实验，在混合池进水口附近添加絮凝剂，在第1格絮凝池进水口附近添加助凝剂，观察形成絮体的形态和沉降性能，测定混凝反应后COD、TP和浊度的去除效果。通过以上指标的比较，对加药量、桨叶入水深度、搅拌机转速等参数进行进一步优化，最终筛选出加药量少、污染物去除效果好、絮体沉降性能好的运行参数。

实施例2

本发明的方法应用于城市生活污水的预处理系统，设计进水量为360L/h，进水COD浓度150～200mg/L，TP浓度3～5mg/L，浊度120～200NTU。

首先根据实施例1中的步骤1和步骤2，利用计算流体力学软件对混凝反应的流场进行优化，筛选出效果较好的参数范围；然后通过实体的实验混凝装置进一步优化得出最佳运行参数。优化后的运行参数为；混合池停留时间30s，絮凝池停留时间16min；混合池的G值为300s^-1，桨叶入水深度(桨叶中心距离水面的距离)150mm；絮凝池的平均G值为30s^-1，桨叶入水深度(桨叶中心距离水面的距离)：第1格140mm，第2格200mm，第3格160mm；絮凝剂(PAC)浓度30mg/L，助凝剂(PAM)浓度1mg/L。在以上优化参数条件下运行的混凝反应对COD的去除率达到60％以上、TP的去除率达到50％以上、浊度的去除率在90％以上。按照本发明优化的混凝反应装置能够在低投药量条件下高效、稳定的去除COD、TP、浊度等污染物，有效减轻了后续生化系统的处理负担，为污水的达标排放提供了保障。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。