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水中絮体颗粒动态分布特征对絮凝效果影响研究

作　者: 宋欣欣
导　师: 南军
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 市政工程
关键词: 浊度颗粒计数絮凝效果粒度分布絮凝基线波动
分类号: R123
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

悬浮颗粒物是水处理的主要去除对象,在处理及使用过程中,水中的颗粒物质数量、形态和特征都会发生变化。在水处理工艺中,常采用絮凝除浊的方法进行固液分离,即使水中胶体粒子以及微小悬浮物等杂质在混凝药剂作用下进行聚集,而后通过沉淀去除的过程。从本质上讲,絮凝方法是专门用以改变水中悬浮颗粒粒度分布的,即促使水中悬浮颗粒由粒径较小、数量较多逐渐演变为粒径较大、数量较少的状态,沉淀和过滤工艺也只能去除一定粒径范围的悬浮颗粒。浊度是水中悬浮颗粒浓度、大小、形状、颜色和表面特性等诸因素对光所产生各种影响的一个综合光学性质度量;颗粒计数则是直接测定水中悬浮颗粒数量及大小分布,两者检测原理的差异导致浊度与颗粒总数在一定范围内相关性较差。颗粒计数仪的出现为研究絮体粒度动态分布提供了有效的监测手段。将颗粒计数仪作为浊度仪的有益补充,两者联用,可有效地表征水处理的效果,保证供水安全。本课题采用颗粒计数技术为主要检测手段研究水中含有的悬浮物和胶体杂质颗粒数、大小等分布特征对浊度变化的影响规律。结果表明,水中颗粒物具有不均一性或多分散性,不同粒径的颗粒对浊度的影响不同,在多数情况下水中含有的稳态微颗粒难以由浊度值来生动体现,而颗粒计数仪可直接计数并确定颗粒物的大小,它较全面地提供了有关水中悬浮颗粒物特征的信息,能从细节方面提供水中悬浮颗粒体系的微观特性。分别采用颗粒计数法和图像法对不同水力和水质条件下絮体的大小、数量、离散度等物理性质对絮凝效果的影响进行了试验研究,发现絮体在水处理中的固液分离行为与絮体的分布密切相关。基于絮体分布的脉动现象提出絮凝基线波动值这个新概念,试验结果表明:絮凝基线波动值可以作为反映絮凝过程颗粒聚集(絮凝)状态的有效指标,其在不同水质条件下与剩余浊度之间均具有良好的相关性,能够很好地反映絮凝效果的变化。而通过将分形理论引入到絮体粒度分布规律的研究发现,采用粒度分形维数这一特征指标可以实现不同絮凝反应条件下所形成絮体的粒度分布对絮凝效果影响力的定量描述,其与沉后水小于5μm颗粒数间存在良好的相关性。将絮凝基线波动值与粒度分形维数特征指标联用,不但可以在实际水处理工艺生产运行中优化絮凝条件和改善絮凝效果,还可以针对性地降低处理后水中的稳态微颗粒数量,消除其对城市供水水质安全产生的隐患。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-23
  1.1 课题背景  10-11
  1.2 混凝动态过程  11-17
    1.2.1 水中胶体稳定性  11-13
    1.2.2 混凝过程理论  13-14
    1.2.3 絮凝水力条件  14-15
    1.2.4 絮体成长过程模型  15-17
  1.3 水体颗粒物检测技术  17-21
    1.3.1 颗粒检测技术用于给水处理  17-19
    1.3.2 颗粒检测技术的研究现状及发展趋势  19-21
  1.4 研究目的、意义及内容  21-23
    1.4.1 研究目的与意义  21
    1.4.2 研究内容  21-22
    1.4.3 课题来源  22-23
第2章研究方法及数据分析  23-42
  2.1 试验方法及流程  23-25
    2.1.1 试验方法  23
    2.1.2 试验流程  23-25
  2.2 试验设备与材料  25-28
    2.2.1 试验设备及主要技术参数  25-27
    2.2.2 试验材料  27-28
  2.3 试验中应用的检测技术  28-34
    2.3.1 浊度检测  28-29
    2.3.2 颗粒计数检测  29-30
    2.3.3 絮体粒度分形特征检测  30-34
  2.4 试验数据的分析  34-41
    2.4.1 絮凝剂合理投加量的确定  34-36
    2.4.2 颗粒计数仪各粒径段的设置  36
    2.4.3 粒度分形维数的计算  36-39
    2.4.4 絮体平均粒径计算  39-41
  2.5 本章小结  41-42
第3章水中颗粒粒度分布对浊度影响规律研究  42-56
  3.1 水体颗粒数和浊度相关性分析  42-44
  3.2 低浊范围颗粒粒度对浊度影响  44-49
    3.2.1 不同粒度颗粒随浊度变化规律  44
    3.2.2 颗粒粒度对浊度影响  44-47
    3.2.3 颗粒粒度分布对浊度影响  47-48
    3.2.4 粒度分形维数对浊度影响  48-49
  3.3 常规浊度范围颗粒粒度对浊度影响  49-54
    3.3.1 不同粒度颗粒随浊度变化规律  49-50
    3.3.2 颗粒粒度对浊度影响  50-52
    3.3.3 颗粒粒度分布对浊度影响  52-53
    3.3.4 粒度分形维数对浊度影响  53-54
  3.4 本章小结  54-56
第4章絮凝基线波动技术研究  56-90
  4.1 絮凝过程絮体平均粒径动态变化过程  57-68
    4.1.1 不同慢搅速度平均粒径变化过程  57-59
    4.1.2 变速度梯度絮凝过程平均粒径动态变化  59-62
    4.1.3 变絮凝时间平均粒径变化规律  62-64
    4.1.4 不同水质条件平均粒径变化规律  64-68
  4.2 絮凝过程絮体离散度动态变化过程  68-74
    4.2.1 不同慢搅速度离散度变化过程  68-70
    4.2.2 变速度梯度絮凝过程离散度动态变化  70-71
    4.2.3 变絮凝时间离散度变化规律  71-72
    4.2.4 不同水质条件离散度变化规律  72-74
  4.3 絮凝过程絮凝基线波动值动态变化过程  74-79
    4.3.1 不同慢搅速度基线波动值变化过程  74-76
    4.3.2 变速度梯度絮凝过程基线波动值动态变化  76-77
    4.3.3 变絮凝时间基线波动值变化规律  77
    4.3.4 不同水质条件基线波动值变化规律  77-79
  4.4 絮凝基线波动特征对絮凝效果影响  79-88
    4.4.1 不同水力条件相关性分析  79-82
    4.4.2 不同水质条件相关性分析  82-88
  4.5 本章小结  88-90
第5章水中絮体颗粒粒度分形分布特征研究  90-118
  5.1 絮凝过程絮体颗粒粒度动态变化  90-97
    5.1.1 不同慢搅速度粒度动态变化  90-93
    5.1.2 变速度梯度絮凝过程粒度动态分布  93-94
    5.1.3 改变絮凝时间粒度动态分布  94
    5.1.4 不同水质条件粒度动态分布  94-97
  5.2 絮凝过程絮体颗粒粒度分形维数动态变化  97-103
    5.2.1 不同慢搅速度粒度分形维数动态变化  97-99
    5.2.2 变速度梯度絮凝过程粒度分形维数变化  99-100
    5.2.3 变絮凝时间粒度分形维数变化  100
    5.2.4 不同水质条件粒度分形维数变化  100-103
  5.3 絮体粒度分形特征对絮凝效果影响  103-110
    5.3.1 不同水力条件影响  103-105
    5.3.2 不同水质条件影响  105-110
  5.4 颗粒计数和图像粒度技术对比分析  110-116
    5.4.1 动态过程曲线对比  110-112
    5.4.2 出水相关性  112-116
  5.5 本章小结  116-118
结论  118-120
参考文献  120-124
攻读学位期间发表的学术论文及其他成果  124-126
致谢  126

水中絮体颗粒动态分布特征对絮凝效果影响研究

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