本發(fā)明涉及水處理設備領域，尤其涉及一種混凝反應流場優(yōu)化方法。

背景技術：

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

混凝反應的發(fā)生主要依靠絮凝動力學，絮凝動力學是指在絮凝過程中，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。同向絮凝是指在機械攪拌或水力作用等外力推動作用下，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，是由設備的動力學條件所決定的，其中水動力條件對絮凝體的成長起決定性作用，因此水力條件是絮凝效率高低的關鍵。

速度梯度G值和GT值，通常是許多水廠絮凝設計和運行的主要控制參數(shù)。速度梯度G值綜合地表征了水流的紊動程度，反應了顆粒的碰撞頻率。GT值則相當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值的計算依據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顆粒碰撞絮凝有效，其中一部分功率消耗對混凝不起作用，稱之為無效功率，一部分功率確實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)化混凝反應流場分布的方法和裝置是需要解決的問題。

技術實現(xiàn)要素：

基于現(xiàn)有技術所存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種混凝反應流場優(yōu)化方法，能用于各種水質的混凝反應的流場優(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方案實現(xiàn)的：

本發(fā)明實施例提供一種混凝反應流場優(yōu)化方法，包括：

步驟1，利用計算流體力學模擬軟件構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裝置模型在不同參數(shù)條件下的流場分布，篩選出流場無明顯死區(qū)，混合池平均紊動能為0.2～0.4m²/s²、紊動耗散率為2～3m²/s³，絮凝池平均紊動能為0.005～0.007m²/s²、紊動耗散率為0.001～0.003m²/s³的參數(shù)范圍；

步驟3，根據模擬結果構建優(yōu)化條件下的實體實驗混凝裝置，結合污染物去除情況和絮體形成情況，確定該實驗混凝裝置的混合階段和絮凝階段的最佳運行參數(shù)，該最佳運行參數(shù)作為工程中的混凝裝置的最佳運行參數(shù)。

利用計算流體力學模擬軟件構建工程上常用的混凝裝置模型，該混凝裝置模型包括：一個混合池、三個絮凝池，水流呈折流形式，三個絮凝池壁上均設置擋板，混合池和絮凝池分別設置機械攪拌裝置；

通過所述計算流體力學模擬軟件，以可視化方式分析獲得所述混凝裝置模型中，機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、機械攪拌裝置的轉速，水力停留時間對混凝反應流場分布影響的結果數(shù)據，根據獲得的結果數(shù)據篩選出優(yōu)化的流場分布的參數(shù)范圍；

根據篩選出優(yōu)化的流場分布的參數(shù)范圍，構建實體連續(xù)流實驗混凝裝置，在不同優(yōu)化參數(shù)條件下，測定所述連續(xù)流實驗混凝裝置的混凝反應對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)流實驗混凝裝置的混合階段和絮凝階段的最佳運行參數(shù)。

由上述本發(fā)明提供的技術方案可以看出，本發(fā)明實施例提供的混凝反應流場優(yōu)化方法，具有以下優(yōu)點：(1)利用計算流體力學模擬軟件對混凝反應過程中的流場分布進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的水力條件，減少連續(xù)流混凝實驗的工作量；(2)先確定優(yōu)化參數(shù)后，再通過連續(xù)流混凝裝置進行實驗，能夠更好的模擬實際工程的水力條件，實驗結果對工程更有指導意義；(3)將COD、TP、濁度的去除效果以及絮體的形態(tài)作為評價混凝效果的指標，既能降低僅用模擬軟件進行混凝效果優(yōu)化的復雜性，又能準確的反映出混凝反應的實際效果；(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、降低基建費用和運行費用。

附圖說明

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

圖1為本發(fā)明實施例提供的優(yōu)化方法流通圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的混凝裝置的構成示意圖。

具體實施方式

下面結合本發(fā)明的具體內容，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明的保護范圍。

本發(fā)明實施例提供一種混凝反應流場優(yōu)化的方法，是一種為各種水質的混凝反應進行反應流場優(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，利用計算流體力學模擬軟件構建工程上常用的混凝裝置模型，包括：一個混合池、三個絮凝池，水流呈折流形式，絮凝池壁上設置擋板，混合池和絮凝池分別設置機械攪拌裝置；

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、機械攪拌裝置的轉速，水力停留時間對混凝反應流場分布影響的結果數(shù)據，從所述結果數(shù)據中篩選出流場無明顯死區(qū)，混合池平均紊動能為0.2～0.4m²/s²、紊動耗散率為2～3m²/s³，絮凝池平均紊動能為0.005～0.007m²/s²、紊動耗散率為0.001～0.003m²/s³的參數(shù)范圍；這些參數(shù)作為篩選出優(yōu)化的流場分布的參數(shù)；

步驟3，根據模擬軟件優(yōu)化的結果(即根據上述篩選得到的流場分布較好的參數(shù))，構建實體連續(xù)流實驗混凝裝置，在不同優(yōu)化參數(shù)(即上述篩選出的優(yōu)化的流場分布的參數(shù))條件下，測定混凝反應對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)流實驗混凝裝置混合階段和絮凝階段的最佳運行參數(shù)。

下面將結合附圖對本發(fā)明實施例作進一步地詳細描述。

實施例1

如圖1所示，本實施例提供一種混凝反應流場優(yōu)化的方法，包括以下步驟：

步驟1：利用計算流體力學模擬軟件(如solidworks軟件)構建工程用的混凝反應裝置模型；

具體的，利用solidworks軟件構建的混凝反應裝置模型如圖2所示，具體為：1格混合池、3格絮凝池的池體模型，混合池進水，依次流經混合池和第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；絮凝池壁上設置擋板以減少攪拌死區(qū)的產生；

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

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

步驟3：根據模擬結果構建優(yōu)化條件下的實體實驗混凝裝置，結合污染物去除情況和絮體形成情況對運行參數(shù)進一步優(yōu)化。

具體的，根據模擬優(yōu)化結果構建實體的實驗混凝裝置，選取實際廢水進行實驗，在混合池進水口附近添加絮凝劑，在第1格絮凝池進水口附近添加助凝劑，觀察形成絮體的形態(tài)和沉降性能，測定混凝反應后COD、TP和濁度的去除效果。通過以上指標的比較，對加藥量、槳葉入水深度、攪拌機轉速等參數(shù)進行進一步優(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行參數(shù)。

實施例2

本發(fā)明的方法應用于城市生活污水的預處理系統(tǒng)，設計進水量為360L/h，進水COD濃度150～200mg/L，TP濃度3～5mg/L，濁度120～200NTU。

首先根據實施例1中的步驟1和步驟2，利用計算流體力學軟件對混凝反應的流場進行優(yōu)化，篩選出效果較好的參數(shù)范圍；然后通過實體的實驗混凝裝置進一步優(yōu)化得出最佳運行參數(shù)。優(yōu)化后的運行參數(shù)為；混合池停留時間30s，絮凝池停留時間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)條件下運行的混凝反應對COD的去除率達到60％以上、TP的去除率達到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)的處理負擔，為污水的達標排放提供了保障。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明披露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。