本發明涉及(ji)水處(chu)理設備領域，尤其(qi)涉及(ji)一(yi)種混(hun)凝(ning)反應流場優(you)化方法。

背景技術：

混(hun)凝(ning)技術廣泛應用(yong)于給水處(chu)(chu)(chu)理(li)、污水預處(chu)(chu)(chu)理(li)和(he)污水深度處(chu)(chu)(chu)理(li)等(deng)，能(neng)夠(gou)去除水體(ti)中(zhong)的(de)(de)懸(xuan)浮物、有機(ji)物、總磷等(deng)多種(zhong)污染物，是一種(zhong)非常(chang)重(zhong)要的(de)(de)水處(chu)(chu)(chu)理(li)技術，混(hun)凝(ning)單(dan)元(yuan)的(de)(de)處(chu)(chu)(chu)理(li)效果對后續工藝的(de)(de)運行(xing)狀(zhuang)況、成本和(he)出水效果都有著直接的(de)(de)影響(xiang)。

混(hun)凝(ning)(ning)反(fan)應的(de)發(fa)生主要依靠絮(xu)凝(ning)(ning)動(dong)(dong)力學，絮(xu)凝(ning)(ning)動(dong)(dong)力學是指在絮(xu)凝(ning)(ning)過程中，水(shui)中的(de)膠體(ti)顆(ke)粒(li)(li)粒(li)(li)徑不斷增(zeng)大，顆(ke)粒(li)(li)濃度不斷減少的(de)過程。原水(shui)中的(de)膠體(ti)發(fa)生絮(xu)凝(ning)(ning)的(de)一個必(bi)要條件(jian)就是使顆(ke)粒(li)(li)發(fa)生相(xiang)互(hu)碰(peng)(peng)撞(zhuang)。通常，絮(xu)凝(ning)(ning)碰(peng)(peng)撞(zhuang)主要由三種作(zuo)用(yong)引起(qi)：異向(xiang)(xiang)絮(xu)凝(ning)(ning)、同(tong)向(xiang)(xiang)絮(xu)凝(ning)(ning)和(he)差速沉降，其(qi)中同(tong)向(xiang)(xiang)絮(xu)凝(ning)(ning)占(zhan)有(you)十分重要的(de)地位(wei)。同(tong)向(xiang)(xiang)絮(xu)凝(ning)(ning)是指在機(ji)械攪拌或水(shui)力作(zuo)用(yong)等外力推動(dong)(dong)作(zuo)用(yong)下，顆(ke)粒(li)(li)的(de)相(xiang)互(hu)碰(peng)(peng)撞(zhuang)聚(ju)集。微小顆(ke)粒(li)(li)碰(peng)(peng)撞(zhuang)的(de)幾率(lv)和(he)合理(li)的(de)有(you)效(xiao)碰(peng)(peng)撞(zhuang)效(xiao)果(guo)，是由設(she)備(bei)的(de)動(dong)(dong)力學條件(jian)所決定(ding)的(de)，其(qi)中水(shui)動(dong)(dong)力條件(jian)對絮(xu)凝(ning)(ning)體(ti)的(de)成長(chang)起(qi)決定(ding)性作(zuo)用(yong)，因此(ci)水(shui)力條件(jian)是絮(xu)凝(ning)(ning)效(xiao)率(lv)高(gao)低(di)的(de)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。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。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(wen)流(liu)條件(jian)(jian)下，G值的(de)(de)(de)計(ji)算依(yi)據的(de)(de)(de)是施于(yu)單位體積水流(liu)的(de)(de)(de)總功(gong)(gong)率(lv)。由(you)于(yu)所施加的(de)(de)(de)總功(gong)(gong)率(lv)并非(fei)都對(dui)顆(ke)粒碰撞絮(xu)凝(ning)有效，其中一(yi)部(bu)分(fen)(fen)功(gong)(gong)率(lv)消(xiao)耗對(dui)混凝(ning)不(bu)起作(zuo)用，稱之為無效功(gong)(gong)率(lv)，一(yi)部(bu)分(fen)(fen)功(gong)(gong)率(lv)確實消(xiao)耗于(yu)顆(ke)粒碰撞絮(xu)凝(ning)中，稱之為有效功(gong)(gong)率(lv)。由(you)于(yu)絮(xu)凝(ning)池水力條件(jian)(jian)的(de)(de)(de)不(bu)同(tong)，即使相(xiang)同(tong)的(de)(de)(de)值，有效功(gong)(gong)率(lv)消(xiao)耗也(ye)不(bu)一(yi)定相(xiang)同(tong)，因而混凝(ning)效果也(ye)不(bu)一(yi)定相(xiang)同(tong)，因此如何提供(gong)一(yi)種優化混凝(ning)反應流(liu)場分(fen)(fen)布的(de)(de)(de)方法和(he)裝置是需要(yao)解決的(de)(de)(de)問題。

技術實現要素：

基于現(xian)有(you)技術所存在的問(wen)題，本發明的目的是提(ti)供(gong)一種混(hun)凝反(fan)應流場優(you)化方(fang)法，能用于各種水質的混(hun)凝反(fan)應的流場優(you)化，有(you)效提(ti)高(gao)混(hun)凝工藝去除污染物的效率。

本發明(ming)的目的是通過(guo)以下技術方(fang)案實(shi)現的：

本(ben)發明實施(shi)例(li)提供(gong)一種(zhong)混凝反應(ying)流場優化方法，包括：

步驟1，利用計算流體力學模擬軟件(jian)構建(jian)工(gong)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條件下的流場分布，篩選出流場無明顯死區，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的參數范圍；

步驟(zou)3，根(gen)據模擬結(jie)果構建優化條件(jian)下的(de)(de)實體(ti)實驗混(hun)凝裝置(zhi)，結(jie)合(he)污染物去除情況(kuang)和絮體(ti)形成情況(kuang)，確定該實驗混(hun)凝裝置(zhi)的(de)(de)混(hun)合(he)階段(duan)和絮凝階段(duan)的(de)(de)最(zui)佳(jia)(jia)運行參數，該最(zui)佳(jia)(jia)運行參數作為工(gong)程(cheng)中(zhong)的(de)(de)混(hun)凝裝置(zhi)的(de)(de)最(zui)佳(jia)(jia)運行參數。

利用(yong)(yong)計算流(liu)(liu)體力(li)學模(mo)擬軟件構建工程上常(chang)用(yong)(yong)的混凝(ning)裝(zhuang)置模(mo)型，該混凝(ning)裝(zhuang)置模(mo)型包括：一個(ge)混合(he)池(chi)、三個(ge)絮(xu)(xu)凝(ning)池(chi)，水流(liu)(liu)呈(cheng)折(zhe)流(liu)(liu)形式，三個(ge)絮(xu)(xu)凝(ning)池(chi)壁上均設置擋板，混合(he)池(chi)和絮(xu)(xu)凝(ning)池(chi)分別設置機械攪拌裝(zhuang)置；

通過所述(shu)計(ji)算流(liu)體力(li)學模擬軟件，以可視化(hua)方(fang)式(shi)分析(xi)獲(huo)得(de)所述(shu)混(hun)凝裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)模型中，機械(xie)攪拌裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)的(de)槳葉的(de)尺(chi)寸及(ji)安(an)裝(zhuang)(zhuang)裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)、擋板的(de)尺(chi)寸及(ji)安(an)裝(zhuang)(zhuang)位置(zhi)、機械(xie)攪拌裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)的(de)轉(zhuan)速，水力(li)停留時間對(dui)混(hun)凝反應(ying)流(liu)場分布影(ying)響(xiang)的(de)結果數(shu)據(ju)，根據(ju)獲(huo)得(de)的(de)結果數(shu)據(ju)篩選(xuan)出優化(hua)的(de)流(liu)場分布的(de)參(can)數(shu)范(fan)圍；

根據篩選出優化(hua)的(de)流(liu)場分布的(de)參數(shu)范圍，構建(jian)實體連續(xu)(xu)(xu)流(liu)實驗混(hun)凝(ning)裝置(zhi)，在不(bu)同(tong)優化(hua)參數(shu)條件下(xia)，測定(ding)所述(shu)連續(xu)(xu)(xu)流(liu)實驗混(hun)凝(ning)裝置(zhi)的(de)混(hun)凝(ning)反應對COD、TP、濁度的(de)去除(chu)效果(guo)以及(ji)絮體的(de)形(xing)態和沉降性能，來(lai)確定(ding)連續(xu)(xu)(xu)流(liu)實驗混(hun)凝(ning)裝置(zhi)的(de)混(hun)合(he)階段和絮凝(ning)階段的(de)最(zui)佳運(yun)行參數(shu)。

由上述本發(fa)明(ming)提供(gong)的(de)(de)(de)(de)技(ji)術方案可以(yi)看出(chu)，本發(fa)明(ming)實(shi)(shi)施例(li)提供(gong)的(de)(de)(de)(de)混(hun)凝反應(ying)流場(chang)優化(hua)方法(fa)，具有(you)以(yi)下優點：(1)利用(yong)(yong)計算流體(ti)力(li)學模(mo)擬軟件對(dui)混(hun)凝反應(ying)過程中(zhong)的(de)(de)(de)(de)流場(chang)分布進行(xing)可視化(hua)分析和參(can)數(shu)優化(hua)，能直觀形(xing)象地揭示出(chu)混(hun)凝裝(zhuang)置中(zhong)的(de)(de)(de)(de)水(shui)流狀態，能夠有(you)效改善混(hun)凝反應(ying)的(de)(de)(de)(de)水(shui)力(li)條(tiao)件，減(jian)少連續流混(hun)凝實(shi)(shi)驗的(de)(de)(de)(de)工(gong)作量；(2)先確(que)定(ding)優化(hua)參(can)數(shu)后，再通過連續流混(hun)凝裝(zhuang)置進行(xing)實(shi)(shi)驗，能夠更(geng)好的(de)(de)(de)(de)模(mo)擬實(shi)(shi)際工(gong)程的(de)(de)(de)(de)水(shui)力(li)條(tiao)件，實(shi)(shi)驗結果(guo)對(dui)工(gong)程更(geng)有(you)指(zhi)導意義(yi)；(3)將COD、TP、濁(zhuo)度(du)的(de)(de)(de)(de)去(qu)除(chu)效果(guo)以(yi)及絮體(ti)的(de)(de)(de)(de)形(xing)態作為評價混(hun)凝效果(guo)的(de)(de)(de)(de)指(zhi)標，既能降低(di)僅用(yong)(yong)模(mo)擬軟件進行(xing)混(hun)凝效果(guo)優化(hua)的(de)(de)(de)(de)復(fu)雜性，又能準確(que)的(de)(de)(de)(de)反映出(chu)混(hun)凝反應(ying)的(de)(de)(de)(de)實(shi)(shi)際效果(guo)；(4)通過該方法(fa)優化(hua)后的(de)(de)(de)(de)混(hun)凝工(gong)藝能夠有(you)效改善出(chu)水(shui)水(shui)質、降低(di)基建費(fei)用(yong)(yong)和運(yun)行(xing)費(fei)用(yong)(yong)。

附圖說明

為了(le)更清(qing)楚地說明本發明實施(shi)(shi)例(li)(li)的技(ji)(ji)術(shu)方案(an)，下面(mian)將對實施(shi)(shi)例(li)(li)描述中(zhong)所需要使用的附(fu)圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面(mian)描述中(zhong)的附(fu)圖僅僅是本發明的一些實施(shi)(shi)例(li)(li)，對于本領域的普通(tong)技(ji)(ji)術(shu)人員來講，在不付出創造性(xing)勞動的前提下，還可以根據這些附(fu)圖獲得其他附(fu)圖。

圖(tu)1為本發明(ming)實施例提(ti)供的(de)優化方法流(liu)通圖(tu)；

圖(tu)(tu)2為本發明實施例(li)提供的混(hun)凝裝(zhuang)置的構成示意(yi)圖(tu)(tu)。

具體實施方式

下(xia)面結合(he)本(ben)(ben)發(fa)(fa)明(ming)(ming)的具(ju)體內容，對(dui)本(ben)(ben)發(fa)(fa)明(ming)(ming)實施(shi)例(li)中的技(ji)術方(fang)案進行(xing)清楚、完整地描(miao)述(shu)，顯然(ran)，所(suo)描(miao)述(shu)的實施(shi)例(li)僅僅是本(ben)(ben)發(fa)(fa)明(ming)(ming)一部分(fen)實施(shi)例(li)，而(er)不是全(quan)部的實施(shi)例(li)。基于本(ben)(ben)發(fa)(fa)明(ming)(ming)的實施(shi)例(li)，本(ben)(ben)領域普通技(ji)術人員在沒有做出(chu)創造性勞動前提下(xia)所(suo)獲得的所(suo)有其(qi)他實施(shi)例(li)，都屬于本(ben)(ben)發(fa)(fa)明(ming)(ming)的保護范圍。

本(ben)發明實(shi)施例(li)提供一種混(hun)凝反應(ying)流(liu)場優化(hua)的方法，是一種為各種水(shui)質的混(hun)凝反應(ying)進行反應(ying)流(liu)場優化(hua)的方法，能(neng)有效提高混(hun)凝工藝去除污染物的效率，該(gai)方法包括(kuo)：

步(bu)驟1，利用計算流體力學模(mo)(mo)擬軟件構建(jian)工程(cheng)上常用的(de)混(hun)(hun)凝(ning)裝置(zhi)模(mo)(mo)型，包括：一個混(hun)(hun)合池、三個絮凝(ning)池，水(shui)流呈(cheng)折流形式(shi)，絮凝(ning)池壁(bi)上設(she)置(zhi)擋板(ban)，混(hun)(hun)合池和(he)絮凝(ning)池分別設(she)置(zhi)機(ji)械攪拌(ban)裝置(zhi)；

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據，從所述結果數據中篩選出流場無明顯死區，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(can)(can)數(shu)范(fan)圍；這些(xie)參(can)(can)數(shu)作為篩選出優化(hua)的流(liu)場分布的參(can)(can)數(shu)；

步(bu)驟3，根據模擬(ni)軟件優(you)化(hua)的(de)結果(guo)(即根據上(shang)述篩(shai)選得(de)到的(de)流場(chang)分(fen)布(bu)較好的(de)參(can)數(shu))，構建實(shi)(shi)體連(lian)(lian)續(xu)流實(shi)(shi)驗(yan)混(hun)凝(ning)裝置(zhi)，在不(bu)同優(you)化(hua)參(can)數(shu)(即上(shang)述篩(shai)選出的(de)優(you)化(hua)的(de)流場(chang)分(fen)布(bu)的(de)參(can)數(shu))條件下，測(ce)定混(hun)凝(ning)反(fan)應(ying)對COD、TP、濁(zhuo)度的(de)去除(chu)效果(guo)以及絮(xu)體的(de)形(xing)態和(he)沉降性能，綜合分(fen)析確定所述的(de)連(lian)(lian)續(xu)流實(shi)(shi)驗(yan)混(hun)凝(ning)裝置(zhi)混(hun)合階段(duan)和(he)絮(xu)凝(ning)階段(duan)的(de)最佳運行參(can)數(shu)。

下面將結(jie)合(he)附(fu)圖對本發(fa)明實施例作進一步(bu)地詳細描述。

實施例1

如(ru)圖1所示(shi)，本實施例提供一(yi)種(zhong)混凝反應流場優化的方法，包括以下步驟：

步驟1：利用計算流體力學模(mo)擬(ni)軟件(如(ru)solidworks軟件)構建工程用的混(hun)凝(ning)反應(ying)裝置(zhi)模(mo)型；

具體的(de)，利用(yong)solidworks軟件構建(jian)的(de)混(hun)(hun)凝(ning)(ning)反應裝置模型如圖(tu)2所(suo)示，具體為：1格(ge)混(hun)(hun)合池(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)、3格(ge)絮凝(ning)(ning)池(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)的(de)池(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)體模型，混(hun)(hun)合池(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)進水，依次流(liu)(liu)經混(hun)(hun)合池(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)和第(di)(di)(di)1格(ge)、第(di)(di)(di)2格(ge)、第(di)(di)(di)3格(ge)絮凝(ning)(ning)池(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)，從(cong)第(di)(di)(di)3格(ge)絮凝(ning)(ning)池(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)出水，池(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)體間(jian)通過穿墻孔洞連接，水流(liu)(liu)呈(cheng)上(shang)下、左右折(zhe)(zhe)流(liu)(liu)式；混(hun)(hun)合池(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)和絮凝(ning)(ning)池(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)都設置攪(jiao)拌裝置，混(hun)(hun)合池(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)采(cai)(cai)用(yong)折(zhe)(zhe)槳(jiang)式槳(jiang)葉，絮凝(ning)(ning)池(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)采(cai)(cai)用(yong)板框式槳(jiang)葉；絮凝(ning)(ning)池(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)壁(bi)上(shang)設置擋板以(yi)減少攪(jiao)拌死區的(de)產生；

步驟2：利用第二(er)模擬軟件模擬混(hun)凝反應裝(zhuang)置(zhi)模型在不同參數(shu)條(tiao)件下的(de)流(liu)場分(fen)布(bu)，篩選出水力條(tiao)件較(jiao)好的(de)參數(shu)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，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的運行參數范圍；

步驟(zou)3：根(gen)據模擬結果構建優化(hua)條件下的(de)實(shi)體(ti)實(shi)驗混凝裝置，結合污染(ran)物去除情況(kuang)(kuang)和絮(xu)體(ti)形(xing)成情況(kuang)(kuang)對(dui)運行參數進一步優化(hua)。

具(ju)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)，根據模擬優化(hua)結(jie)果(guo)構建實(shi)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)實(shi)驗混凝(ning)裝置，選取(qu)實(shi)際廢(fei)水進(jin)行(xing)實(shi)驗，在混合池進(jin)水口(kou)(kou)附(fu)近添(tian)加(jia)絮凝(ning)劑，在第1格(ge)絮凝(ning)池進(jin)水口(kou)(kou)附(fu)近添(tian)加(jia)助凝(ning)劑，觀察形成絮體(ti)(ti)的(de)(de)(de)形態和沉降性能，測定混凝(ning)反應后(hou)COD、TP和濁度的(de)(de)(de)去(qu)除效(xiao)果(guo)。通過以上指標的(de)(de)(de)比(bi)較，對加(jia)藥(yao)量、槳葉入水深度、攪拌(ban)機轉速等(deng)參數(shu)進(jin)行(xing)進(jin)一步優化(hua)，最終篩選出加(jia)藥(yao)量少、污染物去(qu)除效(xiao)果(guo)好、絮體(ti)(ti)沉降性能好的(de)(de)(de)運行(xing)參數(shu)。

實施例2

本(ben)發明的方法應(ying)用于城市生活污水的預處理系統，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化，篩選出效果較好的參數范圍；然后通過實體的實驗混凝裝置進一步優化得出最佳運行參數。優化后的運行參數為；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(xie)入水(shui)深度(du)(槳葉(xie)中(zhong)心距(ju)(ju)離(li)水(shui)面的(de)(de)(de)(de)距(ju)(ju)離(li))：第1格(ge)140mm，第2格(ge)200mm，第3格(ge)160mm；絮(xu)凝(ning)(ning)劑(PAC)濃度(du)30mg/L，助凝(ning)(ning)劑(PAM)濃度(du)1mg/L。在以(yi)上優(you)化(hua)(hua)參數條(tiao)(tiao)件下(xia)運行(xing)的(de)(de)(de)(de)混凝(ning)(ning)反應對COD的(de)(de)(de)(de)去(qu)(qu)除(chu)率(lv)達到60％以(yi)上、TP的(de)(de)(de)(de)去(qu)(qu)除(chu)率(lv)達到50％以(yi)上、濁度(du)的(de)(de)(de)(de)去(qu)(qu)除(chu)率(lv)在90％以(yi)上。按照(zhao)本(ben)發明優(you)化(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)混凝(ning)(ning)反應裝置能(neng)夠在低投藥量(liang)條(tiao)(tiao)件下(xia)高效、穩(wen)定(ding)的(de)(de)(de)(de)去(qu)(qu)除(chu)COD、TP、濁度(du)等污染物，有效減輕了后續生(sheng)化(hua)(hua)系統的(de)(de)(de)(de)處理(li)負擔，為污水(shui)的(de)(de)(de)(de)達標排放提供了保障。

以(yi)上所述(shu)，僅為(wei)(wei)本(ben)發(fa)(fa)(fa)明(ming)(ming)較佳的(de)具體實(shi)施方式，但本(ben)發(fa)(fa)(fa)明(ming)(ming)的(de)保護(hu)(hu)范圍(wei)并(bing)不局限于(yu)此，任何(he)熟悉本(ben)技(ji)(ji)術(shu)領域的(de)技(ji)(ji)術(shu)人(ren)員(yuan)在本(ben)發(fa)(fa)(fa)明(ming)(ming)披露的(de)技(ji)(ji)術(shu)范圍(wei)內，可輕易想到的(de)變化或替換，都應涵蓋在本(ben)發(fa)(fa)(fa)明(ming)(ming)的(de)保護(hu)(hu)范圍(wei)之內。因此，本(ben)發(fa)(fa)(fa)明(ming)(ming)的(de)保護(hu)(hu)范圍(wei)應該以(yi)權(quan)利(li)要求書的(de)保護(hu)(hu)范圍(wei)為(wei)(wei)準。