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[图文]编程计算混凝沉淀工艺实时运行参数           ★★★ 【字体:

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编程计算混凝沉淀工艺实时运行参数
作者:戴勇    文章来源:重庆市自来水公司    点击数:    更新时间:2009-7-30

摘要:本本文针对众多净水厂在生产中缺乏对混凝沉淀工艺有关运行参数的有效了解和监控,以致使水厂运行状况处于定性管理阶段的现状,提出以计算机编程计算实时处理水量规模下混凝沉淀构筑物的主要控制参数并加以分析,以指导生产调度和管理,并为烧杯搅拌试验提供可靠操作数据。

一、问题的提出

  净水处理厂工艺流程按设计水量规模建成,在此处理水量状况下,各级构筑物运行参数大都能控制在国家规范范围内。但是在净水厂实际运行中,由于一级泵房取水状况的季节变化、生产性要求以及外在客观因素的影响等原因,净水厂实际处理水量常常在设计水量左右波动,甚至偏离颇多,以致其运行参数也相应的发生波动,从而影响系统的处理效能。因此,以处理水量为单变量对净水厂各级构筑物运行参数作实时监控以指导和调度生产有相当积极的作用。鉴于净水厂中混凝沉淀工艺在整个生产系统中的重要地位,本文着重于对该部分的探讨。

  据有关调查资料表明,目前各水司混合、絮凝、沉淀的实际参数收集不齐全,水厂运行状况只停留在定性管理阶段。许多设备的G值、GT值都没有在实际处理水量下进行复核计算以指导生产管理,更谈不上定量的数据测定,从而造成在一定程度上实际生产管理的盲目性以及模拟现实状况作烧杯搅拌试验中的偏差。

二、控制参数的选定与流程图

1、控制参数
  混合:
  可计算参数:混合时间T、混合G值、GT值、混合水头H等。
  鉴于有关混凝剂(铝盐及铁盐等)水解反应速率及形成金属络合物或聚合物所需的时间极其短促,且这些物质的水解吸附作用不可逆转,故本文推荐快速混合(闪发式混合),G值范围大致在5000-1000S-1之间为一般准则,混合时间推荐为30-90s,混合水头(水力混合设备)一般为0.4-1.0m。
  絮凝:
  可计算运行参数:各级流速v、停留时间T、G值、GT值;总絮凝时间T、G值、GT值、总水头损失H等。
  我国水处理研究人员大量的研究试验,以及国外同行的经验,结合许多水厂的实际运行参数,在絮凝工艺中,速度梯度G的范围宜采用100s-1(或70s-1)逐渐降至10s-1,GT值约为10000-100000,总停留时间一般为10-30min,平均G值20-70s-1。"水浊度越高,絮凝时间可缩短一些,如浊度较低,则絮凝时间需长一些"(日本经验)。"采用铝盐作为混凝剂时,GT值宜采用45000-50000范围"(上海水司及日本kawamure的实验结果)。
  另外,絮凝池形式的差异,运行参数亦需作相应的增补。如网格絮凝池,需增加过网流速、过孔流速等参数计算及控制,絮凝时间也需作相应的调整(10-15min)。
沉淀:
  可计算运行参数:表面负荷(溢流率)、沉淀时间T、雷诺数Re、弗劳德数Fr以及出水堰负荷等。
  沉淀池形式不同,国家规范及设计标准亦有较大的差异,故该部分的计算参数的控制应根据实际情况作相应的处理。如平流式沉淀池:水平流速(10-25mm/s)、沉淀时间(1.0-3.0h),表面负荷可见《净水厂设计》(钟淳昌,建工版),Re<500,Fr宜大于0.00001。斜管沉淀池:液面负荷9.0-11.0m3/h.m2(异向流),配水区水平流速(0.010-0.018m/s),清水区上升流速(2.5-3.0mm/s),Re<500,Fr为0.001-0.0001,以及斜管内上升流速、斜管内停留时间等。出水堰负荷宜不大于500m3/m.d。
2、编程计算流程图

  

三、应用及意义

  计算机编程对混凝沉淀构筑物在不同水量状况下的实际运行参数进行计算,并作出分析和比较,对净水厂生产运行及管理具有较为积极的作用。
1、可使管理者和生产者对本厂混凝沉淀部分的实际生产运行状态有一个较为主要的掌握和监控;对计算结果作综合分析、权衡,并作出科学、定量的管理和调度,如调整水量分配等,可使混凝沉淀工艺合理的利用。
2、提供进行烧杯搅拌试验的操作参数,可使试验更能拟合实际生产,从而提高搅拌试验对生产的指导性的可信度,等等;
因本文所介绍的编程采用设计运算模式,程式较简化,计算得出的运行参数与实际情况难免有一定出入,但其对实际情况的拟合性亦是不可置疑的,同时可通过部分参数的调整及程序编制的完善和细化,也可使其可靠性以及可行性均得到进一步的提高。

四、程序示例及说明

  本文以嘉陵江水系某净水厂为例。
1、混凝沉淀工艺简介
  该净水厂取嘉陵江水为原水,两级沉淀工艺,因该厂运行中常规以一级沉淀
(预沉)为混凝沉淀处理场所,故在此只以其作例。预沉流程如下:
  隔板混合池-穿孔旋流絮凝池-斜管沉淀池-二级沉淀
  设计处理水量规模33000m3/d(含水厂自用水),实际最大处理水量43200m3/d,最小处理水量为25200m3/d。
  一级沉淀有四组构筑物,均可独立运行。隔板混合池因受客观因素限制,不作详例。穿孔旋流絮凝池共分12格,6档;斜管沉淀池由原侧向流迷宫斜板沉淀池改造而成,故部分工艺尺寸受限制。
2、QB编程及计算结果示例
  应用计算机QB语言编程对该净水厂预沉工艺运行参数进行计算的源程序及结果如下表:

处理水量
43200m3/d
33000m3/d
25200m3/d
絮凝部分(穿孔旋流絮凝池)
絮凝时间(min)
16.12
21.10
27.63
絮凝G值(s-1)
223.20
149.02
99.44
GT值
0.36E04
0.31E04
0.27E04
计算絮凝水头(m)
0.073
0.043
0.025
各档过孔流速及G值
序号
流速(m/s)
G值(s-1)
流速(m/s)
G值(s-1)
流速(m/s)
G值(s-1)
1
0.455
227.58
0.347
151.94
0.265
101.39
2
0.417
211.38
0.318
141.12
0.243
94.17
3
0.347
176.15
0.265
117.60
0.203
78.48
4
0.298
149.01
0.227
99.49
0.174
66.39
5
0.238
119.21
0.182
79.59
0.139
53.11
6
0.179
90.59
0.136
60.48
0.104
40.36
存在问题
反应G值偏高;GT值在设计要求范围外
反应时间偏长;反应G值偏高;GT值在设计要求范围外
反应时间偏长;反应G值偏高;GT值在设计要求范围外
沉淀部分(斜管沉淀池)
表面负荷(m3/m2.h
12.76
9.74
7.44
清水区上升流速(mm/s)
3.54
2.71
2.07
斜管内上升流速(mm/s)
3.63
2.78
2.12
斜管内斜向流速(mm/s)
4.20
3.20
2.45
斜管内停留时间(min
3.97
5.20
6.81
配水区水平流速(mm/s)
24.80
18.95
14.45
Re
41.07
31.37
23.96
Fr
0.21E03
0.12E03
070E04
存在问题
表面负荷偏大;清水区上升流速偏大;底部配水区水平流速偏大
底部配水区水平流速偏大


五、结果分析

  该净水厂絮凝沉淀部分(预沉)因由原老工艺改造而来,故运行状态较常规有所差异,但也不难看出,在30000m3/d处理水量状态下,穿孔旋流絮凝池和斜管沉淀池运行参数均较合适。
  因此,当处理水量为43200m3/d时,应酌情降低一级取水量以"压产保质"或增加投药量,在原水浊度较高的情况下,还应考虑二次投药,以保证絮凝沉淀效果;在25200m3/d的处理水量状况下,由计算结果分析可知,此时处理水量较小,絮凝G值得不到保证以致絮凝效果受到影响,故应采取适当增加一级取水量或只运行部分混凝池的方式以保证单池的运行参数接近或在要求范围内。
  与此同时,也可根据特定水量下的运行参数计算结果作烧杯搅拌试验,以及时指导生产管理和调度。

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