气动絮凝反应模型试验

姜应和¹，陈昱²
( 1.中国地质大学工程学院，湖北武汉430074；2.武汉理工大学土木工程与建筑学院，湖北武汉　430070)

　　摘　要：采用以筛分粘土配制的水样进行了气动反应模型试验。结果表明，气动絮凝反应具有良好的促进絮凝的效果；曝气强度宜控制在0.015～0.05m³/(m³·min)；曝气装置扩散的气泡直径越 小则反应效果越好。
　　关键词：气动絮凝；混凝；曝气强度；曝气装置?
　　中图分类号：TU991.2
　　文献标识码：C
　　文章编号：1000-4602(2002)11-0041-02

　　国内外常见的絮凝反应池可分为水力絮凝池和机械絮凝池两大类，前者土建结构较为复杂且不能适应流量的变化，后者虽然能适应流量的变化，但其维修工作量较大_[1]。为此笔者提出气动絮凝反应池，即向水中鼓入一定直径的空气泡，以气泡在上升过程中所产生的摩擦力以及由密度差所形成的水流动力作为絮凝反应的搅拌动力。

1 模型系统设计

　　气动反应模型试验装置如图1所示。?

　　在模型试验系统中，所有管道、阀门材料均为ABS工程塑料；反应沉淀筒为有机玻璃筒，尺寸为D×H=150mm×2000mm；曝气扩散装置分别采用孔径为3～4mm的穿孔曝气管和微孔曝气头。

2　试验部分

2.1　水样配制
　　试验水样采用筛分后的粘土配制。
　　粘土制备：在先期气动反应模型试验阶段，采用40目平筛筛分粘土并配制试验水样，粘土粒径＜0.6mm；在后续气动反应模型试验阶段，采用160目平筛筛分粘土并配制试验水样，粘土粒径＜0.098mm。
　　水样配制：将一定量的筛分后的粘土投入水中并搅拌均匀，配成一定质量浓度的水样。
　　由于筛分后的粘土颗粒分布较均匀，所配制的水样浊度与粘土质量浓度具有良好的相关性。当配制水样的粘土质量浓度相等时，其粒径越小则颗粒数量越多，在水中对光的散射作用也越强，相应的浊度就越高。此外浊度还与用粘土配制水样时的搅拌强度、搅拌时间有关，强度越大、时间越长则浊度越高，因此在配制水样时应采用相同的配制条件。
2.2　试验方法
　　在反应沉淀筒内装入配制的水样，并向该筒内投加一定量的聚铝，曝气装置分别采用孔径为3～4mm的穿孔管和微孔曝气头，大气量用于曝气混合，小气量用于曝气反应。反应时间分为三个阶段,反应气量逐级减少。反应结束后，在模型装置内静止沉淀，测定水中的剩余浊度并计算浊度去除率。依此方法进行一系列试验，通过调整曝气量、改变曝气装置的形式判断气动絮凝反应的效果并确定可满足反应要求的曝气量范围和较佳的曝气装置形式。水中剩余浊度以在模型装置上的第3个取样口所测得的数据表示。

3　结果与讨论

　　 以粗颗粒(d＜0.6mm)和细颗粒(d＜0.098mm)粘土配制水样所进行的试验结果见表1。

表1　曝气絮凝反应模型试验数据 项目 粗颗粒粘土水样(d＜0.6mm) 细颗粒粘土水样(d＜0.098mm) 粘土溶液质量浓度(mg/L) 1000 1000 1000 　 试验水样条件 　 配制原液 原液静沉后的上清液* 原水浊度(NTU) 68 52.5 57 56 61 54 169 173 62 55 63 66 聚铝投加量(mg/L) 5.0 　 15.0 5 10 15 20 曝气装置类型 穿孔管，8×3〖 4×￠3 2×￠4 微孔曝气头 混合时曝气量(m³/h) 　 1.5 1.5 1.5 1.2 1.2 　 1.2 混合时间(s) 　 60 60 60 60 60 　 60 反应时曝气量(m³/h) 第1级 　 0.5 0.4 0.3 0.15 0.15 　 0.014 第2级 　 0.35 0.3 0.2 0.1 0.10 　 0.03 第3级 　 0.25 0.2 0.15 0.05 0.05 　 0.02 各级反应时间(min) 第1级 　 2.5 2.5 2.5 1.5 1.5 　 1.0 第2级 　 2.0 2.0 2.0 1.5 1.5 　 2.0 第3级 　 2.0 2.0 2.0 3.0 3.0 　 3.0 上清液剩余浊度(NTU) 15min 51 8.8 8.0 7.5 5.7 10.5 122 32.3 37.1 29.8 22.3 12.3 30min 30 5.5 5.8 5.9 　 7.4 95 12.0 26.6 18.4 12.9 7.7 浊度去除率(%) 55.88 89.52 89.92 89.46 90.65 86.30 43.79 93.06 57.1 66.55 79.52 88.33 注：*将200g粘土(未筛分)投入50L水中，充分搅拌均匀后静止沉淀45min，取其上清液(约20L)加到模型装置内，再加清水达设计水位。

　　从表1可知，气动絮凝工艺具有良好的促絮凝效果。对于胶体含量大、粘土颗粒细小的水样，可以通过增加絮凝剂投加量的方法提高对浊度的去除率。
　　试验中发现，采用微孔曝气头曝气时，气泡分布比较均匀，反应效果明显好于穿孔管。就穿孔管而言，孔径越大则反应效果越差。因此，曝气装置所产生的气泡直径越小则反应效果越好。当然气泡也不宜过小(1～2mm为宜)以免产生气浮现象。
　　气动反应曝气强度的选用范围较广，试验中采用的不同曝气强度均具有较好的絮凝效果，从经济角度出发，曝气强度宜控制在0.015～0.05m³/(m³·min)。

参考文献：

　　[1]钟淳昌.简明给水设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1993.

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　　收稿日期：2002-04-27