[發(fā)明專利]一種絮凝體強度的定量計算方法

有效

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• 申請日: 2014-07-15
• 公開（公告）號: CN104075950A
• 公開（公告）日: 2014-10-01
• 發(fā)明（設計）人: 劉劍;赫俊國;唐小斌;鄒劍鋒
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業(yè)大學
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24;G01N15/02
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 侯靜

技術領域

本發(fā)明涉及一種絮凝體強度的計算方法。

背景技術

給水及污水處理過程中，由于混凝工藝具有運行簡單、制水周期短、成本低、處理效果好等優(yōu)點，是去除水中膠體或懸浮顆粒最常用的方法，也是關鍵的工藝步驟之一。合理的進行絮凝工藝設計，必須保證各構筑物單元內絮體破碎率最小化，然而在實際中，具有較大剪切強度的區(qū)域，普遍存在于給水處理廠各構筑物單元。當絮凝體暴露在較高強度的剪切力條件下時，其將會被打碎，打碎后形成的小顆粒在沉淀池去除率降低，從而影響后續(xù)工藝的處理效能，絮凝體必須達到一定的強度以抵抗此類剪切力。

絮凝體強度是固液分離技術去除水中顆粒雜質過程的一個非常重要的運行參數。絮凝體強度與絮凝體顆粒內部的“結合鍵”有關，當作用在絮凝體表面的剪切力大于絮凝體內部的粘結力時，絮凝體將會發(fā)生破碎。目前，評價絮凝體強度最簡單的方法是計算絮凝體的強度因子。由于絮凝體強度因子不是常數，其數值會隨破碎時作用在絮凝體表面的剪切強度的改變而變化，故強度因子直接用于比較不同攪拌條件下形成的絮凝體的強度時存在缺陷。另一方面，部分人員提出利用經驗公式d＝CG^-γ來描述絮凝體直徑和剪切強度的關系，其中d為絮體粒徑，C為絮凝體強度系數，G為剪切強度，γ為絮體穩(wěn)定尺寸系數。在絮凝體尺寸和平均速度梯度的雙對數坐標軸上作圖，γ的斜率越陡峭，絮凝體越容易在逐漸升高的剪切力作用下發(fā)生破碎，故采用γ值來表征絮凝體強度。

以上對絮凝體強度的研究，既沒有明確給出絮凝體強度的定量計算公式，也沒有涉及絮凝體的形態(tài)學特征，故存在一定的缺陷。

發(fā)明內容

本發(fā)明是要解決現有的絮凝體強度計算方法未考慮絮凝體形態(tài)學特征，且沒有考慮實際水體的紊流特性而導致計算結果不準確的問題，提供的一種絮凝體強度的定量計算方法。

本發(fā)明絮凝體強度的定量計算方法，按以下步驟進行：

一、以絮凝體的粘結力B_f與顆粒凈截面積的關系為基礎，結合絮凝體形態(tài)學參數，求得絮凝體粘結力的定量計算公式其中d為絮凝體粒徑，k為絮凝體強度系數，D_f為分形維數；

二、以絮凝體受到的湍流水體中微渦旋作用力為基礎，基于柯爾莫戈羅夫局部各向同性紊流理論，推出流體對絮凝體的紊流破碎力公式其中F為紊流破碎力，ρ_w為水的密度，G為剪切力；

三、結合絮凝體粘結力和流體對絮體的破碎力，導出絮凝體強度為絮凝體臨界破碎時流體對絮凝體的剪切力，得出絮凝體強度表征公式

四、將剪切力G作用絮凝體表面使其發(fā)生破碎，并利用光檢測儀器對絮凝體的物理參數進行在線監(jiān)測，在絮凝體破碎的臨界點，求得絮體強度系數k，將k帶入公式計算絮凝體強度。

其中步驟一中的顆粒凈截面積考慮了實際絮凝體的多孔結構，將絮凝體的孔隙率e引入計算公式中，絮凝體孔隙率通過絮凝體密度公式和絮凝體物料平衡公式進行推導；

步驟二中的渦旋的特征長度值用Kolmogoroff微尺度λ表示；絮凝體破碎發(fā)生在粘性區(qū)域。

步驟四中絮凝體破碎的臨界點為絮凝體的物理參數發(fā)生突變的時間點。

步驟四中光檢測儀器為激光粒度儀。

步驟四中利用光檢測儀器對絮凝體的物理參數進行在線監(jiān)測的具體方法為：將蠕動泵設置于激光粒度儀之后，原水通過蠕動泵，以1.0～2.0L/h的速度進入激光粒度儀，激光粒度儀對絮凝體的物理參數進行在線監(jiān)測。

步驟四中絮凝體的物理參數為絮凝體粒徑d、分形維數D_f及粒徑分布。

本發(fā)明充分考慮實際絮凝體的多孔結構及分形特性，克服了以往認為絮凝體為密實的球體的問題；充分考慮了實際水體的紊流特性，克服了以往方法基于層流條件的缺點，通過影像學及數學分析的方法，實現了絮凝體強度的定量計算，解決了傳統絮凝體強度表征方式不統一、不準確的弊端。本發(fā)明不僅可以在理論上預測絮凝體的動態(tài)特征變化，還可以有效地優(yōu)化絮凝池設計，同時可以用來判斷污水處理中活性污泥的運行效果。