Математическое моделирование коагуляции в осветлителях со взвешенным осадком

• Автор: Буткевич, Денис Михайлович
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 210 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОБЗОР И СИСТЕМАТИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ СРАВНИТЕЛЬНЫХ ИСПЫТАНИЙ КОАГУЛЯНТОВ

ПРИ ОЧИСТКЕ ПОВЕРХНОСТНЫХ ПРИРОДНЫХ ВОД .

1.1. Обзор результатов сравнительных испытаний коагулянтов при очистке воды .

1.2. Систематизация и анализ результатов сравнительных испытаний коагулянтов

при очистке воды

1.3. Некоторые подходы к теории и математическому моделированию

коагулирующих систем

1.3.1. Обзор некоторых работ, характеризующих современное состояние теории

образования новой фазы

1.3.2. Обзор некоторых работ, посвященных прикладным вопросам коагуляции
и адсорбции
1.4. Выводы ио материалам главы 1 и постановка задачи исследовании
ГЛАВА 2. СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КОАГУЛИРУЮЩЕЙ
СПОСОБНОСТИ СУЛЬФАТА И ОКСИХЛОРИДА АЛЮМИНИЯ НА ИМИТАТАХ ПРИРОДНЫХ ВОД.
2.1. Методика сравнительных исследований коагулирующей способности
сульфата и оксихлорида алюминия на имитатах природных вод.
2.1.1. Приготовление имитатов природных вод.
2.1.2. Методика проведения экспериментов по коагуляции
2.1.3. Методика и результаты экспериментов по определению размера частиц
гидрозоля гидроксида алюминия.
2.1.3. Методика и результаты экспериментов по седиментации частиц гидрозоля
гидроксида алюминия.
2.2. Анализ и обсуждение результатов экспериментальных исследований
коагулирующей способности сульфата и оксихлорида алюминия
на имитатах природных вод.
2.3. Выводы ио материалам главы 2.
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ КОАГУЛЯЦИИ
В РЕЖИМЕ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ОСВЕТЛИТЕЛЯ
СО ВЗВЕШЕННЫМ ОСАДКОМ.
3.1. Общая стратегия при разработке математических моделей коагуляции
для различного типа реакторов со слоем взвешенного осадка хлопьев коагулянта
3.2. Математическая модель проточного реактора полного перемешивания
для процесса осветления в слое взвешенного осадка при кинетике
коагуляции, подчиняющейся уравнению Смолуховского.
3.2.1. Кинетика коагуляции по Смолуховскому и время пребывания в проточном
реакторе полного перемешивания.
3.2.2. Кинетика и динамика адсорбции при коагуляции
3.2.3. Система дифференциальных уравнений для проточного реактора полного
перемешивания при коагуляции и адсорбции.
3.3. Оценки параметров математической модели.
3.3.1. Оценка характерного значения времени модели времени пребывания
обрабатываемой воды в осветлителе
3.3.2. Оценка скорости и времени коагуляции времени половинной коагуляции
3.4. Выводы по материалам главы 3
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ВЗВЕШЕННОГО
СЛОЯ ОСАДКА ХЛОПЬЕВ КОАГУЛЯНТА.
4.1. Исследование математической модели взвешенного слоя осадка хлопьев
коагулянта методами качественной теории дифференциальных уравнений
4.1.1. Стационарные состояния
4.1.2. Линейный анализ устойчивости стационарных состояний.
4.2. Вычислительный эксперимент и качественная верификация математической
модели
4.2.1. Фазовый портрет системы дифференциальных уравнений.
4.2.2. Динамика формирования слоя взвешенного осадка хлопьев коагулянта
4.3. Постановка задачи проектирования испытательного стенда для исследования
процесса коагуляции в динамике проточного реактора, моделирующего осветлитель со взвешенным осадком
4.3.1. Обобщенная формулировка задачи проеюирования
4.3.2. Проектирование лабораторного осветлителя со взвешенным осадком
для испытательного стенда .
4.4. Выводы по материалам главы 4.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА


По крайней мере, для обнаружения закономерностей коагуляции при содержании органических соединений различных классов должны быть привлечены специально подобранные для этого экспериментальные данные. Однако некоторый результат от проведенного выше рассмотрения имеется, и он касается того, что
для теоретической оценки эффективности коагулянтов необходимо иметь информацию по коллоиднохимическим взаимодействиям гидролизованных форм коагулянта с органиче
скими соединениями различных классов. Цель подобного анализа должна быть следующая выяснить какие органические соединения дают эффект стабилизации коллоидной системы, а какие и в каких концентрациях дают противоположный эффект. При этом важная роль принадлежит также электролитам, присутствующим в воде в виде ионных при
месей. Таким образом, рассмотрение незначительной части результатов технологических экспериментов но очистке воды коагулянтами с определенных теоретических позиций, представляющих развитие процесса коагуляции как прохождение некоторых стадий со своей собственной кинетикой и на ход которых поразному влияют примеси обрабатываемой воды, т. При реагентной очистки природных вод выбор коагулянта и флокулянта является непростой задачей и, как правило, основывается на результатах пробного коагулирования. Если качество воды источника водоснабжения сильно изменяется от сезона к сезону, то рекомендуется использовать два коагулянта коагулянт на основе сульфата алюминия СА, когда вода характеризуется высокими значениями мутности и цветности, и коагу
лянт на основе оксихлоридов алюминия ОХА, когда значения этих показателей не высо
I
ки 1. Поскольку число параметров, влияющих на коагуляцию велико это параметры обрабатываемой поды, коагулянта и флокулянта, а также конструкции и режима работы очистных сооружений, то вопросы рациональной организации процесса остаются не в полной мере решенными и актуальными. Первая попытка проанализировать и систематизировать технологическое поведение различных коагулянтов при очистке воды источников с низким и высоким уровнями загрязнения позволила придти к следующим заключениям , . При анализе результатов технологических экспериментов необходимо учитывать то, что малая адсорбция природных органических соединений на частицах взвеси которые, как правило, относятся к минералам алюмосиликатам может приводить к сенсибилизации. Это означает, что в этом случае дисперсная система природной воды становится более чувствительной к добавлению электролитов, особенно содержащих многозарядные ионы, т. При содержании в природной воде большого количества органических соединений, которые, как правило, являются поверхностноактивными веществами ПАВ может присутствовать эффект коллоидной защиты или дисперсная система будет относиться к таким, для которых определяющим является структурномеханический фактор агрегативной устойчивости. Такие системы обладают небольшой чувствительностью к введению посторонних электролитов коагулянтов, что объясняет результаты экспериментов, в которых наблюдается низкая эффективность коагулянта по мутности и высокая по цветности и иерманганатной окисляемости ПО. В этом случае две составляющие дисперсной системы природные и искусственные примеси последние в виде гидролизованных форм коагулянта, ведуг себя независимо, т. Исправить ситуацию, т. Этот реагент должен быть способен к адсорбции как на частицах взвеси, защищенных адсорбированными ПАВ, так и на частицах, образовавшихся при гидролизе коагулянта. Отсюда следует, что флокулянт должен принадлежать к классу бифильных соединений. Флокулянта именно такими соединениями и являются. Но, кроме того, отсюда же следует и то, что флокулянт должен вводиться тогда, когда вторая дисперсная система гидролизованные формы коагулянта, уже сформировалась, но в то же время еще недостаточно состарилась. Это подтверждают данные многочисленных технологических экспериментов, показывающие, что точка ввода флокулянта часто весьма существенно влияет на ход последующей коагуляции. Это же подтверждают результаты экспериментов с реагентом, который содержит и коагулянт, и флокулянт КФ 1, действие которого и других коагулянтов, рассмотрено в .