引黄水源水臭氧接触反应器结构和运行参数优化研究

论文摘要

引黄水具有低浊、高嗅味、高溴离子、高藻的特性，臭氧活性炭深度处理技术可有效去除引黄水中的嗅味物质和微量有机物，但引黄水中的溴离子与臭氧反应会生成致癌物溴酸盐。通过优化臭氧接触反应器可提高臭氧利用率，减少臭氧投加量，从而减少溴酸盐生成。本研究首先对引黄水水质特性进行统计分析，然后以引黄水为实验水质，通过中试实验研究臭氧投加方式对臭氧利用率和有机物去除的影响，并利用计算流体力学（CFD）的方法模拟臭氧接触池流场，评价其水力效率，提出臭氧接触池结构优化建议，以提高臭氧接触效率。同时通过小试实验研究投加铵盐对于臭氧化过程中溴酸盐的控制，评价引黄水臭氧化过程中溴酸盐超标的风险。研究结果表明：CFD可模拟臭氧接触池流场，计算其水力效率t10/T。臭氧接触池不合理的结构导致池内产生短流、涡流等现象，使流态偏离理想推流，水力效率降低。通过在池内增设导流板、提高池体高宽比都可以改善接触池流态，提高水力效率。其中提高高宽比对水力效率提高最显著，增设导流板对原有池型改动最小。水质分析表明引黄水具有低浊、高藻的特性，有机物和氨氮含量不高。中试实验确立臭氧接触系统评价指标：臭氧利用率、有机物去除率和单位臭氧消耗量去除的有机物量。以这些指标为依据，研究发现臭氧投加量和臭氧投配比例均可影响臭氧接触系统运行效率。综合考虑，臭氧活性炭处理引黄水最佳运行参数为臭氧投加量2mg/L，三级臭氧投配比例6:2:2，可使臭氧接触系统的三个评价指标均达到较大。臭氧投配比例对臭氧利用率的影响比臭氧投加量更显著，大流量低浓度的臭氧化气体投加方式可使臭氧利用率升高。引黄水中氨氮可显著影响臭氧氧化过程中溴酸盐生成量。低氨引黄水臭氧氧化会生成高浓度溴酸盐，出水溴酸盐超标风险极大。通过投加铵盐可显著降低臭氧氧化过程溴酸盐生成量。溴酸盐生成量与水中氨氮在一定浓度范围内近似呈指数函数关系。引黄水中氨氮值可有效控制溴酸盐生成量，0.4mg/L氨氮下即使臭氧投加量达到5mg/L也可保证出水溴酸盐不超过10μg/L。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究概述
• 1.2.1 臭氧活性炭和臭氧氧化
• 1.2.2 臭氧处理存在的问题
• 1.2.3 溴酸盐控制概述
• 1.2.4 臭氧接触反应器优化
• 1.3 研究目的与内容
• 1.4 技术路线
• 第2章 引黄水源水水质特性分析
• 2.1 引黄水水质时间变化特征
• 2.1.1 引黄水水质年内年际变化
• 2.1.2 引黄水质统计分析
• 2.1.3 引黄水水质指标累积频率分布
• 2.2 引黄水水质沿程变化特征
• 2.2.1 水厂外水质变化特征
• 2.2.2 水厂内水质变化特征
• 2.3 本章小结
• 第3章 臭氧接触池结构优化研究
• 3.1 优化评价指标
• 3.1.1 臭氧灭活动力学
• 3.1.2 液龄分布函数
• 3.2 优化方法和优化工具
• 3.2.1 优化方法
• 3.2.2 优化工具
• 3.3 CFD 模拟臭氧接触池流场
• 3.3.1 几何模型建立
• 3.3.2 流体模型选择
• 3.3.3 设置边界条件和初始条件
• 3.3.4 FLUENT 求解过程
• 3.3.5 数据处理
• 3.4 模拟结果及存在问题分析
• 3.4.1 臭氧接触池模拟结果
• 3.4.2 问题分析
• 3.5 优化方案及优化结果
• 3.5.1 缩小反应室宽度
• 3.5.2 增设导流板
• 3.5.3 增大高宽比
• 3.5.4 讨论
• 3.6 本章小结
• 第4章 臭氧投加方式对臭氧利用率的影响
• 4.1 实验装置和方法
• 4.1.1 中试试验装置
• 4.1.2 实验水质
• 4.1.3 分析方法
• 4.1.4 计算方法
• 4.2 各级臭氧接触柱臭氧利用率及有机物去除率变化
• 4.3 臭氧浓度和流量对臭氧利用率的影响
• 4.4 臭氧投加量对臭氧利用率和有机物去除的影响
• 4.4.1 臭氧投加量对臭氧吸收率和臭氧利用率的影响
• 4.4.2 臭氧投加量对有机物去除的影响
• 4.5 臭氧投配比例对臭氧利用率和有机物去除的影响
• 4.5.1 三点投加对臭氧利用率和有机物去除的影响
• 4.5.2 两点及单点投加对臭氧利用率和有机物去除的影响
• 4.6 本章小结
• 第5章 铵盐对溴酸盐生成控制研究
• 5.1 实验装置及实验方法
• 5.2 臭氧连续投加时加铵控制溴酸盐
• 5.2.1 臭氧投加量和 CT 值计算
• 5.2.2 臭氧投加量对溴酸盐生成的影响
• 5.2.3 氨氮对溴酸盐生成的影响
• 5.2.4 臭氧投加量与臭氧进气浓度的关系
• 5.3 臭氧间断投加时加铵控制溴酸盐
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果