《粉末活性炭在原水輸水渠道中的輸移特徵研究》是依託同濟大學，由尹海龍擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：粉末活性炭在原水輸水渠道中的輸移特徵研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：尹海龍
- 依託單位：同濟大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
近年來，為確保城市供水水質安全，採用在原水輸水渠道起始端投加粉末活性炭（簡稱PAC）的方法，對污染原水進行預處理。由於PAC產生的自絮凝效應，長距離輸水渠道中，PAC的沉積影響原水預處理效果。本項目以原水輸水渠道中投加竹炭（PAC的類型）為對象，通過設計旋轉式雙筒裝置形成垂向水流速度梯度，開展竹炭自凝聚試驗研究，揭示水流條件及竹炭濃度及對其自凝聚效應及沉降的影響機制。採用環形水槽裝置，通過開展水流運動條件下的竹炭垂向輸移過程試驗，建立自絮凝-沉降動力學方程，並考慮縱向輸移效應，最終建立竹炭在輸水渠道的輸移數學模式。研究成果將使人們對PAC在輸水渠道中的輸移機制有一個更深入的認識，也為長距離原水輸送渠道的PAC最佳化投加提供理論依據。
結題摘要
在原水輸水管渠中投加粉末活性炭，充分利用原水在輸水渠道中的輸送時間對污染原水進行預處理，已經成為水源地突發污染事故條件下的應急處理技術手段。粉炭作用效果與其在輸水渠道中的輸移機理有關。本項目針對這一問題，開展了粉末活性炭在原水輸水渠道中的輸移特徵研究，取得了以下成果： 1. 闡明了粉炭的輸移沉降機理。針對傳統的順直水槽不能模擬長距離輸水渠道中粉炭輸移沉降過程的問題，自主研發了雙向環形水槽試驗裝置，以時間換空間的方式，有效解決了粉炭輸移沉降過程的試驗模擬。通過試驗研究，提出了描述環形水槽中粉炭動態沉降過程的數學模型，確定了粉炭沉降的臨界水流條件，粉炭沉降平衡濃度與水流條件、起始投加濃度及竹炭自絮凝的關係。基本結論為：（1）粉炭動態沉降與水流條件有關，與粉炭起始投加濃度（＜80 mg/L）基本無關；（2）隨著水流速度和投加濃度增加，粉炭自絮凝體粒徑增加，但是增加趨勢不明顯，且自絮凝體密度降低，更容易隨水流作用懸浮；（3）粉炭沉降的臨界水流剪應力為0.35 Pa，最大沉降速率為1.57×10-4 m/s。 2. 建立了原水輸水渠道中粉炭—微量有機物耦合數學模型。傳統的燒杯實驗能夠確定對於某一投加濃度的污染物吸附過程曲線及吸附平衡濃度，但是無法確定輸水渠道中粉炭沉降條件下的污染物吸附效果。本研究建立的粉炭—微量有機物耦合數學模型以環形水槽試驗確定的沉降參數為依據，綜合考慮了沿水流的縱向輸移、垂向沉降和粉炭吸附污染物動力學過程，解決了粉炭沉降條件下的污染物吸附效果模擬問題。以此模型為依據，本研究對上海市黃浦江上游松浦大橋水源地—市區自來水廠之間的約40km長輸水管渠中，以水源地硝基苯濃度超標為情形，對投加粉末活性炭的應急方案進行了評估。當水源地水質嚴重超標時（硝基苯超標11倍），最大水流剪應力為0.21Pa，對應本區域30%峰值水量。當水源地水質超標相對較低時（超標2~5倍），水流剪應力可達到0.35Pa以上（對應實際供水量大於38%峰值水量）；根據實際輸水渠道長度，在滿足粉炭吸附平衡時間的基礎上，可儘可能提高供水水量。 本項目實施至今已發表論文6篇，其中SCI收錄論文2篇。授權實用新型技術專利1項，申請發明專利1項。該研究為國內城市應急供水提供了理論依據和評估技術手段。該項目相關研究成果獲得周培源基金會頒發的2012年度周培源水動力學獎（三等獎）。
