胡海修 王志飛 胡云
（后勤工程學(xué)院 重慶市 400041）

　　摘要：本文綜述了給水處理中常用絮凝設(shè)施的原理與應(yīng)用，對(duì)絮凝設(shè)施的發(fā)展進(jìn)行了探討。
　　關(guān)鍵詞：絮凝設(shè)施； 現(xiàn)狀； 發(fā)展

　　1 引言

　　隨著給水水源污染的日趨嚴(yán)重，水質(zhì)嚴(yán)重惡化。人們對(duì)給水水質(zhì)的要求在不斷提高，傳統(tǒng)的水處理工藝已難以生產(chǎn)合格的飲用水。結(jié)合我國(guó)的國(guó)情，深度處理，強(qiáng)化常規(guī)水處理工藝日顯重要。絮凝在常規(guī)水處理工藝上占有很重要的地位，絮凝效果的好壞對(duì)最終出水水質(zhì)影響很大。實(shí)現(xiàn)絮凝階段的高速、高效成為水處理界研究的熱點(diǎn)。水中的膠體顆粒脫穩(wěn)后，在絮凝設(shè)施中形成粗大密實(shí)且沉降性能良好的絮體顆粒。為使微絮體良好成長(zhǎng)，絮凝設(shè)施要有良好的水力條件，操作運(yùn)行合理直接影響到最終的出水水質(zhì)。

　　2 絮凝設(shè)施

　　隨著水處理工作者對(duì)混凝機(jī)理以及絮凝動(dòng)力學(xué)研究的深入，按照新的混凝理論出現(xiàn)的絮凝設(shè)施主要是能夠提供有利于礬花成長(zhǎng)的水力條件，增大絮凝體的碰撞機(jī)率，提高絮凝效率。常用絮凝池主要有三大類(lèi)，第一類(lèi)為依靠水流紊動(dòng)促使微絮凝體相互碰撞凝聚集成絮凝體，如各種類(lèi)型的隔板反應(yīng)、折板反應(yīng)、機(jī)械攪拌反應(yīng)、漩流反應(yīng)和渦流反應(yīng)器。第二類(lèi)為依靠懸浮層接觸絮凝，即主要依靠上向水流使成熟絮凝體處于懸浮狀態(tài)，而微絮凝體通過(guò)懸浮層時(shí)產(chǎn)生接觸碰撞絮凝。如各種類(lèi)型懸浮澄清池。第三類(lèi)為利用多孔固體介質(zhì)接觸絮凝，如各種接觸濾池。^[1]
　　隔板絮凝池應(yīng)用較多，目前仍常應(yīng)用的一種水力攪拌絮凝池，隔板絮凝池在流量變化不大情況下，絮凝效果有保證。隔板絮凝池優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單，管理方便。缺點(diǎn)是流量變化大時(shí)，絮凝效果不穩(wěn)定，其直線型的構(gòu)造，水流條件不理想，能量消耗中的無(wú)效部分比例較大，故需較長(zhǎng)絮凝時(shí)間，池子容積較大。
　　絮凝的動(dòng)力的致因研究，從湍流微尺度對(duì)混凝的動(dòng)力影響角度，提出慣性效應(yīng)是絮凝的動(dòng)力學(xué)致因。湍流剪切力是絮凝反應(yīng)中決定性的動(dòng)力學(xué)因素。^[2]坎布混凝動(dòng)力學(xué)的速度梯度公式是在層流條件下求得的，嚴(yán)格地講它不適用于紊流，由此公式計(jì)算的不是紊流的速度梯度。礬花顆粒在水中的混凝是由小渦旋運(yùn)動(dòng)造成的。為了提高混凝反應(yīng)的效率，從動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)來(lái)看就是增加紊流中小渦旋的比例。^[2]按照這一理論，通過(guò)改變隔板絮凝池直線段的構(gòu)型，使水流產(chǎn)生有利于絮體成長(zhǎng)的紊動(dòng)效果，達(dá)到提高絮凝效率的目的。中國(guó)近年來(lái)的大量研究并取得生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的高效率絮凝池形式已證明是可行的。隔板絮凝池有3種形式，（1）將呈直線的隔板改為呈折線的隔板，即折板絮凝池。（2）在隔板間沿水流方向增加產(chǎn)生紊動(dòng)的裝置，如波紋板絮凝池。（3）在隔板間的垂直水流方向上增加產(chǎn)生紊動(dòng)的裝置，如網(wǎng)格、柵條絮凝池。^[3]
　　折板絮凝池可以為同波折板或異波折板。水流在同波折板之間曲折流動(dòng)或在異波折板之間縮、放流動(dòng)，形成眾多的小渦旋，提高了顆粒碰撞絮凝效果。在折板的每一個(gè)轉(zhuǎn)角處，兩折板之間的空間可以視為多格單元反應(yīng)器串連，接近推流型反應(yīng)器。與隔板絮凝池相比，水流條件改善。在總的水流能量消耗中，有效能量消耗比例提高，所需絮凝時(shí)間縮短，池子體積減小。
　　波紋板絮凝池由波長(zhǎng)和波高之比約為5：1的波形板按波峰、波谷對(duì)應(yīng)組成。相對(duì)的波峰板距較小構(gòu)成縮頸，相對(duì)的波谷板距較大構(gòu)成一個(gè)異形腔體。當(dāng)水流流過(guò)時(shí)在縮頸處流速大，形成較大的G值，使需要的能耗從波紋板間損失獲得。由于反應(yīng)過(guò)程主要靠相互串聯(lián)工作的腔體產(chǎn)生的同等能級(jí)的渦流完成，不僅容積利用率高，而且能量在每一水體微單元上的分配是均勻的，從而極大地提高了反應(yīng)的速率。為了適應(yīng)絮體增長(zhǎng)的要求，把反應(yīng)器按G值由大到小分為三級(jí)。由于施加能量的變化，使反應(yīng)容積的效果得以充分發(fā)揮，試驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐表明波形板反應(yīng)器具有反應(yīng)時(shí)間短（約5min），反應(yīng)效率高。對(duì)流量的變化有較強(qiáng)的適應(yīng)性，在流量變化±35%左右時(shí)，仍能保持良好的反應(yīng)效果，從而克服了水力反應(yīng)器對(duì)水流量變化敏感的弱點(diǎn)，獲得優(yōu)良的反應(yīng)性能。由于效率高，停留時(shí)間短，使反應(yīng)容積減小為一般水力反應(yīng)器的1/2～1/4，從而減小了占地面積，同時(shí)造價(jià)也較一般反應(yīng)池要低，在水廠中已得到成功的應(yīng)用。
　　網(wǎng)格、柵條絮凝池設(shè)計(jì)成多格豎流式。每格安裝若干層網(wǎng)格或柵條。各格之間的隔墻上，交錯(cuò)開(kāi)孔。每格的網(wǎng)格或柵條數(shù)至出水端逐漸減少，一般分3段控制。前端為密網(wǎng)，中段為疏網(wǎng)或疏柵，末端不安裝網(wǎng)、柵。當(dāng)水流通過(guò)網(wǎng)格時(shí)，形成渦旋，造成顆粒碰撞。水流通過(guò)格間孔洞流速及過(guò)網(wǎng)流速逐漸減少。網(wǎng)格和柵條絮凝池所造成的水流紊動(dòng)接近于局部各向同性紊流，各向同性紊流理論應(yīng)用于網(wǎng)格或柵條絮凝池更為合適。柵條、網(wǎng)格，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，節(jié)省材料、水頭損失?。?.1～0.5m）及絮凝效果較好等優(yōu)特點(diǎn)，應(yīng)用較廣泛。
　　將渦旋混凝低脈動(dòng)技術(shù)用于水廠建設(shè)，按照新的混凝動(dòng)力學(xué)理論設(shè)計(jì)的微渦混凝設(shè)備、小網(wǎng)格絮凝設(shè)備、小間距斜板沉淀設(shè)備，提高了水流中顆粒的碰撞和傳質(zhì)速率，使反應(yīng)時(shí)間縮短5～10min，混合時(shí)間僅為3～30s。在水廠得到成功應(yīng)用，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。[5]漩流一網(wǎng)格混凝設(shè)備在處理低溫低濁水也有較好的混凝效果。
　　近年來(lái)微絮凝和接觸絮凝技術(shù)在國(guó)內(nèi)外得到了迅速發(fā)展，它是將混凝與過(guò)濾兩個(gè)操作單元有機(jī)結(jié)合為一體的新型工藝。既利用了濾料介質(zhì)提高顆粒碰撞效率，又提高了濾池截污能力和處理效果，故可節(jié)省投資和運(yùn)行費(fèi)用。尤其對(duì)低溫低濁、低色、富營(yíng)養(yǎng)化含藻水的良好凈化處理效果，受到廣泛重視。將微絮凝直接過(guò)濾用于處理低溫低濁水是可行的。當(dāng)采用合適的混凝劑時(shí)，直接過(guò)濾比一般的混凝沉淀工藝，可節(jié)省投藥量30～50%。^[7]
　　機(jī)械攪拌絮凝池是通過(guò)葉片攪拌完成絮凝過(guò)程的。葉片可以作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，也可以作上、下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，目前我國(guó)多采用旋轉(zhuǎn)方式。機(jī)械攪拌絮凝分為水平軸式及立軸式兩種。葉片多采用條形漿板，也有網(wǎng)漿形式。一般可采用多級(jí)串聯(lián)方式，大型水廠則采用分級(jí)攪拌方式。絮凝時(shí)間一般采用15～20min，內(nèi)設(shè)3～4擋攪拌機(jī)。機(jī)械絮凝池的優(yōu)點(diǎn)是，絮凝效果良好，不受水量變化的影響，可適用于各種型式的沉淀池。

　　3 波紋管道反應(yīng)器

　　管道絮凝器是一種新型反應(yīng)器。管道絮凝方式能夠得到較好的絮凝效果，可以完成絮凝全過(guò)程。管道絮凝在國(guó)外的一些水廠已得到應(yīng)用，西柏林城市水廠采用管道反應(yīng)器使原水中的懸浮物脫穩(wěn)和快速反應(yīng)，既可縮短反應(yīng)時(shí)間，也可降低基建費(fèi)用，節(jié)約用地。高濁度水管式混凝動(dòng)力學(xué)機(jī)理及設(shè)計(jì)研究表明，G、GTRe-0.5可代表高濁度水管式絮凝的綜合控制指標(biāo)。設(shè)計(jì)或運(yùn)行時(shí)取G=400s-1，GTRe-0.5=6.3左右。
　　后勤工程學(xué)院提出了波紋管道反應(yīng)器，主要應(yīng)用在給水處理中。波紋管道反應(yīng)器具有較高的絮凝效率：（1）水流在波紋管的波峰處流速較大，到波谷處流速減小形成渦旋流，有效增加了水流中小渦旋的比例，絮凝效率提高。（2）波紋管道繞成螺旋型，礬花顆粒在管道中作圓周及渦旋運(yùn)動(dòng)。礬花顆粒作螺旋運(yùn)動(dòng)受到離心力的持續(xù)作用，這種作用對(duì)礬花顆粒有增密作用，加速了絮凝過(guò)程的進(jìn)行，使絮凝效率提高。以波紋管絮凝器代替混凝池及普通管道反應(yīng)器，工程設(shè)施及運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用減少，結(jié)構(gòu)更加緊湊合理，絮凝時(shí)間更短。試驗(yàn)研究表明絮凝效率較一般絮凝設(shè)施有較大的提高。波紋管道反應(yīng)器在中小型水處理設(shè)備中將有很好的應(yīng)用前景。

　　4 結(jié)語(yǔ)

　　絮凝設(shè)施設(shè)計(jì)的基本原則是使絮凝的各段，在絮凝過(guò)程中盡量接近最佳GT組合值。目前對(duì)混凝理論的研究已有突破性發(fā)展，按照新的絮凝理論出現(xiàn)了新的絮凝設(shè)施。波紋管反應(yīng)器是一種有廣泛應(yīng)用前景的絮凝裝置。對(duì)于凈水裝置研究提供了一項(xiàng)新的技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

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5 陳立豐等，管道水力絮凝過(guò)程的動(dòng)力學(xué)和機(jī)理研究，水處理技術(shù)，1999，3期
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Actuality and Development on the Flocculation Establishment
Hu Hai-xiu Wang Zhi-fei Hu yun
(Logistical Engeering College Chongqing 400041)

Abstract:The new appearance and commonly-used flocculation establisments are presented in this paper, moreover, the development on the flocculation estabishment is discussed in the future.
Keywords:flocculation establishment actuality development