王志飛 胡海修（后勤工程學(xué)院）

　　摘　要：本文綜述了目前給水處理中新出現(xiàn)的和常用的絮凝設(shè)施，并對(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，原水水質(zhì)嚴(yán)重惡化，而對(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)合我國的國情，普遍增加深度處理是不現(xiàn)實(shí)的，強(qiáng)化常規(guī)水處理工藝就顯得很重要。絮凝在傳統(tǒng)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)的好壞影響很大．實(shí)現(xiàn)絮凝階段的高速化、高效化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，絮凝設(shè)施要有良好的水力條件，絮凝設(shè)施設(shè)計(jì)是否合理，操作運(yùn)行是否適當(dāng)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)致因的研究深入，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研花成長的水力條件，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，第一類為依靠水流紊動(dòng)促使微絮凝體相互碰撞凝聚成成熟絮凝體，如各種類型的隔板式反應(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。第二類為依靠懸浮層接觸絮凝，即主要依靠向上水流使成熟絮凝體處于懸浮狀態(tài)，而微絮凝體通過它們時(shí)產(chǎn)生接觸碰撞絮凝。如各種類型懸浮澄清池。第三類為利用多孔固體介質(zhì)接觸絮凝，如各種濾料的接觸德地。^[1]
　　隔板絮凝池是應(yīng)用歷史較舊、目前仍常應(yīng)用的一種水力攪拌絮凝池，隔板絮凝池在水流變動(dòng)不大情況下，絮凝效果有保證。隔板絮凝池優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡單，管理方便。缺點(diǎn)是流量變化大者，絮凝效果不穩(wěn)定，其直線型的構(gòu)造，水流條件不理想，能量消耗中的無效部分比例較大，故需較長絮凝時(shí)間，池子容積較大。
　　王紹文對(duì)絮凝的動(dòng)力致因進(jìn)行了研究，首次從湍流微結(jié)構(gòu)的尺度對(duì)混凝的動(dòng)力學(xué)問題進(jìn)行研究，提出了慣性效應(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]王紹文對(duì)混凝動(dòng)力學(xué)的渦旋理論探討時(shí)，認(rèn)為坎布混凝動(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，由此公式算出的遠(yuǎn)不是紊流的速度梯度。礬花顆粒在水中的混凝以及污泥顆粒的生物絮凝都是由小渦旋運(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)來看就是增加紊流中小渦旋的比例。[3]按照這一理論，為了增加紊流中小渦旋的比例，通過改變隔板絮凝池直線段的構(gòu)型，使水流產(chǎn)生有利于絮體成長的紊動(dòng)效果，達(dá)到提高絮凝效率的作用。中國近年來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。有關(guān)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)絡(luò)、柵條絮凝池。[4]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)且連續(xù)不斷，以至形成眾多的小渦旋，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CSIR型單元反應(yīng)器串連起來，就接近推流型反應(yīng)器。與隔板絮凝池相比，水流條件大大改善，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)間可以縮短，池子體積減小。
　　波紋板絮凝池由波長和波高之比約為5：1的波形板為基本組件波形板的峰、谷相對(duì)組成波形板組，相對(duì)的波峰距離近構(gòu)成縮頸，相對(duì)的波谷距離遠(yuǎn)構(gòu)成一個(gè)腔體，當(dāng)水流流過時(shí)在縮頸處流速大，形成高速流。在腔體中由于縮頸出流高流速的攜帶形成渦流，渦流充滿流態(tài)是相同的，即有相同的速度梯度G值，使需要的能量得以在每個(gè)腔體中均勻分配，由于反應(yīng)過程主要靠相互串聯(lián)工作的腔體產(chǎn)生的同等能級(jí)的渦流完成的，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（礬花）的結(jié)大，抗剪能力變?nèi)?，把反?yīng)器按G值由大到小分為三級(jí)以適應(yīng)礬花逐漸結(jié)大對(duì)G值的要求。由于能量施加的均勻性，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，技術(shù)上達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先水平。由于效率高，停留時(shí)間短，使反應(yīng)容積大大減小僅為一般水力反應(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，在多個(gè)水廠中已得到成功的應(yīng)用。
　　網(wǎng)格、柵條絮凝池設(shè)計(jì)成多格豎井回流式。每個(gè)豎井安裝若干層網(wǎng)格或柵條。各豎井之間的隔墻上，上下交錯(cuò)開孔。每個(gè)豎井網(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)水流通過網(wǎng)格時(shí)，相繼收縮、擴(kuò)大，形成渦旋，造成顆粒碰撞。水流通過豎井之間孔洞流速及過網(wǎng)流速按絮凝規(guī)律逐漸減少。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，故各向同性紊流理論應(yīng)用于網(wǎng)格和柵條絮凝池更為合適。柵條、網(wǎng)格擾流設(shè)施，具有結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)省材料、水頭損失小（0.1—0.15m）及絮凝效果良好等優(yōu)特點(diǎn)，應(yīng)用廣泛。
　　趙樹君等人將渦旋混凝低脈動(dòng)沉淀技術(shù)用于水廠改造，將按照新的混凝動(dòng)力學(xué)理論發(fā)明的微渦初級(jí)混凝設(shè)各、小網(wǎng)格絮凝設(shè)備、小間距斜板沉淀設(shè)備應(yīng)用于水廠改造，大幅度的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，處理能力較常規(guī)技術(shù)增加50％——10min。在多個(gè)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]孫喆等通過理論分析和試驗(yàn)，認(rèn)為漩流-網(wǎng)格混凝設(shè)備在處理低溫低濁水具有良好的混凝效果。出水效果穩(wěn)定，產(chǎn)水效率高。游流-網(wǎng)格混凝設(shè)備顯著的混凝效果，為北方寒冷地區(qū)冬季低溫低濁水的處理開辟了新路。（6）
　　近年來激絮凝和接觸絮凝技術(shù)在國內(nèi)外得到了迅速發(fā)展，它是將混凝與過濾兩個(gè)操作單元有機(jī)結(jié)合為一體的新型工藝技術(shù)。既利用了濾料介質(zhì)作為附加顆粒以提高顆粒碰槽效率，又提高了濾料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、富營養(yǎng)化含藻水的良好凈化處理效果效能和經(jīng)濟(jì)效益，受到廣泛重視。金同軌等將激素凝一直接過濾用于處理西安地區(qū)低溫低濁水，認(rèn)為微絮凝-直接過濾處理低溫低濁水是可行的，當(dāng)采用合適的混凝劑時(shí)，直接過濾由于應(yīng)用接觸絮換原理比一般的混凝沉淀工藝更為適宜，且可節(jié)省投藥量30—50％甚至更多。[7]張建鋒等對(duì)微絮凝和接觸過濾兩種直接過濾方式進(jìn)行了試驗(yàn)研究，認(rèn)為直接過濾可以有效的處理低濁水（＜20NTU，徽絮凝過濾和接觸過濾在處理低濁水時(shí)效果差異不大，在處理中高濁度水時(shí)，微絮凝優(yōu)于接觸過濾。[8]
　　機(jī)械攪拌絮疑地是通過葉片攪拌完成絮換過程，葉片可以作應(yīng)轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，也可以作上、下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，目前我國多采用旋轉(zhuǎn)方式，機(jī)械攪拌絮凝式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)械絮凝地的優(yōu)點(diǎn)是，黎雄效果良好，不受水量變化的影響，可適用于各種型式的沉淀池。
　　管道絮凝器在國內(nèi)外剛開始進(jìn)行研究，陳立豐等人研究了管道反應(yīng)器絮換過程的動(dòng)力學(xué)和機(jī)理，認(rèn)為管道絮凝方式能夠得到很好的絮凝效果，可以完成除沉淀分離外的整個(gè)絮凝全過程。能夠?qū)崿F(xiàn)水處理設(shè)備的單元化、管道化、連續(xù)化。[9]管道絮凝在國外的一些水廠已得到應(yīng)用，西柏林城水廠采用管道反應(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，且節(jié)約用地。武道吉等研究高濁度水管式混凝動(dòng)力學(xué)機(jī)理及設(shè)計(jì)研究時(shí)，認(rèn)為G、GIRe-0.5可代表高濁度水管式扶凝的綜合控制指標(biāo)。建議設(shè)計(jì)或運(yùn)行時(shí)取G=400s-1、GIRe-0.5＝6.3左右。[10]后勤工程學(xué)院胡海修教授提出了波紋管道反應(yīng)器，能夠應(yīng)用在工業(yè)污水和城市給水的處理中。波紋管道反應(yīng)器具有較高的絮凝效率：（1）水流在波峰處流速增大，到波谷處流速減小形成渦旋。能夠有效增加水流中小渦旋的比例，由于渦流流態(tài)是相同的，所需的能量能夠均勻分配，絮凝效率大大提高。（2）波紋管道反應(yīng)器在使用中繞成螺旋型，通常研花顆粒在外側(cè)作螺旋運(yùn)動(dòng)，由于單位質(zhì)量大的礬花顆粒阻力小，單位質(zhì)量小礬花顆粒阻力大，大礬花顆粒速度快，小礬花顆粒速度慢，礬花顆粒作螺旋運(yùn)動(dòng)受到離心力的持續(xù)作用，這種作用引起礬花顆粒的增密作用，更加速了黎換過程的進(jìn)行，絮凝效率大大提高。以波紋管式采凝器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的混凝池及攪拌裝置，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)間縮短，波紋管采凝效率較傳統(tǒng)累凝設(shè)施有較大的提高。由于波紋管道反應(yīng)器自身的特點(diǎn)，在中小型水處理裝備中將有很大的應(yīng)用前景。

3 結(jié)語

　　舊絮凝設(shè)施改造的基本原則是使絮凝的各段，在絮凝過程中盡量接近最佳GT組合值，對(duì)可能打碎絮體的部位需擴(kuò)大了橫斷面積。目前對(duì)混凝理論的研究已有很大的突破，按照新的絮凝理論出現(xiàn)了許多新的絮凝設(shè)施，但目前的混凝理論對(duì)于新型絮凝地的開發(fā)只起定性的指導(dǎo)作用，對(duì)于新型地于的試驗(yàn)數(shù)據(jù)及其分析，基本處于經(jīng)驗(yàn)階段。隨著水處理工作者對(duì)混凝理論的深入研究，新型高效的絮凝劑的研制開發(fā)以及混凝工藝的優(yōu)化，為配合提高黎凝效率，水處理工作者還將會(huì)開發(fā)出新型高效絮凝設(shè)施。

參考文獻(xiàn)

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