岩土工程中涡旋混凝低脉动沉淀给水技术(2)

　　2、矾花的合理的有效碰撞

　　要达到好的絮凝效果除了要有颗粒大量碰撞之外，还需要控制颗粒合理的有效碰撞。使颗粒凝聚起来的碰撞称之为有效碰撞。一方面，如果在絮凝中颗粒凝聚长大得过快会出现两个问题：(1)矾花长得过快其强度则减弱，在流动过程中遇到强的剪切就会使吸附架桥被剪断，被剪断的吸附架桥很难再连续起来，这种现象称之为过反应现象，应该被绝对禁止;(2) 设为首页 一些矾花过快的长大会使水中矾花比表面积急剧减少，一些反应不完善的小颗粒失去了反应条件，这些小颗粒与大颗粒碰掸几率急剧减少，很难再长大起来，这些颗粒不仅不能为沉淀池所截留，也很难为滤池截留。另一方面，絮凝池中矾花颗粒也不能长得过慢，矾花长得过慢虽然密实，但当其达到沉淀池时，还有很多颗粒没有长到沉淀尺度，出水水质也不会好。此由看到在絮凝池设计中应控制矾花颗粒的合理长大。

　　矾花的颗粒尺度与其密实度取决两方面因素：其一是混凝水解产物形成的吸附架桥的联结能力;其二是湍流剪切力。正是这两个力的对比关系决定了矾花颗粒尺度与其密实度。吸附架桥的联结能力是由混凝剂性质决定的，而湍流的剪切力是由构筑物创造的流动条件所决定的。如果在絮凝池的设计中能有效的控制湍流剪切力，就能很好的保证絮凝效果。

　　多相流动物系反应控制理论的提出，真正建立起水处理工艺中的动力相似。使我们认识到湍流剪切力是絮凝过程中的控制动力学因素，如果在大小两个不同的絮凝工艺中，其湍流剪切力相等，那么具有同样联结强度的矾花颗粒可以在两个不同尺度的絮凝过程中同时存在，这在某种意义上也就实现了两个絮凝过程絮凝效果的相似。弗罗德数可以作为相似准则数，可以表明湍流剪切力的大小，两个尺度不同的絮凝过程当其弗罗德数相等时，其湍流剪切力就近似相等，絮凝效果就基本相似。但只控制湍流剪切力相等并不能完全控制絮凝效果的相似，因为湍流剪切力相等时两个不同的絮凝过程的矾花联结强度相等，但矾花的密实度与沉淀性能却不一定相同。矾花的密实程度可用湍动度来控制，湍动度值越大表明在固定时间内流过固定空间点的涡旋数量越多，涡旋强度越大，矾花也越密实。在实际工程中是不可能测定湍动度的。庆幸的是当湍流剪切力相等时，尺度越大的絮凝池其水流速度也越高，因此矾花的碰撞强度越大，形成的矾花越密实，这已为试验与生产实践所证实。这样就可以保证把小尺度的试验结果按照弗罗德数相等来放大，放大后的絮凝效果会更好、更可靠。因而我们也可以通过科学地布设多层网格，通过弗罗德数这个相似准则，来控制絮凝过程中水流的剪切力和湍动度，形成易于沉淀的密实矾花。

　　(三)沉淀

　　沉淀设备是水处理工艺中泥水分离的重要环节，其运行状况直接影响出水水质。

　　传统的平流沉淀池优点是构造简单，工作安全可靠;缺点是占地面积大，处理效率低，要想降低滤前水的浊度就要较大地加大沉淀池的长度。浅池理论的出现使沉淀技术有了长足的进步。七十年代以后，我国各地水厂普遍使用了斜管沉淀池，沉淀效率得到了大幅度提高。但经过几十年应用其可靠性远不如平流沉淀池，特别是高浊时期、低温低浊时期以及投药不正常时期。

　　传统沉淀理论认为斜板、斜管沉淀池中水流处于层流状态。其实不然，实际上在斜管沉淀池中水流是有脉动的，这是因为当斜管中大的矾花颗粒在沉淀中与水产生相对运动，会在矾花颗粒后面产生小旋涡，这些旋涡的产生与运动造成了水流的脉动。这些脉动对于大的矾花颗粒的沉淀无什么影响，对于反应不完全小颗粒的沉淀起到顶托作用，故此此也就影响了出水水质。为了克服这一现象，抑制水流的脉动，我们推出了小间距斜板沉淀设备。这一设备还有下面一些优点：(1)由于间距明显减少，矾花沉淀距离也明显减少，使更多小颗粒可以沉淀下来;(2)由于间距减少，水力阻力增大，使之占水流在沉淀池中水力阻力的主要部分，这样沉淀池中流量分布均匀，与斜管相比明显地改善了沉淀条件;(3)这种设备由于下面几个原因其排泥性能远优于其他形式的浅池沉淀池;(a)这种设备基本无侧向约束;(b)这种设备沉淀面积与排泥面积相等;对普通斜管来说排泥面积只占其沉淀面积的一半，在特殊时期如高浊期，低温浊期或加药失误时期污泥沉降性能、特别是排泥性能明显变坏，在斜管排泥面的边缘处由于沉积数量与斜面上滑落下来的污泥数量大于排走的数量，造成了污泥的堆积。所以一旦在斜管的角落处产生污泥的堆积，所以一旦在斜管角落处产生污泥的堆积，就产生了污泥堆积的恶性循环。这种作用开始时由于斜管上升流速的增加，沉淀效果变坏，沉后水浊度增高，当污泥堆积到一定程度时，由于上升流速的提高，可以把已积沉在斜管上的污泥卷起，使水质严重恶化。正是这一原因才使得南方很多地区又由斜管沉淀池改为平流沉淀池。而小间距斜板沉淀池其排泥面积是普通斜管的4倍多，单位面积排泥负荷尚不到斜管的1/4，故在任何时期排泥均无障碍。

　　三、“涡旋混凝低脉动沉淀给水处理技术“的工艺特点

　　(一)处理效率高、占地面积小、经济效益显著。

　　由于混合迅速(3-30秒)，反应时间短(5-10分钟)，沉淀池上升流速高(2.5-3.5mm/s)，因此可大为缩短水在处理构筑物中的停留时间，大幅度提高处理效率，因而也就节省了构筑物的基建投资。工程实践证实：与传统工艺相比，采用新技术对旧水厂挖潜改造，在构筑物容积不增加的情况下，可使处理水量净增75-100%，而改造投资仅相当于新建一座同等规模新水厂投资的30-50%;用于新建水厂，主体工艺构筑物可节省投资20-30%，并可大幅度减少主体构筑物占地面积。与平流沉淀池比较可节省80%，与斜管沉淀池比较可节省40%。

　　(二)处理水质优，社会效益好，水质效益可观。

　　几年运行实践证明，这项工艺可使沉后水浊度稳定在3度以下，滤后水接近0度，这就形成了一个很高的水质效益。水质效益一方面就是社会效益，另一方面是潜在的经济效益。

　　我国现行饮用水水质标准为浊度不超过3度，而发达国家标准是不超过1度。随着人民生活水平的提高，我国也将进一步提高生活用水标准。如果其标准提高到1度，那么大部分城市现有处理设备和工艺是难以达到的，只有通过大幅度投资扩建新水厂，才能解决水质和水量的矛盾。而采用此工艺可稳定保持出厂水浊度低于1度。由此可见，其潜在的水质效益是相当可观的。

　　(三)抗冲击能力强，适用水质广泛。

　　实践证明，此项技术抗冲击的能力较强，当原水浊度、进水流量，投加药量发生一些变化时，沉淀池出水浊度不象传统工艺那样敏感。其原因是，这项工艺的沉淀池上升流速按3.5mm/s设计时尚有很大潜力。运行实践表明。这项工艺对低温低浊、汛期高浊以及微污染等特殊原水水质的处理均非常有效。

　　低温低浊水中固体颗粒少，颗粒尺度小，有机物含量相对高，比重小。从颗粒级配来看也相对均匀，加之低温时药剂吸附架桥能力下降，这些都给絮凝与沉降带来困难。新技术采用的小孔眼格网絮凝设备，可大幅度增加颗粒碰撞几率，克服了固体颗粒少、难于相互碰撞的缺点，形成比较密实的矾花，在小间距斜板上有效的沉淀下来。

　　对高浊水来说，颗粒碰撞已不成问题，但在这种情况下混凝剂的亚微观传质在混合设备中完成。也就是说，有一部分地方会出现过反应情况，而这些地方反应不足，致使絮凝效果恶化，以致于矾花沉降性能变坏;再加上斜管沉淀池本身结构导致排泥不畅的缺点，使得高浊水处理成为难题。新技术由于 能在各种情况下迅速完成药剂的亚微观扩散，同时小间距斜板克服了普通斜管排泥不畅的缺点，故此对高浊水处理十分有效。

　　我国目前普遍采用强氧化剂预氧化或生物预处理措施去除微污染。然而，无论何种预处理方法，都要通过反应使水中的有机物析出，使它们达到胶体颗粒尺度，最终通过絮凝、沉淀、过滤的方法与水中的其他颗粒一起去除。因此，高效能的絮凝与沉淀设备是去除微污染更有效的设备。大庆市八百垧水厂改造实践证明，这项新技术在去除水中有机污染方面同样行之有效。

　　(四)制水成本降低。

　　1、由于新技术采用先进的混合及反应设备，可节省投药量30%;

　　2、由于新技术沉后水浊度在3度以下，减轻了滤池负担，因此滤池反冲洗水可节省50%左右，并可延长滤料更换周期;

　　3、对旧水厂改造，水量增加而管理人员无需增加，运行管理费用大为降低;

　　4、基建费用的大幅度节省，可较大程度降低投资折旧率。

　　从以上四个方面来看，新技术的使用可使制水成本显著降低。

　　(五)工期短、见效快。

　　此项技术用于旧水厂挖潜改造，从设计到安装调试只需2-3个月，可以在短时间内解决城市供水不足的状况。

　　随着我国城市建设的迅速发展，很多城市供水设施由于投资紧张，都严重滞后于城市的发展，造成很多城市缺水的局面。加之水质污染，水土流失等因素的影响，传统工艺暴露出难以克服的问题，而影响优质供水。而这项新技术可以有效解决传统工艺无法解决的问题。

　　总之，这项新技术具有处理效率高、水质好、投资省、制水成本低等特点。此技术的推广应用，可最大限度地挖掘利用现有水资源和供水设施的潜力，利用最小投资取得最大效益。我们愿与全国各城市水司竭诚合作，使这项技术得以更快地推广，造福于当地人民。

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