水处理絮凝设施的现状与发展

胡海修 王志飞 胡云
（后勤工程学院 重庆市 400041）

　　摘要：本文综述了给水处理中常用絮凝设施的原理与应用，对絮凝设施的发展进行了探讨。
　　关键词：絮凝设施； 现状； 发展

　　1 引言

　　随着给水水源污染的日趋严重，水质严重恶化。人们对给水水质的要求在不断提高，传统的水处理工艺已难以生产合格的饮用水。结合我国的国情，深度处理，强化常规水处理工艺日显重要。絮凝在常规水处理工艺上占有很重要的地位，絮凝效果的好坏对最终出水水质影响很大。实现絮凝阶段的高速、高效成为水处理界研究的热点。水中的胶体颗粒脱稳后，在絮凝设施中形成粗大密实且沉降性能良好的絮体颗粒。为使微絮体良好成长，絮凝设施要有良好的水力条件，操作运行合理直接影响到最终的出水水质。

　　2 絮凝设施

　　随着水处理工作者对混凝机理以及絮凝动力学研究的深入，按照新的混凝理论出现的絮凝设施主要是能够提供有利于矾花成长的水力条件，增大絮凝体的碰撞机率，提高絮凝效率。常用絮凝池主要有三大类，第一类为依靠水流紊动促使微絮凝体相互碰撞凝聚集成絮凝体，如各种类型的隔板反应、折板反应、机械搅拌反应、漩流反应和涡流反应器。第二类为依靠悬浮层接触絮凝，即主要依靠上向水流使成熟絮凝体处于悬浮状态，而微絮凝体通过悬浮层时产生接触碰撞絮凝。如各种类型悬浮澄清池。第三类为利用多孔固体介质接触絮凝，如各种接触滤池。^[1]
　　隔板絮凝池应用较多，目前仍常应用的一种水力搅拌絮凝池，隔板絮凝池在流量变化不大情况下，絮凝效果有保证。隔板絮凝池优点是构造简单，管理方便。缺点是流量变化大时，絮凝效果不稳定，其直线型的构造，水流条件不理想，能量消耗中的无效部分比例较大，故需较长絮凝时间，池子容积较大。
　　絮凝的动力的致因研究，从湍流微尺度对混凝的动力影响角度，提出惯性效应是絮凝的动力学致因。湍流剪切力是絮凝反应中决定性的动力学因素。^[2]坎布混凝动力学的速度梯度公式是在层流条件下求得的，严格地讲它不适用于紊流，由此公式计算的不是紊流的速度梯度。矾花颗粒在水中的混凝是由小涡旋运动造成的。为了提高混凝反应的效率，从动力学观点来看就是增加紊流中小涡旋的比例。^[2]按照这一理论，通过改变隔板絮凝池直线段的构型，使水流产生有利于絮体成长的紊动效果，达到提高絮凝效率的目的。中国近年来的大量研究并取得生产经验的高效率絮凝池形式已证明是可行的。隔板絮凝池有3种形式，（1）将呈直线的隔板改为呈折线的隔板，即折板絮凝池。（2）在隔板间沿水流方向增加产生紊动的装置，如波纹板絮凝池。（3）在隔板间的垂直水流方向上增加产生紊动的装置，如网格、栅条絮凝池。^[3]
　　折板絮凝池可以为同波折板或异波折板。水流在同波折板之间曲折流动或在异波折板之间缩、放流动，形成众多的小涡旋，提高了颗粒碰撞絮凝效果。在折板的每一个转角处，两折板之间的空间可以视为多格单元反应器串连，接近推流型反应器。与隔板絮凝池相比，水流条件改善。在总的水流能量消耗中，有效能量消耗比例提高，所需絮凝时间缩短，池子体积减小。
　　波纹板絮凝池由波长和波高之比约为5：1的波形板按波峰、波谷对应组成。相对的波峰板距较小构成缩颈，相对的波谷板距较大构成一个异形腔体。当水流流过时在缩颈处流速大，形成较大的G值，使需要的能耗从波纹板间损失获得。由于反应过程主要靠相互串联工作的腔体产生的同等能级的涡流完成，不仅容积利用率高，而且能量在每一水体微单元上的分配是均匀的，从而极大地提高了反应的速率。为了适应絮体增长的要求，把反应器按G值由大到小分为三级。由于施加能量的变化，使反应容积的效果得以充分发挥，试验和生产实践表明波形板反应器具有反应时间短（约5min），反应效率高。对流量的变化有较强的适应性，在流量变化±35%左右时，仍能保持良好的反应效果，从而克服了水力反应器对水流量变化敏感的弱点，获得优良的反应性能。由于效率高，停留时间短，使反应容积减小为一般水力反应器的1/2～1/4，从而减小了占地面积，同时造价也较一般反应池要低，在水厂中已得到成功的应用。
　　网格、栅条絮凝池设计成多格竖流式。每格安装若干层网格或栅条。各格之间的隔墙上，交错开孔。每格的网格或栅条数至出水端逐渐减少，一般分3段控制。前端为密网，中段为疏网或疏栅，末端不安装网、栅。当水流通过网格时，形成涡旋，造成颗粒碰撞。水流通过格间孔洞流速及过网流速逐渐减少。网格和栅条絮凝池所造成的水流紊动接近于局部各向同性紊流，各向同性紊流理论应用于网格或栅条絮凝池更为合适。栅条、网格，具有结构简单，节省材料、水头损失小（0.1～0.5m）及絮凝效果较好等优特点，应用较广泛。
　　将涡旋混凝低脉动技术用于水厂建设，按照新的混凝动力学理论设计的微涡混凝设备、小网格絮凝设备、小间距斜板沉淀设备，提高了水流中颗粒的碰撞和传质速率，使反应时间缩短5～10min，混合时间仅为3～30s。在水厂得到成功应用，取得了明显的经济和社会效益。[5]漩流一网格混凝设备在处理低温低浊水也有较好的混凝效果。
　　近年来微絮凝和接触絮凝技术在国内外得到了迅速发展，它是将混凝与过滤两个操作单元有机结合为一体的新型工艺。既利用了滤料介质提高颗粒碰撞效率，又提高了滤池截污能力和处理效果，故可节省投资和运行费用。尤其对低温低浊、低色、富营养化含藻水的良好净化处理效果，受到广泛重视。将微絮凝直接过滤用于处理低温低浊水是可行的。当采用合适的混凝剂时，直接过滤比一般的混凝沉淀工艺，可节省投药量30～50%。^[7]
　　机械搅拌絮凝池是通过叶片搅拌完成絮凝过程的。叶片可以作旋转运动，也可以作上、下往复运动，目前我国多采用旋转方式。机械搅拌絮凝分为水平轴式及立轴式两种。叶片多采用条形浆板，也有网浆形式。一般可采用多级串联方式，大型水厂则采用分级搅拌方式。絮凝时间一般采用15～20min，内设3～4挡搅拌机。机械絮凝池的优点是，絮凝效果良好，不受水量变化的影响，可适用于各种型式的沉淀池。

　　3 波纹管道反应器

　　管道絮凝器是一种新型反应器。管道絮凝方式能够得到较好的絮凝效果，可以完成絮凝全过程。管道絮凝在国外的一些水厂已得到应用，西柏林城市水厂采用管道反应器使原水中的悬浮物脱稳和快速反应，既可缩短反应时间，也可降低基建费用，节约用地。高浊度水管式混凝动力学机理及设计研究表明，G、GTRe-0.5可代表高浊度水管式絮凝的综合控制指标。设计或运行时取G=400s-1，GTRe-0.5=6.3左右。
　　后勤工程学院提出了波纹管道反应器，主要应用在给水处理中。波纹管道反应器具有较高的絮凝效率：（1）水流在波纹管的波峰处流速较大，到波谷处流速减小形成涡旋流，有效增加了水流中小涡旋的比例，絮凝效率提高。（2）波纹管道绕成螺旋型，矾花颗粒在管道中作圆周及涡旋运动。矾花颗粒作螺旋运动受到离心力的持续作用，这种作用对矾花颗粒有增密作用，加速了絮凝过程的进行，使絮凝效率提高。以波纹管絮凝器代替混凝池及普通管道反应器，工程设施及运转费用减少，结构更加紧凑合理，絮凝时间更短。试验研究表明絮凝效率较一般絮凝设施有较大的提高。波纹管道反应器在中小型水处理设备中将有很好的应用前景。

　　4 结语

　　絮凝设施设计的基本原则是使絮凝的各段，在絮凝过程中尽量接近最佳GT组合值。目前对混凝理论的研究已有突破性发展，按照新的絮凝理论出现了新的絮凝设施。波纹管反应器是一种有广泛应用前景的絮凝装置。对于净水装置研究提供了一项新的技术。

参考文献

1 陈立丰等，管道流动絮凝过程研究进展及其分析，水处理技术，1999，1期
2 王绍文，混凝动力学的涡旋理论探讨，中国给水排水，1991，4期
3 许保玖，混凝动力学的涡旋理论探讨，中国建筑工业出版社，2000
4 金同轨等，直接过滤处理西安地区地温低浊水，中国给水50年回顾，北京：中国建筑工业出版社，1999
5 陈立丰等，管道水力絮凝过程的动力学和机理研究，水处理技术，1999，3期
6 武道吉等，高浊度水管式混凝动力学机理及设计研究，给水排水，2000，6期

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