折板絮凝池介紹

折板絮凝池是指應(yīng)用交替反相的折板組合，并以角點(diǎn)相對(duì)應(yīng)或?qū)捳鄬?duì)峙設(shè)置，形成寬度相同水流曲折或?qū)挾炔煌髑鄣乃澜M成的絮凝池。適用于垂直或水平水流作為完成絮凝過(guò)程的水力構(gòu)筑物。按照水流方向可將折板絮凝池分為豎流式和平流式。根據(jù)折板布置方式不同又分為同波折板和異波折板兩種形式。按水流通過(guò)折板間隙數(shù)，又分為單通道和多通道。

簡(jiǎn)介                                   

在自來(lái)水廠的水質(zhì)凈化過(guò)程中，絮凝反應(yīng)是一個(gè)十分重要的環(huán)節(jié)，它的完善程度直接影響沉淀和過(guò)濾的效果。絮凝反應(yīng)設(shè)備主要有水力攪拌式和機(jī)械攪拌式兩大類。折板絮凝池是水力攪拌式高效絮凝裝置的一種，能較好適應(yīng)原水濁度變化和低溫低濁的條件。

折板絮凝池指的是水流以一定流速在折板之間通過(guò)而完成絮凝過(guò)程的構(gòu)筑物。按照水流方向可將折板絮凝池分為豎流式和平流式。根據(jù)折板布置方式不同又分為同波折板和異波折板兩種形式。按水流通過(guò)折板間隙數(shù)，又分為單通道和多通道。設(shè)計(jì)折板絮凝池時(shí)，宜符合下列要求：

1 .絮凝時(shí)間為 12～20min 。

2 .絮凝過(guò)程中的速度應(yīng)逐段降低，分段數(shù)不宜少于三段，各段的流速可分別為：

　　第1段： 0.25～0.35 m/s ；

　　第二段： 0.15～0.25 m/s ；

　　第三段： 0.10～0.15 m/s 。

3.折板夾角采用 90°～120°。

4 .第三段宜采用直板。

折板絮凝池的發(fā)展

折板絮凝池是近20年來(lái)在隔板絮凝池基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。20世紀(jì)70年代初期，國(guó)內(nèi)外高效絮凝技術(shù)及裝置的試驗(yàn)研究發(fā)展較快。到70年代中期，華東地區(qū)開(kāi)始大量推廣人字折板豎流絮凝裝置。1978年，江蘇省六合縣水廠建成了國(guó)內(nèi)第1座折板絮凝池(設(shè)計(jì)規(guī)模5000m3/d)。1981年，鎮(zhèn)江市金山水廠將2座規(guī)模為1.25萬(wàn)m3/d脈沖澄清池改造為2. 5萬(wàn)m3/d的豎流折板絮凝—余管沉淀池，開(kāi)始將折板絮凝工藝應(yīng)用于中型水廠。1982年北京進(jìn)行豎流波形(紋)板高效絮凝器試驗(yàn)，反應(yīng)時(shí)間4.8min，效果尚佳。1983年，國(guó)家城建總局鑒定的高效能混合絮凝研究課題，也將折板絮凝工藝列為高效絮凝工藝的一種形式。1988年，作為大型水廠的南京市上元門水廠將2#沉淀池原隔板絮凝工藝，改造為豎流折板絮凝工藝，設(shè)計(jì)規(guī)模6萬(wàn)m3/d，運(yùn)行效果良好，為當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)單池設(shè)計(jì)規(guī)模大的豎流折板絮凝池，提高了供水水質(zhì)，增加了單池產(chǎn)水量。豎流折板絮凝工藝已成為國(guó)內(nèi)給水廠常用的絮凝工藝形式。其優(yōu)點(diǎn)是水流在同波折板之間曲折流動(dòng)或在異波折板之間連續(xù)不斷地縮放流動(dòng)形成眾多的小渦漩，從而提高了原水中顆粒碰撞絮凝的效果。

折板絮凝機(jī)理

折板絮凝池的構(gòu)造是在池內(nèi)放置一定數(shù)量的平行折板或波紋板。主要運(yùn)用折板的縮放或轉(zhuǎn)彎造成的邊界層分離而產(chǎn)生的附壁紊流耗能方式，在絮凝池內(nèi)沿程保持橫向均勻，縱向分散地輸入微量而足夠的能量，有效地提高輸入能量利用率和混凝設(shè)備容積利用率，增加液流相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以縮短絮凝時(shí)間，提高絮凝體沉降性能。

絮凝的數(shù)學(xué)描述一般分為兩個(gè)獨(dú)立的過(guò)程：遷移和粘附。遷移過(guò)程產(chǎn)生顆粒的碰撞。遷移是由水中顆粒的速度差異引起。在折板絮凝池中，速度差異認(rèn)為是以下3種因素造成：(1)顆粒的布朗運(yùn)動(dòng)(異向絮凝中起主要作用；(2)紊流渦旋(同向絮凝)；(3)顆粒間沉降速度的差異(差速絮凝)。粘附作用取決于和顆粒物本身表面性質(zhì)有關(guān)的瞬時(shí)作用力。

折板單元本身的水力特性對(duì)絮體顆粒碰撞的影響主要表現(xiàn)在：折板單元的造渦作用和連續(xù)均勻的單元設(shè)置改善了紊動(dòng)能耗的分布，從而提高了絮凝方式的數(shù)值，因此提高了絮凝效果。水流通過(guò)折板單元，在漸擴(kuò)段與漸縮段的作用下，可以形成對(duì)稱渦旋及單側(cè)渦旋。波峰處水流邊界層的分離是產(chǎn)生渦旋的動(dòng)因。根據(jù)渦旋的擴(kuò)散性，會(huì)進(jìn)一步分解為小尺度的渦旋，直到與水流微團(tuán)相關(guān)的雷諾數(shù)低到不能再產(chǎn)生更小的渦旋為止。同時(shí)，大尺度的渦旋從主流吸取動(dòng)能，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中傳遞給較小尺度的渦旋，這樣逐級(jí)傳遞，一直到微尺度的渦旋。在較大尺度的渦運(yùn)動(dòng)中，流體粘性幾乎不起作用，可忽略不計(jì)，因而在動(dòng)能傳遞中幾乎沒(méi)有能耗;而在微尺度的渦旋運(yùn)動(dòng)中，流體粘性將起主要作用，傳送到這些低級(jí)渦旋的能量就會(huì)通過(guò)粘性作用轉(zhuǎn)化為熱能。水流中同時(shí)存在無(wú)數(shù)大大小小的渦旋，產(chǎn)生一系列的脈動(dòng)頻率，具有連續(xù)的頻譜。

眾多的水處理工作者均認(rèn)為：只有具有與顆粒尺寸相同數(shù)量級(jí)的渦旋才對(duì)碰撞有效，其它的不起作用。由于實(shí)際的絮體顆粒尺寸變化幅度是1-1000um，因此，有很大一段的渦旋起作用，不能嚴(yán)格劃分大小渦旋的界限。紊動(dòng)的擴(kuò)散作用主要取決于大尺度的紊動(dòng)。大渦旋的尺度可以認(rèn)為與折板單元的尺度數(shù)量級(jí)相同。折板單元連續(xù)的縮放，使水流形成大量不同尺度的渦旋，促進(jìn)了水流內(nèi)部絮體顆粒間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，增加了碰撞機(jī)會(huì)，所以相對(duì)于隔板絮凝池，絮凝效果大大提高。

存在的問(wèn)題

(1)對(duì)絮凝水力條件的改善重視程度不夠。

改革開(kāi)放以來(lái)，全國(guó)大部分地表水源受污染，水體中藻類等有機(jī)物含量明顯增多，常規(guī)混凝處理效果并不理想。絮凝強(qiáng)化時(shí)，對(duì)因池體自身結(jié)構(gòu)缺陷等因素造成的混凝動(dòng)力不足、水力條件不當(dāng)?shù)葐?wèn)題往往不夠重視。

(2)折板絮凝池參數(shù)的選取缺少必要的科學(xué)依據(jù)。

當(dāng)前折板絮凝池設(shè)計(jì)普遍存在的現(xiàn)象是：在設(shè)計(jì)手冊(cè)規(guī)定范圍內(nèi)，設(shè)計(jì)參數(shù)的選取范圍過(guò)大。對(duì)折板絮凝池參數(shù)的選取缺少必要的、科學(xué)的、合理的依據(jù)。

(3)設(shè)計(jì)值或計(jì)算值往往與實(shí)際差異較大。

折板絮凝池的設(shè)計(jì)主要控制參數(shù)是水流速度、水頭損失和絮凝時(shí)間，但建成后往往發(fā)現(xiàn)實(shí)際運(yùn)行參數(shù)與設(shè)計(jì)值相差甚遠(yuǎn)。以水頭損失的計(jì)算為例，設(shè)計(jì)手冊(cè)中，其計(jì)算采用的是明渠漸擴(kuò)和漸縮公式，有人通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，豎流折板絮凝池水頭損失實(shí)測(cè)值與設(shè)計(jì)計(jì)算值相差較大，實(shí)測(cè)值明顯小于設(shè)計(jì)計(jì)算值。

(4)運(yùn)行中缺少科學(xué)的絮凝量化評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

絮凝效果的好壞主要依據(jù)形成的礬花情況。實(shí)際生產(chǎn)中，絮凝的效果大都依據(jù)后續(xù)的沉淀出水濁度進(jìn)行評(píng)價(jià)，但這已不是絮凝階段結(jié)果的直接反映，沉淀出水濁度還與沉淀效果有很大關(guān)系。另一方面，即使對(duì)絮凝效果進(jìn)行直接評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)大多也只是停留在對(duì)礬花大小和密實(shí)與否的感官描述上，缺少可操作的量化評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，這與當(dāng)前還比較缺乏相對(duì)合理的絮凝評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)。

研究展望

開(kāi)發(fā)新型、高效、安全的絮凝劑，深入研究絮凝基礎(chǔ)理論及其控制技術(shù)，現(xiàn)已成為一門迅速發(fā)展的科學(xué)與技術(shù)。絮凝過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)過(guò)程，盡管要表達(dá)某一水質(zhì)、絮凝劑和水流流態(tài)特性因素對(duì)絮凝效果的影響還存在很大的困難，但隨著多學(xué)科技術(shù)集成度的提高以及實(shí)際應(yīng)用的需要，預(yù)計(jì)折板絮凝研究將在如下方面有所發(fā)展：

(1)加強(qiáng)絮凝動(dòng)力學(xué)，特別是水流狀態(tài)對(duì)絮凝沉淀效果的影響方面的深入研究。運(yùn)用PIV技術(shù)研究折板絮凝池內(nèi)部流場(chǎng)將是一個(gè)較好的實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法。該技術(shù)突破了空間單點(diǎn)測(cè)量技術(shù)的局限性，可在同一時(shí)刻記錄下整個(gè)測(cè)量平面的有關(guān)信息，從而可以獲得流動(dòng)的瞬時(shí)平面速度場(chǎng)、脈動(dòng)速度場(chǎng)、渦量場(chǎng)和雷諾應(yīng)力分布等，因此非常適于研究渦流、湍流等復(fù)雜的流動(dòng)結(jié)構(gòu)。河海大學(xué)已運(yùn)用PIV進(jìn)行了往復(fù)隔板絮凝池內(nèi)部流場(chǎng)的研究，海軍工程大學(xué)進(jìn)行了靜態(tài)混合器的PIV實(shí)驗(yàn)研究。另外可利用近年不斷出現(xiàn)的CFD(Com-putational Fluid Dynamics)商業(yè)軟件，如FLUENT,ANSYS,CFX等模擬分析流場(chǎng)流動(dòng)，特別是FLUENT軟件推出的多種優(yōu)化的物理模型如定常和非定常流動(dòng)、層流、紊流、不可壓縮和可壓縮流動(dòng)、傳熱、化學(xué)反應(yīng)等等，可達(dá)到縮短設(shè)計(jì)過(guò)程，減少實(shí)驗(yàn)室測(cè)定試驗(yàn)的數(shù)目，減少產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成本的目的。

(2)加強(qiáng)絮凝控制設(shè)備研制及絮凝效果評(píng)價(jià)參數(shù)的制定。開(kāi)發(fā)研制新型可定量、實(shí)時(shí)測(cè)定絮凝過(guò)程水流動(dòng)力學(xué)參數(shù)和礬花多形態(tài)參數(shù)(如大小、密實(shí)度、沉降速率等)，并參與水廠運(yùn)行控制的設(shè)備儀器；利用所開(kāi)發(fā)的新型設(shè)備儀器，評(píng)估判斷特性水體絮凝效果，研究制定新型實(shí)用的微觀與宏觀相結(jié)合的絮凝效果綜合評(píng)估參數(shù)。