巖土工程中渦旋混凝低脈動沉淀給水技術(2)

　　2、礬花的合理的有效碰撞

　　要達到好的絮凝效果除了要有顆粒大量碰撞之外，還需要控制顆粒合理的有效碰撞。使顆粒凝聚起來的碰撞稱之為有效碰撞。一方面，如果在絮凝中顆粒凝聚長大得過快會出現(xiàn)兩個問題：(1)礬花長得過快其強度則減弱，在流動過程中遇到強的剪切就會使吸附架橋被剪斷，被剪斷的吸附架橋很難再連續(xù)起來，這種現(xiàn)象稱之為過反應現(xiàn)象，應該被絕對禁止;(2) 設為首頁 一些礬花過快的長大會使水中礬花比表面積急劇減少，一些反應不完善的小顆粒失去了反應條件，這些小顆粒與大顆粒碰撣幾率急劇減少，很難再長大起來，這些顆粒不僅不能為沉淀池所截留，也很難為濾池截留。另一方面，絮凝池中礬花顆粒也不能長得過慢，礬花長得過慢雖然密實，但當其達到沉淀池時，還有很多顆粒沒有長到沉淀尺度，出水水質也不會好。此由看到在絮凝池設計中應控制礬花顆粒的合理長大。

　　礬花的顆粒尺度與其密實度取決兩方面因素：其一是混凝水解產物形成的吸附架橋的聯(lián)結能力;其二是湍流剪切力。正是這兩個力的對比關系決定了礬花顆粒尺度與其密實度。吸附架橋的聯(lián)結能力是由混凝劑性質決定的，而湍流的剪切力是由構筑物創(chuàng)造的流動條件所決定的。如果在絮凝池的設計中能有效的控制湍流剪切力，就能很好的保證絮凝效果。

　　多相流動物系反應控制理論的提出，真正建立起水處理工藝中的動力相似。使我們認識到湍流剪切力是絮凝過程中的控制動力學因素，如果在大小兩個不同的絮凝工藝中，其湍流剪切力相等，那么具有同樣聯(lián)結強度的礬花顆?？梢栽趦蓚€不同尺度的絮凝過程中同時存在，這在某種意義上也就實現(xiàn)了兩個絮凝過程絮凝效果的相似。弗羅德數(shù)可以作為相似準則數(shù)，可以表明湍流剪切力的大小，兩個尺度不同的絮凝過程當其弗羅德數(shù)相等時，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，因為湍流剪切力相等時兩個不同的絮凝過程的礬花聯(lián)結強度相等，但礬花的密實度與沉淀性能卻不一定相同。礬花的密實程度可用湍動度來控制，湍動度值越大表明在固定時間內流過固定空間點的渦旋數(shù)量越多，渦旋強度越大，礬花也越密實。在實際工程中是不可能測定湍動度的。慶幸的是當湍流剪切力相等時，尺度越大的絮凝池其水流速度也越高，因此礬花的碰撞強度越大，形成的礬花越密實，這已為試驗與生產實踐所證實。這樣就可以保證把小尺度的試驗結果按照弗羅德數(shù)相等來放大，放大后的絮凝效果會更好、更可靠。因而我們也可以通過科學地布設多層網格，通過弗羅德數(shù)這個相似準則，來控制絮凝過程中水流的剪切力和湍動度，形成易于沉淀的密實礬花。

　　(三)沉淀

　　沉淀設備是水處理工藝中泥水分離的重要環(huán)節(jié)，其運行狀況直接影響出水水質。

　　傳統(tǒng)的平流沉淀池優(yōu)點是構造簡單，工作安全可靠;缺點是占地面積大，處理效率低，要想降低濾前水的濁度就要較大地加大沉淀池的長度。淺池理論的出現(xiàn)使沉淀技術有了長足的進步。七十年代以后，我國各地水廠普遍使用了斜管沉淀池，沉淀效率得到了大幅度提高。但經過幾十年應用其可靠性遠不如平流沉淀池，特別是高濁時期、低溫低濁時期以及投藥不正常時期。

　　傳統(tǒng)沉淀理論認為斜板、斜管沉淀池中水流處于層流狀態(tài)。其實不然，實際上在斜管沉淀池中水流是有脈動的，這是因為當斜管中大的礬花顆粒在沉淀中與水產生相對運動，會在礬花顆粒后面產生小旋渦，這些旋渦的產生與運動造成了水流的脈動。這些脈動對于大的礬花顆粒的沉淀無什么影響，對于反應不完全小顆粒的沉淀起到頂托作用，故此此也就影響了出水水質。為了克服這一現(xiàn)象，抑制水流的脈動，我們推出了小間距斜板沉淀設備。這一設備還有下面一些優(yōu)點：(1)由于間距明顯減少，礬花沉淀距離也明顯減少，使更多小顆?？梢猿恋硐聛?(2)由于間距減少，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，這樣沉淀池中流量分布均勻，與斜管相比明顯地改善了沉淀條件;(3)這種設備由于下面幾個原因其排泥性能遠優(yōu)于其他形式的淺池沉淀池;(a)這種設備基本無側向約束;(b)這種設備沉淀面積與排泥面積相等;對普通斜管來說排泥面積只占其沉淀面積的一半，在特殊時期如高濁期，低溫濁期或加藥失誤時期污泥沉降性能、特別是排泥性能明顯變壞，在斜管排泥面的邊緣處由于沉積數(shù)量與斜面上滑落下來的污泥數(shù)量大于排走的數(shù)量，造成了污泥的堆積。所以一旦在斜管的角落處產生污泥的堆積，所以一旦在斜管角落處產生污泥的堆積，就產生了污泥堆積的惡性循環(huán)。這種作用開始時由于斜管上升流速的增加，沉淀效果變壞，沉后水濁度增高，當污泥堆積到一定程度時，由于上升流速的提高，可以把已積沉在斜管上的污泥卷起，使水質嚴重惡化。正是這一原因才使得南方很多地區(qū)又由斜管沉淀池改為平流沉淀池。而小間距斜板沉淀池其排泥面積是普通斜管的4倍多，單位面積排泥負荷尚不到斜管的1/4，故在任何時期排泥均無障礙。

　　三、“渦旋混凝低脈動沉淀給水處理技術“的工藝特點

　　(一)處理效率高、占地面積小、經濟效益顯著。

　　由于混合迅速(3-30秒)，反應時間短(5-10分鐘)，沉淀池上升流速高(2.5-3.5mm/s)，因此可大為縮短水在處理構筑物中的停留時間，大幅度提高處理效率，因而也就節(jié)省了構筑物的基建投資。工程實踐證實：與傳統(tǒng)工藝相比，采用新技術對舊水廠挖潛改造，在構筑物容積不增加的情況下，可使處理水量凈增75-100%，而改造投資僅相當于新建一座同等規(guī)模新水廠投資的30-50%;用于新建水廠，主體工藝構筑物可節(jié)省投資20-30%，并可大幅度減少主體構筑物占地面積。與平流沉淀池比較可節(jié)省80%，與斜管沉淀池比較可節(jié)省40%。

　　(二)處理水質優(yōu)，社會效益好，水質效益可觀。

　　幾年運行實踐證明，這項工藝可使沉后水濁度穩(wěn)定在3度以下，濾后水接近0度，這就形成了一個很高的水質效益。水質效益一方面就是社會效益，另一方面是潛在的經濟效益。

　　我國現(xiàn)行飲用水水質標準為濁度不超過3度，而發(fā)達國家標準是不超過1度。隨著人民生活水平的提高，我國也將進一步提高生活用水標準。如果其標準提高到1度，那么大部分城市現(xiàn)有處理設備和工藝是難以達到的，只有通過大幅度投資擴建新水廠，才能解決水質和水量的矛盾。而采用此工藝可穩(wěn)定保持出廠水濁度低于1度。由此可見，其潛在的水質效益是相當可觀的。

　　(三)抗沖擊能力強，適用水質廣泛。

　　實踐證明，此項技術抗沖擊的能力較強，當原水濁度、進水流量，投加藥量發(fā)生一些變化時，沉淀池出水濁度不象傳統(tǒng)工藝那樣敏感。其原因是，這項工藝的沉淀池上升流速按3.5mm/s設計時尚有很大潛力。運行實踐表明。這項工藝對低溫低濁、汛期高濁以及微污染等特殊原水水質的處理均非常有效。

　　低溫低濁水中固體顆粒少，顆粒尺度小，有機物含量相對高，比重小。從顆粒級配來看也相對均勻，加之低溫時藥劑吸附架橋能力下降，這些都給絮凝與沉降帶來困難。新技術采用的小孔眼格網絮凝設備，可大幅度增加顆粒碰撞幾率，克服了固體顆粒少、難于相互碰撞的缺點，形成比較密實的礬花，在小間距斜板上有效的沉淀下來。

　　對高濁水來說，顆粒碰撞已不成問題，但在這種情況下混凝劑的亞微觀傳質在混合設備中完成。也就是說，有一部分地方會出現(xiàn)過反應情況，而這些地方反應不足，致使絮凝效果惡化，以致于礬花沉降性能變壞;再加上斜管沉淀池本身結構導致排泥不暢的缺點，使得高濁水處理成為難題。新技術由于 能在各種情況下迅速完成藥劑的亞微觀擴散，同時小間距斜板克服了普通斜管排泥不暢的缺點，故此對高濁水處理十分有效。

　　我國目前普遍采用強氧化劑預氧化或生物預處理措施去除微污染。然而，無論何種預處理方法，都要通過反應使水中的有機物析出，使它們達到膠體顆粒尺度，最終通過絮凝、沉淀、過濾的方法與水中的其他顆粒一起去除。因此，高效能的絮凝與沉淀設備是去除微污染更有效的設備。大慶市八百坰水廠改造實踐證明，這項新技術在去除水中有機污染方面同樣行之有效。

　　(四)制水成本降低。

　　1、由于新技術采用先進的混合及反應設備，可節(jié)省投藥量30%;

　　2、由于新技術沉后水濁度在3度以下，減輕了濾池負擔，因此濾池反沖洗水可節(jié)省50%左右，并可延長濾料更換周期;

　　3、對舊水廠改造，水量增加而管理人員無需增加，運行管理費用大為降低;

　　4、基建費用的大幅度節(jié)省，可較大程度降低投資折舊率。

　　從以上四個方面來看，新技術的使用可使制水成本顯著降低。

　　(五)工期短、見效快。

　　此項技術用于舊水廠挖潛改造，從設計到安裝調試只需2-3個月，可以在短時間內解決城市供水不足的狀況。

　　隨著我國城市建設的迅速發(fā)展，很多城市供水設施由于投資緊張，都嚴重滯后于城市的發(fā)展，造成很多城市缺水的局面。加之水質污染，水土流失等因素的影響，傳統(tǒng)工藝暴露出難以克服的問題，而影響優(yōu)質供水。而這項新技術可以有效解決傳統(tǒng)工藝無法解決的問題。

　　總之，這項新技術具有處理效率高、水質好、投資省、制水成本低等特點。此技術的推廣應用，可最大限度地挖掘利用現(xiàn)有水資源和供水設施的潛力，利用最小投資取得最大效益。我們愿與全國各城市水司竭誠合作，使這項技術得以更快地推廣，造福于當?shù)厝嗣瘛?/P>

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