王志飛 胡海修（后勤工程學院）

　　摘　要：本文綜述了目前給水處理中新出現的和常用的絮凝設施，并對絮凝設施的發展進行了探討。
　　關鍵詞：絮凝設施 現狀 發展

1 引言

　　隨著給水水源污染的日趨嚴重，原水水質嚴重惡化，而對給水水質的要求在不斷提高，傳統的水處理工藝已難以生產合格的飲用水。結合我國的國情，普遍增加深度處理是不現實的，強化常規水處理工藝就顯得很重要。絮凝在傳統水處理工藝上占有很重要的地位，絮凝效果的好壞對最終出水水質的好壞影響很大．實現絮凝階段的高速化、高效化成為水處理界研究的熱點。水中的膠體顆粒脫穩后，在絮凝設施中形成粗大密實且沉降性能良好的絮體顆粒。為使微絮體良好成長，絮凝設施要有良好的水力條件，絮凝設施設計是否合理，操作運行是否適當直接影響到最終的出水水質。

2 絮凝設施

　　隨著水處理工作者對混凝機理以及絮凝動力學致因的研究深入，按照新的混凝理論出現的絮凝設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、折板反應、機械攪拌反應、漩流反應和渦流反應器。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，而微絮凝體通過它們時產生接觸碰撞絮凝。如各種類型懸浮澄清池。第三類為利用多孔固體介質接觸絮凝，如各種濾料的接觸德地。^[1]
　　隔板絮凝池是應用歷史較舊、目前仍常應用的一種水力攪拌絮凝池，隔板絮凝池在水流變動不大情況下，絮凝效果有保證。隔板絮凝池優點是構造簡單，管理方便。缺點是流量變化大者，絮凝效果不穩定，其直線型的構造，水流條件不理想，能量消耗中的無效部分比例較大，故需較長絮凝時間，池子容積較大。
　　王紹文對絮凝的動力致因進行了研究，首次從湍流微結構的尺度對混凝的動力學問題進行研究，提出了慣性效應是絮凝的動力學致因；湍流剪切力是絮凝反應中決定性的動力學因素。[2]王紹文對混凝動力學的渦旋理論探討時，認為坎布混凝動力學的速度梯度公式是在層流條件下求得的，嚴格地講它不適用于紊流，由此公式算出的遠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動造成的。為了提高混凝反應的效率，從動力學觀點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型，使水流產生有利于絮體成長的紊動效果，達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經驗的高效率絮凝池形式已證明是可行的。有關隔板絮凝池有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生紊動的裝置，如波紋板絮凝池。（3）在隔板間的垂直水流方
向上增加產生紊動的裝置，如網絡、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或在異波折板之間縮、放流動且連續不斷，以至形成眾多的小渦旋，提高了顆粒碰撞絮凝效果。在折板的每一個轉角處，兩折板之間的空間可以視為CSIR型單元反應器串連起來，就接近推流型反應器。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、谷相對組成波形板組，相對的波峰距離近構成縮頸，相對的波谷距離遠構成一個腔體，當水流流過時在縮頸處流速大，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腔體中均勻分配，由于反應過程主要靠相互串聯工作的腔體產生的同等能級的渦流完成的，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的速率。為了適應絮體（礬花）的結大，抗剪能力變弱，把反應器按G值由大到小分為三級以適應礬花逐漸結大對G值的要求。由于能量施加的均勻性，使反應容積的效果得以充分發揮，試驗和生產實踐表明波形板反應器具有反應時間短（約5min），反應效率高，對流量的變化有較強的適應性，在流量變化±35％左右時，仍能保持良好的反應效果，從而克服了水力反應器對水流量變化敏感的弱點，獲得優良的反應性能，技術上達到了國內領先水平。由于效率高，停留時間短，使反應容積大大減小僅為一般水力反應器的 1／2—1/4，從而減小了占地面積，同時造價也較一般反應池要低，在多個水廠中已得到成功的應用。
　　網格、柵條絮凝池設計成多格豎井回流式。每個豎井安裝若干層網格或柵條。各豎井之間的隔墻上，上下交錯開孔。每個豎井網格或柵條數至出水端逐漸減少，一般分3段控制。前端為密網，中段為疏網或疏柵，末端不安裝網、柵。當水流通過網格時，相繼收縮、擴大，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流速按絮凝規律逐漸減少。網格和柵條絮凝池所造成的水流紊動接近于局部各向同性紊流，故各向同性紊流理論應用于網格和柵條絮凝池更為合適。柵條、網格擾流設施，具有結構簡單，節省材料、水頭損失小（0.1—0.15m）及絮凝效果良好等優特點，應用廣泛。
　　趙樹君等人將渦旋混凝低脈動沉淀技術用于水廠改造，將按照新的混凝動力學理論發明的微渦初級混凝設各、小網格絮凝設備、小間距斜板沉淀設備應用于水廠改造，大幅度的提高了水流中顆粒的碰撞和傳質速率，使反應時間縮短5—10min，混合時間僅為3—30s，處理能力較常規技術增加50％——10min。在多個水廠得到成功應用，取得了明顯的經濟和社會效益。[5]孫喆等通過理論分析和試驗，認為漩流-網格混凝設備在處理低溫低濁水具有良好的混凝效果。出水效果穩定，產水效率高。游流-網格混凝設備顯著的混凝效果，為北方寒冷地區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在國內外得到了迅速發展，它是將混凝與過濾兩個操作單元有機結合為一體的新型工藝技術。既利用了濾料介質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，故可節省投資和運行費用。尤其對低溫低濁、低色、富營養化含藻水的良好凈化處理效果效能和經濟效益，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低溫低濁水，認為微絮凝-直接過濾處理低溫低濁水是可行的，當采用合適的混凝劑時，直接過濾由于應用接觸絮換原理比一般的混凝沉淀工藝更為適宜，且可節省投藥量30—50％甚至更多。[7]張建鋒等對微絮凝和接觸過濾兩種直接過濾方式進行了試驗研究，認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效果差異不大，在處理中高濁度水時，微絮凝優于接觸過濾。[8]
　　機械攪拌絮疑地是通過葉片攪拌完成絮換過程，葉片可以作應轉運動，也可以作上、下往復運動，目前我國多采用旋轉方式，機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，也有網漿形式。一般可采用多級串聯方式，大型水廠則采用分級攪拌方式。絮凝時間一般采用15—20min，內設3—4擋攪拌機。機械絮凝地的優點是，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。
　　管道絮凝器在國內外剛開始進行研究，陳立豐等人研究了管道反應器絮換過程的動力學和機理，認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絮凝全過程。能夠實現水處理設備的單元化、管道化、連續化。[9]管道絮凝在國外的一些水廠已得到應用，西柏林城水廠采用管道反應器使原水中的懸浮物脫穩和快速反應，既可縮短反應時間，也可降低基建費用，且節約用地。武道吉等研究高濁度水管式混凝動力學機理及設計研究時，認為G、GIRe-0.5可代表高濁度水管式扶凝的綜合控制指標。建議設計或運行時取G=400s-1、GIRe-0.5＝6.3左右。[10]后勤工程學院胡海修教授提出了波紋管道反應器，能夠應用在工業污水和城市給水的處理中。波紋管道反應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）波紋管道反應器在使用中繞成螺旋型，通常研花顆粒在外側作螺旋運動，由于單位質量大的礬花顆粒阻力小，單位質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，礬花顆粒作螺旋運動受到離心力的持續作用，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行，絮凝效率大大提高。以波紋管式采凝器代替傳統的混凝池及攪拌裝置，工程設施及運轉費用減少，結構更加緊湊合理，絮凝時間縮短，波紋管采凝效率較傳統累凝設施有較大的提高。由于波紋管道反應器自身的特點，在中小型水處理裝備中將有很大的應用前景。

3 結語

　　舊絮凝設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，對可能打碎絮體的部位需擴大了橫斷面積。目前對混凝理論的研究已有很大的突破，按照新的絮凝理論出現了許多新的絮凝設施，但目前的混凝理論對于新型絮凝地的開發只起定性的指導作用，對于新型地于的試驗數據及其分析，基本處于經驗階段。隨著水處理工作者對混凝理論的深入研究，新型高效的絮凝劑的研制開發以及混凝工藝的優化，為配合提高黎凝效率，水處理工作者還將會開發出新型高效絮凝設施。

參考文獻

　　1 陳立豐等．管道流動絮凝過程研究進展及其分析．水處理技術，1999，1期
　　2 王紹文．慣性效應在絮凝中的動力學作用．中國給水排水，1998，2期
　　3 王紹文．混凝動力學的渦旋理論探討．中國給水排水，1991,4期
　　4 許保玖．給水處理理論．北京：中國建筑工業出版社，2000
　　5 趙樹君等．渦旋混凝低脈動沉淀技術用于水廠改造．中國給水排水，1998，5期
　　6 孫喆、揚基先、漩流混凝設備處理低溫低濁水的試驗研究，中國給水排水，1998，2期
　　7 金同軌等，直接過濾處理西安地區低溫低濁水．中國給水50年回顧．北京：中國建筑工業出版社，1999
　　8 張建鋒等，直接過濾方式的試驗研究．中國給水排水，1999，5期
　　9 陳立豐等，管道水力絮凝過程的動力學和機理研究．水處理技術，1999，3期
　　10 武道吉等．高濁度水管式混凝動力學機理及設計研究．給水排水，2000，6期