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)相對應(yīng)或?qū)捳鄬χ旁O(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。按水流通過折板間隙數(shù)，又分為單通道和多通道。
簡介
在自來水廠的水質(zhì)凈化過程中，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而完成絮凝過程的構(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年來在隔板絮凝池基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。20世紀(jì)70年代初期，國內(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m3/d脈沖澄清池改造為2. 5萬m3/d的豎流折板絮凝—余管沉淀池，開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，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m3/d，運(yùn)行效果良好，為當(dāng)時(shí)國內(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)立的過程：遷移和粘附。遷移過程產(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。水流通過折板單元，在漸擴(kuò)段與漸縮段的作用下，可以形成對稱渦旋及單側(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)通過粘性作用轉(zhuǎn)化為熱能。水流中同時(shí)存在無數(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運(yùn)動(dòng)，增加了碰撞機(jī)會(huì)，所以相對于隔板絮凝池，絮凝效果大大提高。
存在的問題
(1)對絮凝水力條件的改善重視程度不夠。
改革開放以來，全國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)葐栴}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)手冊規(guī)定范圍內(nèi)，設(shè)計(jì)參數(shù)的選取范圍過大。對折板絮凝池參數(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)手冊中，其計(jì)算采用的是明渠漸擴(kuò)和漸縮公式，有人通過研究發(fā)現(xiàn)，豎流折板絮凝池水頭損失實(shí)測值與設(shè)計(jì)計(jì)算值相差較大，實(shí)測值明顯小于設(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，即使對絮凝效果進(jìn)行直接評價(jià)，評價(jià)大多也只是停留在對礬花大小和密實(shí)與否的感官描述上，缺少可操作的量化評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，這與當(dāng)前還比較缺乏相對合理的絮凝評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)。
研究展望
開發(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)。絮凝過程是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)過程，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)部流場將是一個(gè)較好的實(shí)驗(yàn)測試方法。該技術(shù)突破了空間單點(diǎn)測量技術(shù)的局限性，可在同一時(shí)刻記錄下整個(gè)測量平面的有關(guān)信息，從而可以獲得流動(dòng)的瞬時(shí)平面速度場、脈動(dòng)速度場、渦量場和雷諾應(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)部流場的研究，海*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)過程，減少實(shí)驗(yàn)室測定試驗(yàn)的數(shù)目，減少產(chǎn)品開發(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價(jià)參數(shù)的制定。開發(fā)研制新型可定量、實(shí)時(shí)測定絮凝過程水流動(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；利用所開發(fā)的新型設(shè)備儀器，評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估參數(shù)。