巖土工程中渦旋混凝低脈動(dòng)沉淀給水技術(shù)(2)

　　2、礬花的合理的有效碰撞

　　要達(dá)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(zhǎng)大得過快會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)問題：(1)礬花長(zhǎng)得過快其強(qiáng)度則減弱，在流動(dòng)過程中遇到強(qiáng)的剪切就會(huì)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(yīng)現(xiàn)象，應(yīng)該被絕對(duì)禁止;(2) 設(shè)為首頁 一些礬花過快的長(zhǎng)大會(huì)使水中礬花比表面積急劇減少，一些反應(yīng)不完善的小顆粒失去了反應(yīng)條件，這些小顆粒與大顆粒碰撣幾率急劇減少，很難再長(zhǎng)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(zhǎng)得過慢，礬花長(zhǎng)得過慢雖然密實(shí)，但當(dāng)其達(dá)到沉淀池時(shí)，還有很多顆粒沒有長(zhǎng)到沉淀尺度，出水水質(zhì)也不會(huì)好。此由看到在絮凝池設(shè)計(jì)中應(yīng)控制礬花顆粒的合理長(zhǎng)大。

　　礬花的顆粒尺度與其密實(shí)度取決兩方面因素：其一是混凝水解產(chǎn)物形成的吸附架橋的聯(lián)結(jié)能力;其二是湍流剪切力。正是這兩個(gè)力的對(duì)比關(guān)系決定了礬花顆粒尺度與其密實(shí)度。吸附架橋的聯(lián)結(jié)能力是由混凝劑性質(zhì)決定的，而湍流的剪切力是由構(gòu)筑物創(chuàng)造的流動(dòng)條件所決定的。如果在絮凝池的設(shè)計(jì)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(dòng)物系反應(yīng)控制理論的提出，真正建立起水處理工藝中的動(dòng)力相似。使我們認(rèn)識(shí)到湍流剪切力是絮凝過程中的控制動(dòng)力學(xué)因素，如果在大小兩個(gè)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(jié)強(qiáng)度的礬花顆?？梢栽趦蓚€(gè)不同尺度的絮凝過程中同時(shí)存在，這在某種意義上也就實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)絮凝過程絮凝效果的相似。弗羅德數(shù)可以作為相似準(zhǔn)則數(shù)，可以表明湍流剪切力的大小，兩個(gè)尺度不同的絮凝過程當(dāng)其弗羅德數(shù)相等時(shí)，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?yàn)橥牧骷羟辛ο嗟葧r(shí)兩個(gè)不同的絮凝過程的礬花聯(lián)結(jié)強(qiáng)度相等，但礬花的密實(shí)度與沉淀性能卻不一定相同。礬花的密實(shí)程度可用湍動(dòng)度來控制，湍動(dòng)度值越大表明在固定時(shí)間內(nèi)流過固定空間點(diǎn)的渦旋數(shù)量越多，渦旋強(qiáng)度越大，礬花也越密實(shí)。在實(shí)際工程中是不可能測(cè)定湍動(dòng)度的。慶幸的是當(dāng)湍流剪切力相等時(shí)，尺度越大的絮凝池其水流速度也越高，因此礬花的碰撞強(qiáng)度越大，形成的礬花越密實(shí)，這已為試驗(yàn)與生產(chǎn)實(shí)踐所證實(shí)。這樣就可以保證把小尺度的試驗(yàn)結(jié)果按照弗羅德數(shù)相等來放大，放大后的絮凝效果會(huì)更好、更可靠。因而我們也可以通過科學(xué)地布設(shè)多層網(wǎng)格，通過弗羅德數(shù)這個(gè)相似準(zhǔn)則，來控制絮凝過程中水流的剪切力和湍動(dòng)度，形成易于沉淀的密實(shí)礬花。

　　(三)沉淀

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

　　傳統(tǒng)的平流沉淀池優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單，工作安全可靠;缺點(diǎn)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(zhǎng)度。淺池理論的出現(xiàn)使沉淀技術(shù)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。七十年代以后，我國(guó)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(jīng)過幾十年應(yīng)用其可靠性遠(yuǎn)不如平流沉淀池，特別是高濁時(shí)期、低溫低濁時(shí)期以及投藥不正常時(shí)期。

　　傳統(tǒng)沉淀理論認(rèn)為斜板、斜管沉淀池中水流處于層流狀態(tài)。其實(shí)不然，實(shí)際上在斜管沉淀池中水流是有脈動(dòng)的，這是因?yàn)楫?dāng)斜管中大的礬花顆粒在沉淀中與水產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，會(huì)在礬花顆粒后面產(chǎn)生小旋渦，這些旋渦的產(chǎn)生與運(yùn)動(dòng)造成了水流的脈動(dòng)。這些脈動(dòng)對(duì)于大的礬花顆粒的沉淀無什么影響，對(duì)于反應(yīng)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(zhì)。為了克服這一現(xiàn)象，抑制水流的脈動(dòng)，我們推出了小間距斜板沉淀設(shè)備。這一設(shè)備還有下面一些優(yōu)點(diǎn)：(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?xiàng)l件;(3)這種設(shè)備由于下面幾個(gè)原因其排泥性能遠(yuǎn)優(yōu)于其他形式的淺池沉淀池;(a)這種設(shè)備基本無側(cè)向約束;(b)這種設(shè)備沉淀面積與排泥面積相等;對(duì)普通斜管來說排泥面積只占其沉淀面積的一半，在特殊時(shí)期如高濁期，低溫濁期或加藥失誤時(shí)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(chǎn)生污泥的堆積，所以一旦在斜管角落處產(chǎn)生污泥的堆積，就產(chǎn)生了污泥堆積的惡性循環(huán)。這種作用開始時(shí)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(dāng)污泥堆積到一定程度時(shí)，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(zhì)嚴(yán)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(fù)荷尚不到斜管的1/4，故在任何時(shí)期排泥均無障礙。

　　三、“渦旋混凝低脈動(dòng)沉淀給水處理技術(shù)“的工藝特點(diǎn)

　　(一)處理效率高、占地面積小、經(jīng)濟(jì)效益顯著。

　　由于混合迅速(3-30秒)，反應(yīng)時(shí)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(gòu)筑物中的停留時(shí)間，大幅度提高處理效率，因而也就節(jié)省了構(gòu)筑物的基建投資。工程實(shí)踐證實(shí)：與傳統(tǒng)工藝相比，采用新技術(shù)對(duì)舊水廠挖潛改造，在構(gòu)筑物容積不增加的情況下，可使處理水量?jī)粼?5-100%，而改造投資僅相當(dāng)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(gòu)筑物可節(jié)省投資20-30%，并可大幅度減少主體構(gòu)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(zhì)優(yōu)，社會(huì)效益好，水質(zhì)效益可觀。

　　幾年運(yùn)行實(shí)踐證明，這項(xiàng)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(gè)很高的水質(zhì)效益。水質(zhì)效益一方面就是社會(huì)效益，另一方面是潛在的經(jīng)濟(jì)效益。

　　我國(guó)現(xiàn)行飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為濁度不超過3度，而發(fā)達(dá)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)是不超過1度。隨著人民生活水平的提高，我國(guó)也將進(jìn)一步提高生活用水標(biāo)準(zhǔn)。如果其標(biāo)準(zhǔn)提高到1度，那么大部分城市現(xiàn)有處理設(shè)備和工藝是難以達(dá)到的，只有通過大幅度投資擴(kuò)建新水廠，才能解決水質(zhì)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(zhì)效益是相當(dāng)可觀的。

　　(三)抗沖擊能力強(qiáng)，適用水質(zhì)廣泛。

　　實(shí)踐證明，此項(xiàng)技術(shù)抗沖擊的能力較強(qiáng)，當(dāng)原水濁度、進(jìn)水流量，投加藥量發(fā)生一些變化時(shí)，沉淀池出水濁度不象傳統(tǒng)工藝那樣敏感。其原因是，這項(xiàng)工藝的沉淀池上升流速按3.5mm/s設(shè)計(jì)時(shí)尚有很大潛力。運(yùn)行實(shí)踐表明。這項(xiàng)工藝對(duì)低溫低濁、汛期高濁以及微污染等特殊原水水質(zhì)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(jī)物含量相對(duì)高，比重小。從顆粒級(jí)配來看也相對(duì)均勻，加之低溫時(shí)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(shù)采用的小孔眼格網(wǎng)絮凝設(shè)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(diǎn)，形成比較密實(shí)的礬花，在小間距斜板上有效的沉淀下來。

　　對(duì)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(zhì)在混合設(shè)備中完成。也就是說，有一部分地方會(huì)出現(xiàn)過反應(yīng)情況，而這些地方反應(yīng)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(jié)構(gòu)導(dǎo)致排泥不暢的缺點(diǎn)，使得高濁水處理成為難題。新技術(shù)由于 能在各種情況下迅速完成藥劑的亞微觀擴(kuò)散，同時(shí)小間距斜板克服了普通斜管排泥不暢的缺點(diǎn)，故此對(duì)高濁水處理十分有效。

　　我國(guó)目前普遍采用強(qiáng)氧化劑預(yù)氧化或生物預(yù)處理措施去除微污染。然而，無論何種預(yù)處理方法，都要通過反應(yīng)使水中的有機(jī)物析出，使它們達(dá)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(shè)備是去除微污染更有效的設(shè)備。大慶市八百坰水廠改造實(shí)踐證明，這項(xiàng)新技術(shù)在去除水中有機(jī)污染方面同樣行之有效。

　　(四)制水成本降低。

　　1、由于新技術(shù)采用先進(jìn)的混合及反應(yīng)設(shè)備，可節(jié)省投藥量30%;

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

　　3、對(duì)舊水廠改造，水量增加而管理人員無需增加，運(yùn)行管理費(fèi)用大為降低;

　　4、基建費(fèi)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(gè)方面來看，新技術(shù)的使用可使制水成本顯著降低。

　　(五)工期短、見效快。

　　此項(xiàng)技術(shù)用于舊水廠挖潛改造，從設(shè)計(jì)到安裝調(diào)試只需2-3個(gè)月，可以在短時(shí)間內(nèi)解決城市供水不足的狀況。

　　隨著我國(guó)城市建設(shè)的迅速發(fā)展，很多城市供水設(shè)施由于投資緊張，都嚴(yán)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(zhì)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(zhì)供水。而這項(xiàng)新技術(shù)可以有效解決傳統(tǒng)工藝無法解決的問題。

　　總之，這項(xiàng)新技術(shù)具有處理效率高、水質(zhì)好、投資省、制水成本低等特點(diǎn)。此技術(shù)的推廣應(yīng)用，可最大限度地挖掘利用現(xiàn)有水資源和供水設(shè)施的潛力，利用最小投資取得最大效益。我們?cè)概c全國(guó)各城市水司竭誠(chéng)合作，使這項(xiàng)技術(shù)得以更快地推廣，造福于當(dāng)?shù)厝嗣瘛?/P>

更多內(nèi)容訪問>> 注冊(cè)土木工程師(巖土)考試頻道   注冊(cè)土木工程師(巖土)考試論壇

?2009年注冊(cè)土木工程師（巖土）考試輔導(dǎo)招生簡(jiǎn)章
?2009年注冊(cè)巖土工程師考試時(shí)間為：9月19、20日
?2008年全國(guó)注冊(cè)巖土工程師考試交流回饋
?巖土工程師輔導(dǎo)現(xiàn)在報(bào)名任意專業(yè)知識(shí)贈(zèng)送專業(yè)知識(shí)習(xí)題班
?老師輔導(dǎo)每天24小時(shí)不限時(shí)間隨時(shí)反復(fù)學(xué)習(xí)……