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集團新聞

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12

2017.05

微渦流混凝給水處理新工藝

行業之窗

"內容摘要:摘要:本文介紹微渦流混凝給水處理新工藝,它通過微渦流凝聚和立體接觸絮凝,充分利用混凝空間、混凝能量與絮體活性,大幅度提高了混凝反應效率。工程應用實踐表明,該工藝可顯著地改進出水質量,縮短反應時間,降低混凝劑消耗,且施工簡單,運行穩定,維護方便。該工藝適合各種傳統反應和澄清池的改造,并有可能被新建水廠廣泛采用。
摘要:本文介紹微渦流混凝給水處理新工藝,它通過微渦流凝聚和立體接觸絮凝,充分利用混凝空間、混凝能量與絮體活性,大幅度提高了混凝反應效率。工程應用實踐表明,該工藝可顯著地改進出水質量,縮短反應時間,降低混凝劑消耗,且施工簡單,運行穩定,維護方便。該工藝適合各種傳統反應和澄清池的改造,并有可能被新建水廠廣泛采用。

關鍵詞:水處理 混凝 渦流 新工藝
  1 微渦流混凝工藝的提出
  2 微渦流混凝工藝的核心--渦流反應器
  (1)空心球形結構,直徑根據工藝需要確定,內外表面均打毛;
  (2)表面開有小孔,孔徑和開孔率根據工藝需要確定;
  (3)采用abs塑料材料,容重略大于水,壁厚由結構強度設計確定。
  渦流反應器的構造特點決定它具有以下特性:
  (1)無方向性,直接投入水中使用,相互堆積不堵塞壁孔,不需要固定安裝;
  (2)工廠化批量注塑生產,改造工程施工期短,便于推廣應用;
  (3)水流過孔流速、流向變化,加之內外壁面的磨擦阻力,使水流產生微渦旋流動;
  (4)材料強度好,無毒性,耐腐蝕,抗老化,使用壽命數十年;
  (5)在上向水流中會浮動和旋轉,不會漂浮水面,也不易被漂浮物堵塞。
  3 微渦流混凝工藝
  微渦流混凝工藝的核心是渦流反應器,其工藝形式多種多樣,可以根據水質、構筑物形狀及前后序工藝配套要求靈活設計,有如下具體要求。
  (1)盡量將水流組織成豎向流,即垂直于水平面向上或向下的水流,渦流反應器必須置于豎向水流中,否則會在反應器內產生絮體沉積。向上水流中置入渦流反應器形成的混凝區稱為上向流混凝區,向下水流中置入渦流反應器形成的混凝區稱為下向流混凝區。
  (2)上向流混凝區和下向流混凝區可以根據具體情況組合,如""下-上""、""上-下""、""下-上-下""、""上-下-上""、""下-上-下-上""、""上-下-上-下""等,各段的水流速度應逐步降低或基本保持不變,水流通過各段總停留時間不少于5~8分鐘。
  (3)選用不同表面開孔直徑與開孔率的渦流反應器控制水流過孔流速,從理論上講,前區過孔流速應略大于后區過孔流速,同時,前區反應器直徑應略小于后區反應器直徑。但一般情況下,為了便于施工和維護,可以選用相同的渦流反應器。
  (4)合理地設置排泥區,原則是在可能產生泥渣沉積的區域底部設置排泥裝置,由于渦流反應器內含有懸浮泥渣,因此可以將渦流反應器之外的泥渣排盡。
  微渦流混凝工藝不但可以用于新建水廠,更便于老水廠的改造,只要對反應池(區)進行適當分隔,形成豎向水流條件和合理地控制水流速度,反應池(區)的外形構造可以非常靈活,可以是方形、矩形、圓形或其它復雜形狀,池深也可以靈活設計。
  對于老水廠改造,有些池型在結構上可以保持不變(如多級旋流反應池),只要在底部加一些支架,然后放入渦流反應器,即可投運。有些池型則需要拆除內部設施(如隔板、折板、波紋波等反應池及圓型澄清池),然后根據微渦流混凝工藝要求分格即可。若需要改造較大幅度提高產水量,經水力計算后要適當加高池體,以防止水流外溢。
  對于新建微渦流反應池,可以采取矩型微渦流反應池與矩型平流或斜管沉淀池配合的方案,如圖1所示。也可以類似于圓型澄清池改造,采取圓中心微渦流反應池(區)與周邊環型豎流沉淀池(區)配合的方案,如圖2所示。

圖1 改造或新建矩型微渦流反應池示例

圖1 改造或新建矩型微渦流反應池示例
  4 微渦流混凝機理
  凝聚和絮凝是混凝工藝的兩個基本過程,前者指水中膠體脫穩后在水力作用下相互碰撞形成絮體的過程,后者指水流中已經形成的絮體吸附脫穩膠體而成長的過程。微渦流混凝工藝能顯著地提高凝聚和絮凝的效率。
  (1)微渦流凝聚
  凝聚的效率取決于水中膠體脫穩的程度和碰撞的機率,渦流反應器形成的微渦旋流動能有效地促進水中微粒的擴散與碰撞。一方面,混凝劑水解形成膠體在微渦流作用下快速擴散并與水中膠體充分碰撞,使水中膠體快速脫穩;另一方面,水中脫穩膠體在微渦流作用下具有更多碰撞機會,因而具有更高的凝聚效率。
  微渦流之所以能有效地促進水中微粒的擴散與碰撞,其原因有兩個方面。其一,渦流形成流層之間較大的流速差,造成了流層中攜帶微粒的相對運動,從而增加了微粒的碰撞機率;其二,渦流的旋轉作用形成離心慣性力,造成微粒的沿旋渦徑向運動,從而增加了微粒的碰撞機率。此兩方面的作用都隨渦流的尺寸減小而增大,微渦流是有利于凝聚的水力條件。
  (2)立體接觸絮凝
  當混凝反應區放置了大量的渦流反應器后,由于反應器內流速相對較小,在上向水流區的渦流反應器內部形成絮體懸浮區,懸浮絮體對水流中的脫穩膠體產生絮凝作用,其與傳統接觸絮凝澄清池相比具有更高效率。其一,傳統澄清池內的懸浮絮體只有一層,而新工藝上向流區每個渦流反應器內都有懸浮絮體,總體積大,形成立體接觸絮凝;其二,渦流反應器內絮體成長質量更高,成長過大的絮體在微渦流的作用下會破碎成較小絮體從而保持絮凝能力(絮體過大會使總表面積減小,吸附能力下降),密實度較低的絮體在微渦流的作用下會破碎并重新絮凝成密實度較高的絮體,有利于沉淀分離。"
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