增設(shè)翼片隔板后有如下作用:
(1)水流通過該區(qū)段是速度激烈變化的區(qū)段,也是慣性效應(yīng)、顆粒碰撞幾率的區(qū)段;
(2) 翼片隔板之后湍流的渦旋尺度大幅度減少,微渦旋比例增強,渦旋的離心慣性效應(yīng)增加,有效地增加了顆粒碰撞次數(shù);
(3)由于水流的慣性作用,礬花產(chǎn)生強烈的變形,使礬花中處于吸附能級低的部分,由于其變形揉動作用達到高吸能級的部位,這樣就使得通過該區(qū)之后礬花變得更密實。
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(yīng)現(xiàn)象,應(yīng)該被絕對禁止;
(2)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(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撞幾率急劇減小,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(zhì)也不會好。此由看到在絮凝池設(shè)計中應(yīng)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(chǎn)物形成的吸附架橋的聯(lián)結(jié)能力;其二是湍流剪切力。正是這兩個力的對比關(guān)系決定了礬花顆粒尺度與其密實度。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)造的流動條件所決定的。如果在絮凝池的設(shè)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(yīng)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(xué)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(jié)強度的礬花顆粒可以在兩個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(jié)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(nèi)流動固定空間點的渦流數(shù)量越多,渦旋強度越大,礬花也越密實。在實際工作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(chǎn)實踐的所證實。這樣就可以保證把小尺度的試驗結(jié)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(xué)地布設(shè)翼片隔板,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(shè)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(zhì)。
傳統(tǒng)的平流沉淀池優(yōu)點是構(gòu)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(shù)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(jīng)過幾十年應(yīng)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,這是因為當斜管中的大礬花顆粒在沉淀中與水產(chǎn)生相對運動,會在礬花顆粒后面產(chǎn)生小旋渦,這些旋渦的產(chǎn)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(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,我們推動了接觸絮凝斜板沉淀設(shè)備。這一設(shè)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(shè)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(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,造成污泥的堆積。所以一旦在斜管的角落處產(chǎn)生污泥的堆積,這淹使瓜面減少,上升流速增加,增加了污泥下滑的頂托力,進一步增加污泥堆積。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(zhì)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、“渦旋混凝給水處理技術(shù)”的工藝特點
(一)處理效率高、占地面積小、經(jīng)濟效益顯著。
由于混合迅速(3~30秒),反應(yīng)時間短(8~12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。工程實踐證實:與傳統(tǒng)工藝相比,采用新技術(shù)用于新建水廠,主體工藝構(gòu)筑物可節(jié)省投資15~20%,并可大幅度減少主體構(gòu)筑物占地面積。占地面積與平流沉淀池比較可節(jié)省70%,與斜管沉淀池比較可節(jié)省40%.
(二)處理水質(zhì)優(yōu),社會效益好,水質(zhì)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(zhì)效益。水質(zhì)效益一方面就是社會效益,另一方面是潛在的經(jīng)濟效益。
我國現(xiàn)行飲用水水質(zhì)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(shè)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(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)效益是相當可觀的。
(1)水流通過該區(qū)段是速度激烈變化的區(qū)段,也是慣性效應(yīng)、顆粒碰撞幾率的區(qū)段;
(2) 翼片隔板之后湍流的渦旋尺度大幅度減少,微渦旋比例增強,渦旋的離心慣性效應(yīng)增加,有效地增加了顆粒碰撞次數(shù);
(3)由于水流的慣性作用,礬花產(chǎn)生強烈的變形,使礬花中處于吸附能級低的部分,由于其變形揉動作用達到高吸能級的部位,這樣就使得通過該區(qū)之后礬花變得更密實。
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(yīng)現(xiàn)象,應(yīng)該被絕對禁止;
(2)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(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撞幾率急劇減小,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(zhì)也不會好。此由看到在絮凝池設(shè)計中應(yīng)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(chǎn)物形成的吸附架橋的聯(lián)結(jié)能力;其二是湍流剪切力。正是這兩個力的對比關(guān)系決定了礬花顆粒尺度與其密實度。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)造的流動條件所決定的。如果在絮凝池的設(shè)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(yīng)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(xué)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(jié)強度的礬花顆粒可以在兩個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(jié)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(nèi)流動固定空間點的渦流數(shù)量越多,渦旋強度越大,礬花也越密實。在實際工作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(chǎn)實踐的所證實。這樣就可以保證把小尺度的試驗結(jié)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(xué)地布設(shè)翼片隔板,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(shè)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(zhì)。
傳統(tǒng)的平流沉淀池優(yōu)點是構(gòu)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(shù)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(jīng)過幾十年應(yīng)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,這是因為當斜管中的大礬花顆粒在沉淀中與水產(chǎn)生相對運動,會在礬花顆粒后面產(chǎn)生小旋渦,這些旋渦的產(chǎn)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(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,我們推動了接觸絮凝斜板沉淀設(shè)備。這一設(shè)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(shè)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(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,造成污泥的堆積。所以一旦在斜管的角落處產(chǎn)生污泥的堆積,這淹使瓜面減少,上升流速增加,增加了污泥下滑的頂托力,進一步增加污泥堆積。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(zhì)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、“渦旋混凝給水處理技術(shù)”的工藝特點
(一)處理效率高、占地面積小、經(jīng)濟效益顯著。
由于混合迅速(3~30秒),反應(yīng)時間短(8~12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。工程實踐證實:與傳統(tǒng)工藝相比,采用新技術(shù)用于新建水廠,主體工藝構(gòu)筑物可節(jié)省投資15~20%,并可大幅度減少主體構(gòu)筑物占地面積。占地面積與平流沉淀池比較可節(jié)省70%,與斜管沉淀池比較可節(jié)省40%.
(二)處理水質(zhì)優(yōu),社會效益好,水質(zhì)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(zhì)效益。水質(zhì)效益一方面就是社會效益,另一方面是潛在的經(jīng)濟效益。
我國現(xiàn)行飲用水水質(zhì)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(shè)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(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)效益是相當可觀的。