微涡沉淀池介绍

1.1、工艺原理高效混凝沉淀工艺是通过向水中投加絮凝剂并制造有利的水力条件使水中杂质聚集在一起快速沉降下来，从而达到净化水质目的一种新型工艺。去除对象是水中的悬浮颗粒、胶体以及在絮凝剂作用下能够从水中析出的溶解杂质。絮凝剂在原水中快速扩散均匀程度、杂质在絮凝剂作用下有效聚集的水力条件、有利于杂质沉降的空间结构环境是控制混凝沉淀工艺效果的关键因素。混凝剂水解产物在混合设备中的扩散分为：宏观扩散、亚微观扩散。(1)宏观扩散，使混凝剂水解产物扩散到水体各个宏观部位。(2)亚微观扩散，混凝剂水解产物在极邻近部位的扩散。当研究尺度接近湍流微结构尺度时，在湍动水流中亚微观传质主要是由惯性效应导致的物质迁移造成的，而我们提供的高效微涡混合设备，就是利用高比例高强度微涡旋的离心惯性效应来克服亚微观传质阻力，增加亚微观传质速率。絮凝过程使矾花有效聚集在一起的主要机理是水中矾花由于速度大小和方向不同发生的有效碰撞作用。当水流作涡旋运动时在惯性作用下固体颗粒沿径向与水流产生相对运动，为不同尺度颗粒沿湍流涡旋的径向碰撞提供了机会。在絮凝池中大幅度地增加湍流微涡旋的比例，就可以大幅度地增加颗粒碰撞次数，有效地改善絮凝效果。在絮凝池的水流通道中增设微涡折板能够在廊道中形成更多涡旋，有效增加颗粒碰撞次数。同时通过合理的设置翼片和折板改变水流的剪切强度，来控制水流中矾花的形成过程，使得矾花在首端形成密实的核心，然后随着水流流动逐渐长大，形成易于沉淀的矾花，以得到良好的沉降效果。合理的沉淀空间结构应包括以下要素：较小的颗粒沉降距离、能形成均匀稳定的水流、能使沉泥顺畅滑下的排泥面。高效复合斜板与传统的蜂窝斜管相比，斜板沉淀设备中矾花的沉淀距离也明显减少，沉淀池中流量分布更加均匀稳定，沉淀池排泥面积是普通斜管的4倍多，单位面积排泥负荷尚不到斜管的1/4，不会出现沉泥淤积矾花翻池、斜板压塌的现象。斜板间距小充分发挥斜板的接触絮凝作用过滤去除反应不完全的胶体颗粒，从而可进一步降低出水浊度。微涡反应沉淀池流程图沉淀池出水反应池进水预埋排泥管预埋排泥立管絮凝池钢制穿孔集水槽高效斜板沉淀泥斗絮凝沉淀池立体图1.2、工艺特点1.2.1、处理效率高、占地面积小、经济效益显著由于混合迅速（3～5s），反应时间短（8～12min），沉淀池上升流速高（2.5～3.5mm/s），因此可大大缩短停留时间，大幅度提高处理效率，因而能够大幅度减少构筑物的占地面积。工程实践证实：采用新技术对旧水厂挖潜改造，在构筑物容积不增加的情况下，可使处理水量增加75～100%；用于新建水厂的占地面积，与平流沉淀池比较可节省80%，与机械搅拌澄清池比较节省20～40%（见表3－1），水厂总使用面积比澄清池节省50％以上。1.2.2、处理水质优，社会效益好，水质效益可观由于本技术在反应段合理控制水流流态，药剂形成中间致密周边疏松的矾花絮体，在沉淀段又能够形成絮凝沉淀，所以沉淀池运行负荷高，出水效果好。多项工程运行结果表明：这项工艺可使沉后水浊度稳定在3NTU以下，形成了良好的水质效益。使工业或民事用水的安全性更有保证。1.2.3、抗冲击能力强，适用范围广本技术的设计参数适用范围较宽，所以此项技术抗水力冲击负荷的能力较强，短时间负荷可以在+20%～-20%内变动，不影响出水水质。运行经验表明：于所处理原水浊度变化范围较宽，一般10～1000NTU,均得到很好的处理效果，当原水浊度、进水流量、投加药量等方面在短时间内发生一定变化时，沉淀池出水均可絮凝反应池备管式混合器排泥阀门沉淀池过渡配水段保持稳定。这项工艺对低温低浊、汛期高浊以及微污染等特殊原水水质的处理均非常有效。1.2.4、工程造价低由于新技术采用了先进的理论完善了混合、絮凝、沉淀过程，新技术沉后水浊度在3NTU以下，可节省滤池。采用本技术所建水厂与老工艺相比土建费用能够节省50％，主体工程可节省投资20～30%；采用新技术改造水厂，水量提高75～100%,而改造投资仅相当于新建同等规模水厂的30～50%。1.2.5、操作简单、维护成本低、系统启动速度快本工艺采用机械设备少，操作简单，运行管理方便，维护费用很低。同时本系统启动速度快，可以做到随用水随开机，降低启动难度。1.3工艺设备1.3.1、混合设备高效微涡混合设备是在管道内布置合理的阻流部件，使得水流经混合器时，能够形成高强度的微涡旋，能够快速混合。因此混合设备具有混合充分、迅速、水头损失小、不易堵塞等特点。混合设备主要由管道、法兰、阻流部件和加药口部分组成，主体及零部件由不锈钢或玻璃钢制成。1.3.2、絮凝设备絮凝属于湍流动力学条件起控制作用的多相物系反应过程，絮凝设备利用流体微涡动力学理论控制湍流中涡旋衰减，进而达到科学、合理控制絮凝过程的目的。折板絮凝设备由折板、整流翼片和框架组成。絮凝是给水处理最重要的工艺环节，滤池出水水质主要是由絮凝效果决定的。絮凝长大过程是微小颗粒接触与碰撞的过程。絮凝效果的好坏取决于下面两个因素：一是混凝剂水解后产生的高分子络合物形成吸附架桥的联结能力，这是由药剂的性质决定的，；二是微小颗粒碰撞的几率和如何控制它们进行合理的有效碰撞，这是由絮凝设备的动力学条件所决定的。水中的速度分布是连续的，没有任何跳跃，水中两个质点相距越近其速度差越小，当两个质点相距为无穷小时，其速度差亦为无穷小，即无速度差。水中的颗粒尺度非常小，比重又与水相近，故此在水流中的跟随性很好。如果这些颗投药口进水LDN高效微涡混合器粒随水流同步运动，由于没有速度差就不会发生碰撞。由此可见要想使水流中颗粒相互碰撞，就必须使其与水流产生相对运动，这样水流就会对颗粒运动产生水力阻力。由于不同尺度颗粒所受水力阻力不同，所以不同尺度颗粒之间就产生了速度差。这一速度差为相邻不同尺度颗粒的碰撞提供了条件。如何让水中颗粒与水流产生相对运动，最好的办法是改变水流的速度。因为水的惯性（密度）与颗粒的惯性（密度）不同，当水流速度变化时它们的速度变化（加速度）也不同，这就使得水与其中固体颗粒产生了相对运动，为相邻不同尺度颗粒碰撞提供了条件，即惯性效应作用。要达到好的絮凝效果除了要有颗粒大量碰撞外，还需要控制颗粒合理的有效碰撞。使颗粒凝聚起来的碰撞称之为有效碰撞。一方面，如果在絮凝中颗粒凝聚长大得过快会出现两个问题（1）矾花长的过快其强度则减弱，在流动过程中遇到强的剪切力就会使吸附架桥被剪断，被剪断的吸附桥架很难再连续起来，这种现象称之为过反应现象，应该被绝对禁止；（2）一些矾花过快的长大会使水中的矾花比表面积急剧减少，一些反应不完善的小颗粒失去了反应条件，这些小颗粒与大颗粒碰撞几率急剧减小，很难再长大起来。这些颗粒不仅不能为沉淀池所截留，也很难为滤池所截留。另一方面，絮凝池中的矾花颗粒也不能长的过慢，矾花长的过慢虽然密实，但当其到达沉淀池时，还有很多颗粒没有长到沉淀尺度，出水水质也不会好。由此看到在絮凝池设计中应控制矾花颗粒的合理长大。矾花的颗粒尺度与其密实度取决于两方面因素：其一是混凝水解产物形成的吸附架桥的联结能力；其二是湍流剪切力。正是这两个力的对比关系决定了矾花颗粒尺度与其密实度。吸附架桥的联结能力是由混凝剂性质决定的，而湍流的剪切力是由构筑物创造的流动条件所决定的。如果在絮凝池的设计中能有效个控制湍流的剪切力，就能很好的保证絮凝效果。11絮凝反应池平面示意图絮凝反应池1-1剖面图1.3.3、沉淀设备高效斜板沉淀设备是根据浅池理论和接触絮凝机理设计而成，主体及零配件均由乙丙共聚材料制成，具有表面光滑、不易积泥，沉淀效果好，不易堵塞等特点。在浅层理论的基础上，于斜板上部设置沉淀距离合理的沉淀段，下部控制斜板的结构，调整水力状态，通过强化其接触絮凝作用及浅池效能达到矾花与水有效分离的目的。一设备与传统斜管沉淀池相比还具有下面一些优点：（1）由于斜板间距的明显减少，矾花的沉淀距离也明显减少，更有利于小颗粒的沉淀；（2）由于斜板间距的减少，水流阻力增大，使该部分的阻力成为沉淀池中水力阻力的主要部分，沉淀池中流量分布更加均匀，与斜管相比明显地改善了沉淀条件；（3）强化了斜板的接触絮凝的复合作用，通过改变入流处过水断面，提高上升流速，充分发挥斜板的接触絮凝作用去除反应不完全小颗粒，从而可进一步降低出水浊度。同时小间距斜板沉淀设备排泥性能也远优于其他形式的浅池沉淀池，这主要是由于下面几个原因：（a）这种设备基本无侧向约束；（b）这种设备沉淀面积与排泥面积相等；对普通斜管来说，排泥面积只占沉淀面积的一半，在特殊时期如高浊期、低浊期或加药失误期污泥沉降性能、特别是排泥性能明显变坏，在斜管排泥面的边缘处由于沉积数量与斜面上滑落下来的污泥数量大于排走的数量，造成了污泥的堆积。所以一旦在斜管的角落处产生污泥的堆积，这样就使过水断面减少，上升流速增加，增加了污泥下滑的顶托力，进一步增加污泥堆积。所以一旦在斜管角落处产生污泥的堆积，就产生的污泥堆积的恶性循环。这种作用开始时由于斜管上升流速的增加，沉淀效果变坏，沉后水浊度增高，当污泥堆积到一定程度时由于上升流速的提高，可以把已沉积在斜管上的污泥卷起，使水质严重恶化。而小间距斜板沉淀池其排泥面积是普通斜管的4倍多，单位面积排泥负荷尚不到斜管的1/4，故而在任何时期排泥均无障碍。