竖流折板絮凝原理及其工艺设计Ξ
刘 强
(南昌有色冶金设计研究院,南昌市,330002)
〔摘 要〕从水力学方面分析了净水厂中竖流折板絮凝池的基本原理,阐述了竖流折板絮凝池的工艺特点及其工艺设计。
〔关键词〕折板絮凝原理 工艺特点 工艺设计
1 前言
在给水净水厂的水质净化过程中,混凝反应是一个十分重要的环节,它的完善程度对净水的后续处理影响很大。
同时,它又是一个复杂的物理化学过程,一般可分为混合和絮凝两个阶段。
在混合阶段,通过快速混合设备使无机盐混凝剂能迅速而均匀地扩散于水中,以创造良好的水解和聚合条件;同时,胶体脱稳随即完成并借颗粒的布朗运动和紊动水流进行凝聚,在此阶段不要求形成大的絮凝体。
而在絮凝阶段,水在水力或机械搅拌下产生流体运动,造成水中颗粒碰撞从而形成具有良好沉淀性能的大的密实絮凝体。
絮凝池形式较多,分水力搅拌式和机械搅拌式两大类,水力搅拌式有隔板絮凝池、折板絮凝池、穿孔旋流絮凝池、网格絮凝池等。
如何提高絮凝过程的效率,缩短絮凝时间,以减小絮凝池的容积,是絮凝池设计的一个重要课题。
而竖流折板絮凝工艺就是近年来在我国得到广泛应用的有效、可行、适用范围较广的一种高效能水力絮凝方式。
2 竖流折板絮凝的工作原理
竖流折板絮凝池是在竖流隔板絮凝池基础上发展起来的,它是将竖流隔板絮凝池的平板隔板改成具有一定角度的折板。
其基本工作原理是,通过在絮凝池内设置一定数量的折板,加入絮凝剂并经充分混合的水流进入上下翻腾的夹间通道,通过折板间形成的缩放或拐弯造成边界层分离现象,并产生附壁紊流耗能,在絮凝池内沿程输入微量而足够的能量,增加水流内部颗粒的相对运动、相互碰撞,有效地提高输入能量的利用率和容积使用率,以缩短絮凝时间,提高絮凝体的沉降性能,从而达到絮凝的效果。
折板絮凝按折板组合形式,可分为同波折板和异波折板两种类型(如图1所示),两种折板絮凝类型的水动力学条件稍有不同,以下将详细阐述。
211 竖流同波折板絮凝
折板可以波峰对波谷平行安装,称同
第20卷第2期有 色 冶 金 设 计 与 研 究
1999年
6 月
Ξ收稿日期:1998-11-20
波折板絮凝。
波谷造成的转角形成水流运
动的干扰物,继续流来的水流,遇扰流物势必改变原来的流向,部分脱离边界朝另一方向流去,水流出现少量的离解。
分离点以下,将有水流来填充,从而形成小回流区,主流与回流的交面形成紊动涡体的制
造场所,使流速分布改组,据有关实测资料,波峰处流速与主流区流速相近,而波谷处流速较低,出现微小涡旋,涡旋不断形成,不断释出,且在这种折板多弯流中,主流变向频繁,左右振荡,从而使颗粒产生碰撞,形成了絮凝。
图1 折板絮凝池剖面示意
(1)同波折板;(2)异波折板
212 竖流异波折板絮凝折板波峰相对安装,称异波折板絮凝,式。
当水流通过时,这种通道的渐变缩放使水流流速发生变化,即水流通过缩口时,流速增加,水流经过放口时,流速减小,这种流速的变化可形成淹没式射流。
在上下缩放口处,水流的动能差很大,射流水舌增加,水流剧烈的紊动,这种脉冲式的紊动每经过一个缩放口就要重现一次,保持了颗粒的碰撞频率,达到了分散加能的作用,从而形成絮凝。
以上两种形式的竖流折板絮凝,主要是由于折板的变向形成摇摆振荡或折板的缩放形成脉冲振荡,振荡充满整个絮凝过程中。
我们可以将折板的每一个转角处、两折板之间的空间视为CSTR 型单元反应器,而竖流折板絮凝是众多的CSTR 型单
元反应器串联起来的推流式(PF 型)反应器。
3 竖流折板絮凝的工艺特点
通过以上分析,我们可以总结出竖流折板絮凝池有如下几个工艺特点:
(1)有较好的絮凝效果。
由于絮凝池
中的折板构造,从而保证了水中颗粒的碰撞频率;另外,为了防止絮凝体在水流振荡运动中被剪坏,全过程流速沿程递减,分段控制低流速,使絮凝粒度逐渐增大而沉速增加。
(2)较小的能耗。
由于流速低,相应的水头损失就小,其中大部分能量消耗在颗粒的碰撞上,能量利用比较合理,以较小的能耗,取得了较好的絮凝效果。
(3)结构紧凑,池体面积小。
由于絮凝效率高、絮凝时间短,因此池体所占容积较小,池身可深可浅,能适应沉淀池设计尺寸要求。
(4)适应水量的变化幅度较大。
(5)不用机械动力设备,维护管理十分方便。
(6)折板可用预制的钢丝网水泥板或聚乙烯板,简化了施工。
4 竖流折板絮凝池工艺设计中
的几个问题
411 絮凝时间
室外给水设计规范中规定竖流折板絮
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凝池的絮凝时间为6～15min,但多年来各水厂生产实践证明,絮凝时间不宜少于10min,否则,可能出现絮凝池对原水水质的变化适应性差、絮凝效果不理想而增大耗药量的情况,因此,建议竖流折板絮凝池设计时间10～15min为宜。
412 竖流折板絮凝组合形式
絮凝池多采用3段,前段为异波折板,以增大水头损失和流速梯度值,中段为同波折板,后段为平板,使G值从大到小。
在絮凝过程中,竖向流速应逐段降低,前段流速为0125～0135m/s,中段为0115～0125m/s,末端为0105～0115m/s。
413 排泥
由于竖流折板絮凝池后段流速较低,设计时应重视絮凝区的排泥问题,在絮凝池的末端和出口设置排泥管。
414 絮凝池的G T值
在絮凝反应工艺设计中,无论是何种絮凝形式,为了作定性控制,应对絮凝池的G、T值进行校核。
对于水力搅动反应池, G值计算公式如下:
G=γh tμ
式中,G为平均流速梯度;γ为水的单位重,即ρg;h为絮凝中的水头损失;t为停留时间;μ为动力粘滞系数。
竖流折板絮凝的平均G值为30～50s-1,G T值大于2×104,各反应段具体可参照表1。
表1 折板絮凝池各段的G、T值
名称前段中段末段
G,s-160～10030～5015～25
T,s120～150120～150120～150
415 折板的设计
在竖流折板絮凝设备中,影响反应效果的主要因素为折板间距、转角和波折数。
因为如转角过小,易形成固定旋涡区或死
水区,转角过大,折弯就小,扰流作用小,现多采用90°或120°波折角。
而波折数则取决于组装折板的条板宽度,条板越宽,波数越少,反之,波数越多,折板宽度多为015～016m,而折板间距按递减流速计算确定。
416 其它
由于折板间距小,因此,竖流折板絮凝常用于中、小水厂,而对较大型水厂可采取“大型水厂小型化”的措施来设计折板絮凝池,以增强水流振荡作用。
5 工程实例
某县水厂规模为40000m3/d,采用2个池子,每池设计流量为20000m3/d,采用折板絮凝形式
,见图2,设计参数如下:
图2 竖流折板絮凝池
絮凝时间:14min;
流速:分三段,一段为0132m/s,二段为0123m/s,三段为011m/s。
排泥方式:穿孔管引出排泥管。
6 结束语
自1978年在江苏省六合县水厂建成国内第一座试验用竖流折板絮凝池以来,
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第2期刘强:竖流折板絮凝原理及其工艺设计
竖流折板絮凝池在我国得到广泛的应用,但作为一种较新型的絮凝工艺,有许多问题有待进一步研究,絮凝反应机理有待进一步探讨,设计方法及参数的选取有待进一步完善,使折板絮凝池的工艺设计做到更加合理、经济。
(上接第62页)
①将抽象的城市设计构想转变为具体的条件、要求和指标,如建筑高度、建筑风格、空间尺度与环境要求等;
②将控制条件、指标与具体要求落实到相应的建设地块上进行控制,以便作为土地招议标底条件和融入修建性详细规划,在建设中付诸实施;
③对城市设计构想的重要区段,应作意象性的形体规划,以引导修建性详细规划作细致的环境景观设计。
控制性详细规划是城市规划管理的依据,其文本为法律文件,因此城市设计成果应与详规同时完成。
除了其共用的平面规划图外,还应包括设计片区的环境景观规划图(含特色与保护规划图)。
其文本则主要是对设计的立意说明及实施指导。
4 结束语
城市设计已在各个阶段的城市规划中广泛应用,这对于提高我国的城市规划水平起着重要作用。
当前城市设计已成为规划界、建筑界的热点研究领域之一,但就其范围、构成等方面,国内仍有争论。
随着城市设计研究的深入,在我院规划、建筑、园林、环保等专业共同努力下,我院城市规划设计工作必然会上一个新台阶。
参 考 文 献
1 陈为邦1积极开展城市设计,精心塑造城市形象1城市规划,1998,(1)
2 邹德慈1有关城市设计的几个问题1北京规划建设,1998,(1)
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