豎流折板絮凝工藝的設(shè)計(jì)與運(yùn)行

1、豎流折板絮凝工藝的設(shè)計(jì)與運(yùn)行    摘要：豎流折板絮凝工藝是國內(nèi)80年代初開始廣泛應(yīng)用的新型高效絮凝工藝，其基本原理是：運(yùn)用折板縮放或轉(zhuǎn)彎造成的邊界層分離現(xiàn)象所產(chǎn)生的附壁紊流耗能方式，利用擾流機(jī)構(gòu)形成的水力噴射、微渦旋紊動(dòng)、角隅渦流綜合效應(yīng)和豎向流形成的絮粒網(wǎng)捕作用，在絮凝池內(nèi)沿程保持橫向均勻、縱向分散地輸入微量而足夠的能量，有效提高輸入能量的利用率、絮凝效率和混凝沉淀設(shè)備的容積利用率，增加液流相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以縮短絮凝時(shí)間，提高絮凝體沉降性能。1988年，南京市自來水公司上元門水廠2#沉淀池原平流隔板絮凝工藝改造為豎流折板絮凝-斜管沉淀工藝，設(shè)計(jì)規(guī)模6

2、15;10m3/d，為當(dāng)時(shí)國內(nèi)單池設(shè)計(jì)規(guī)模最大的豎流折板絮凝池，運(yùn)行效果良好。 關(guān)鍵詞：豎流折板 絮凝工藝 絮凝時(shí)間  由于豎流折板絮凝工藝在國內(nèi)應(yīng)用僅20年，設(shè)計(jì)與運(yùn)行中有諸多問題有待進(jìn)一步研究，筆者就其若干主要問題進(jìn)行探討。 1 單池設(shè)計(jì)流量與折板間距由于折板絮凝工藝屬邊壁附壁紊流耗能方式，折板壁板的邊界效應(yīng)對(duì)絮凝效果影響很大。當(dāng)折板間距增大至一定距離時(shí)(筆者認(rèn)為此距離約為0.8 m)，壁板邊界效應(yīng)將大為減弱甚至到可忽略程度，影響了絮凝效果，故折板間距不宜過大，因而折板絮凝池單池設(shè)計(jì)流量也不可過大，反之，間距過

3、小會(huì)造成清洗絮凝池不便，故大型絮凝池的設(shè)計(jì)應(yīng)合理確定單池流量和布置流程。上元門水廠2#沉淀池采取大型水廠小型化措施，將池內(nèi)流量在絮凝池前兩段分為3個(gè)單元，后4段分為6個(gè)單元，增強(qiáng)了水流中附壁絮流作用。為提高折板絮凝池對(duì)運(yùn)行流量變化的適應(yīng)性，3個(gè)單元各設(shè)一根DN 500 mm進(jìn)水管和閘閥以便調(diào)節(jié)水量。2 絮凝時(shí)間絮凝時(shí)間是絮凝池最重要的設(shè)計(jì)參數(shù)之一。最早建成的六合縣水廠折板絮凝池絮凝時(shí)間為6min，鎮(zhèn)江市金山水廠和湖北漢陽縣水廠折板絮凝池絮凝時(shí)間分別為10min和7.7min，上元門水廠2#絮凝池絮凝時(shí)間10.6min?，F(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范和設(shè)計(jì)手冊(cè)規(guī)定為615min。為確

4、保工藝效果，提高折板絮凝池的適應(yīng)能力并留有余地，折板絮凝工藝絮凝時(shí)間不宜少于10min。有些地方折板絮凝池因絮凝時(shí)間過短，出現(xiàn)絮凝效果欠佳或適應(yīng)性差、藥耗過大現(xiàn)象。3 折板絮凝的組合方式折板絮凝的組合方式分為同步折板和異步折板兩類。異步折板水流速度和方向轉(zhuǎn)變頻繁，射流作用和液流左右振蕩強(qiáng)烈，顆粒碰撞劇烈；同步折板水流運(yùn)動(dòng)狀況變化程度較異步折板弱。為使輸入能量與絮凝體成長過程相適應(yīng)，折板絮凝的組合方式為：絮凝區(qū)前段采用異步折板，中段采用同步折板，后段為平板。上元門水廠2#絮凝池前兩段為異步折板，后4段中的12個(gè)流道為同步折板，最后1個(gè)流道為平板。4 GT值和流速的選取豎流折板

5、絮凝工藝各段流速和時(shí)間的選取是決定絮凝效果的關(guān)鍵。G值和流速的遞減必須與折板絮凝工藝流程中絮凝體由小到大的形成過程相適應(yīng)，以提高絮凝效果。G值的遞減不宜少于5段，每段流道數(shù)為34道，以防流速突變打碎已形成的絮凝體。異步折板段設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意后段波峰流速要小于前段波谷流速，起始流速宜為0.4 m/s左右，以增加顆粒碰撞幾率，降低藥耗；末端流速宜<0.07m/s，以保護(hù)已形成的大粒度絮凝體，同時(shí)降低Re數(shù)，便于絮凝區(qū)的紊流狀態(tài)向沉淀區(qū)的層流狀態(tài)過渡，保證沉淀效果。六合、漢陽縣水廠及現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范各段流速與時(shí)間取值見表1，上元門水廠2#絮凝池設(shè)計(jì)參數(shù)見表2。實(shí)踐表明：上元門水廠折板絮凝池

6、GT值基本合理，已為南京地區(qū)許多改、擴(kuò)建工程采用，并列入南京市自來水公司技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。表1六合、漢陽縣水廠絮凝池設(shè)計(jì)參數(shù)段序六合縣水廠漢陽縣水廠現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范12345123123折板類型同步異步同步平板異步同步平板波峰流速（m/s）         波谷流速（m/s）         流速（m/s）  時(shí)間（s）686011010543119116119120120120表2 上元門水廠2#

7、絮凝池設(shè)計(jì)參數(shù)段序123456G(S-1)204613223T(s)5276105110128171波峰流速（m/s）    波谷流速（m/s）    流速（m/s）  5 折板設(shè)計(jì)參數(shù)折板的夾角有90°和120°兩種。折板夾角過大會(huì)減少波折數(shù)，影響紊流強(qiáng)度；夾角過小則不易滑泥。實(shí)踐證明：折板夾角為120°運(yùn)行效果較好。在有效水深一定的情況下，折板的波折數(shù)取決于折板夾角和折板寬度，并影響液流的紊流強(qiáng)度。折板寬度小則波折數(shù)多，液流紊流強(qiáng)度大，折板塊數(shù)也增多。

8、折板寬度應(yīng)隨著絮凝體成長情況而沿程遞減，宜采用30、40、50 cm三種寬度。折板長度與流程布置有關(guān)，但過大會(huì)增加結(jié)構(gòu)厚度。折板的材質(zhì)有鋼絲網(wǎng)水泥板、鋁板和輕質(zhì)填料3類，一般宜采用鋁板。折板的安裝有嵌入池壁預(yù)留的凹槽和裝入固定在池壁上的角鋼槽兩種，后者耐久性較差。6 阻力系數(shù)的選取目前國內(nèi)已投產(chǎn)的豎流折板絮凝池存在的一個(gè)突出問題是水頭損失的設(shè)計(jì)計(jì)算值與實(shí)測值相差較大，實(shí)測值<設(shè)計(jì)計(jì)算值，以致絮凝池設(shè)計(jì)水位與實(shí)際不符，弦高過大，上端轉(zhuǎn)折處流速改變，甚至影響絮凝效果。究其原因是阻力系數(shù)值選值不當(dāng)，部分國內(nèi)水廠水頭損失實(shí)測情況見表3。實(shí)踐證明，折板絮凝工藝阻力系數(shù)值宜?。和?/p>

9、步折板0.3，異步折板漸縮0.05、漸放0.2、上轉(zhuǎn)彎1.8、下轉(zhuǎn)彎3。表3部分水廠折板絮凝池水頭損失值 Pa廠名水頭損失設(shè)計(jì)值水頭損失實(shí)測值鎮(zhèn)江金山水廠31362458鎮(zhèn)江江邊水廠21951225南京上元門水廠372431367 排泥絮凝池通常不設(shè)排泥設(shè)施，但因豎流折板絮凝工藝各段尤其是末端流速較低，且為上、下翻騰，造成絮凝區(qū)池底易積泥，故應(yīng)考慮排泥設(shè)施，一般采用穿孔管排泥，排泥周期可為72 h。8 過渡區(qū)的設(shè)置在絮凝區(qū)與沉淀區(qū)之間設(shè)置過渡區(qū)的作用在于：從絮凝區(qū)向沉淀區(qū)均勻布水；降低Re數(shù)，使絮凝區(qū)所要求的紊流過渡到沉淀區(qū)所要求的層流。若合理布置流程即

10、絮凝區(qū)流程，形成絮凝區(qū)向沉淀區(qū)的多點(diǎn)布水，同時(shí)降低末端流速，則可不設(shè)過渡區(qū)以節(jié)省混凝沉淀設(shè)備容積，這尤其適用于老水廠挖潛改造工程。上元門水廠2#沉淀池未專設(shè)過渡區(qū)，首先將反應(yīng)區(qū)后四段分為6個(gè)單元，沿池長方向平行排列，在絮凝區(qū)進(jìn)入沉淀區(qū)處形成六點(diǎn)均勻布水，布水均勻性良好，均勻性優(yōu)于通常設(shè)置的穿孔墻、整流堰等過渡區(qū)形式；同時(shí)降低絮凝區(qū)末端流速，最后一段流速為0.07 m/s，Re數(shù)已很小，完全滿足流態(tài)過渡的需要。9 運(yùn)行情況1989年至1990年測試情況見表4，1995年測試情況見表5。表4上元門水廠2#沉淀池運(yùn)行測試情況(19891990年)測定日期原水濁度(NTU)FeCl

11、3單耗(mg/L)聚合硫酸鐵單耗(mg/L)運(yùn)行水量(104m3/d)沉淀池出水濁度(NTU)絮凝時(shí)間(min)1987-07-24920 1989-08-15580 1989-07-05600 1989-09-09420 1989-10-31345 1989-10-14310 1990-06-02205 1990-07-10870 注1 運(yùn)行流量采用進(jìn)水室內(nèi)矩形薄壁計(jì)量堰測得2 根據(jù)南京市自來水公司規(guī)定，聚合硫酸鐵單耗按單位重量價(jià)格比(FeCl3與聚合硫酸鐵之比為1:5.62)折合為FeCl3單耗。表5上元門水廠2#沉淀池運(yùn)行測試情況(1995年)原水濁度(NTU)292原水堿度(mg/L)90運(yùn)行流量(104m3/d)沉淀區(qū)上升流速(mm/s)反應(yīng)區(qū)各段取樣靜置5min 后剩余濁度(NTU)段序23456數(shù)值13621621161221081228210282102反應(yīng)區(qū)各段礬花狀況未形成形成碎小較密實(shí)密實(shí)混凝劑品種聚合硫酸鐵折合FeCl3單耗(mg/L)92沉淀池排泥水濃度(mg/L)序號(hào)123起始450001850015000結(jié)束8104