折板絮凝池是指套用交替反相的折板組合，並以角點相對應或寬窄相對峙設定，形成寬度相同水流曲折或寬度不同水流曲折的水道組成的絮凝池。適用於垂直或水平水流作為完成絮凝過程的水力構築物。按照水流方向可將折板絮凝池分為豎流式和平流式。根據折板布置方式不同又分為同波折板和異波折板兩種形式。按水流通過折板間隙數，又分為單通道和多通道。
基本介紹
- 中文名：折板絮凝池
- 外文名：folded-plate flocculating tank
- 按水流方向：分為豎流式和平流式
- 按折板布置：分為同波折板和異波折板
- 學科：土木工程
- 領域：水資源
簡介,折板絮凝池的發展,折板絮凝機理,存在的問題,研究展望,
簡介
在自來水廠的水質淨化過程中，絮凝反應是一個十分重要的環節，它的完善程度直接影響沉澱和過濾的效果。絮凝反應設備主要有水力攪拌式和機械攪拌式兩大類。折板絮凝池是水力攪拌式高效絮凝裝置的一種，能較好適應原水濁度變化和低溫低濁的條件。
折板絮凝池指的是水流以一定流速在折板之間通過而完成絮凝過程的構築物。按照水流方向可將折板絮凝池分為豎流式和平流式。根據折板布置方式不同又分為同波折板和異波折板兩種形式。按水流通過折板間隙數，又分為單通道和多通道。設計折板絮凝池時，宜符合下列要求：
1 .絮凝時間為 12～20min 。
2 .絮凝過程中的速度應逐段降低，分段數不宜少於三段，各段的流速可分別為：
第一段： 0.25～0.35 m/s ；
第二段： 0.15～0.25 m/s ；
第三段： 0.10～0.15 m/s 。
2 .絮凝過程中的速度應逐段降低，分段數不宜少於三段，各段的流速可分別為：
第一段： 0.25～0.35 m/s ；
第二段： 0.15～0.25 m/s ；
第三段： 0.10～0.15 m/s 。
3.折板夾角採用 90°～120°。
4 .第三段宜採用直板。
4 .第三段宜採用直板。
折板絮凝池的發展
折板絮凝池是近20年來在隔板絮凝池基礎上發展起來的。20世紀70年代初期，國內外高效絮凝技術及裝置的試驗研究發展較快。到70年代中期，華東地區開始大量推廣人字折板豎流絮凝裝置。1978年，江蘇省六合縣水廠建成了國內第一座折板絮凝池(設計規模5000m3/d)。1981年，鎮江市金山水廠將2座規模為1.25萬m3/d脈衝澄清池改造為2. 5萬m3/d的豎流折板絮凝—余管沉澱池，開始將折板絮凝工藝套用於中型水廠。1982年北京進行豎流波形(紋)板高效絮凝器試驗，反應時間4.8min，效果尚佳。1983年，國家城建總局鑑定的高效能混合絮凝研究課題，也將折板絮凝工藝列為高效絮凝工藝的一種形式。1988年，作為大型水廠的南京市上元門水廠將2#沉澱池原隔板絮凝工藝，改造為豎流折板絮凝工藝，設計規模6萬m3/d，運行效果良好，為當時國內單池設計規模最大的豎流折板絮凝池，提高了供水水質，增加了單池產水量。豎流折板絮凝工藝已成為國內給水廠常用的絮凝工藝形式。其優點是水流在同波折板之間曲折流動或在異波折板之間連續不斷地縮放流動形成眾多的小渦漩，從而提高了原水中顆粒碰撞絮凝的效果。
折板絮凝機理
折板絮凝池的構造是在池內放置一定數量的平行折板或波紋板。主要運用折板的縮放或轉彎造成的邊界層分離而產生的附壁紊流耗能方式，在絮凝池內沿程保持橫向均勻，縱向分散地輸入微量而足夠的能量，有效地提高輸入能量利用率和混凝設備容積利用率，增加液流相對運動，以縮短絮凝時間，提高絮凝體沉降性能。
絮凝的數學描述一般分為兩個獨立的過程：遷移和粘附。遷移過程產生顆粒的碰撞。遷移是由水中顆粒的速度差異引起。在折板絮凝池中，速度差異認為是以下3種因素造成：(1)顆粒的布朗運動(異向絮凝中起主要作用；(2)紊流渦旋(同向絮凝)；(3)顆粒間沉降速度的差異(差速絮凝)。粘附作用取決於和顆粒物本身表面性質有關的瞬時作用力。
折板單元本身的水力特性對絮體顆粒碰撞的影響主要表現在：折板單元的造渦作用和連續均勻的單元設定改善了紊動能耗的分布，從而提高了絮凝方式的數值，因此提高了絮凝效果。水流通過折板單元，在漸擴段與漸縮段的作用下，可以形成對稱渦旋及單側渦旋。波峰處水流邊界層的分離是產生渦旋的動因。根據渦旋的擴散性，會進一步分解為小尺度的渦旋，直到與水流微團相關的雷諾數低到不能再產生更小的渦旋為止。同時，大尺度的渦旋從主流吸取動能，在運動過程中傳遞給較小尺度的渦旋，這樣逐級傳遞，一直到微尺度的渦旋。在較大尺度的渦運動中，流體粘性幾乎不起作用，可忽略不計，因而在動能傳遞中幾乎沒有能耗;而在微尺度的渦旋運動中，流體粘性將起主要作用，傳送到這些最低級渦旋的能量就會通過粘性作用轉化為熱能。水流中同時存在無數大大小小的渦旋，產生一系列的脈動頻率，具有連續的頻譜。
眾多的水處理工作者均認為：只有具有與顆粒尺寸相同數量級的渦旋才對碰撞有效，其它的不起作用。由於實際的絮體顆粒尺寸變化幅度是1-1000um，因此，有很大一段的渦旋起作用，不能嚴格劃分大小渦旋的界限。紊動的擴散作用主要取決於大尺度的紊動。大渦旋的尺度可以認為與折板單元的尺度數量級相同。折板單元連續的縮放，使水流形成大量不同尺度的渦旋，促進了水流內部絮體顆粒間的相對運動，增加了碰撞機會，所以相對於隔板絮凝池，絮凝效果大大提高。
存在的問題
(1)對絮凝水力條件的改善重視程度不夠。
改革開放以來，全國大部分地表水源受污染，水體中藻類等有機物含量明顯增多，常規混凝處理效果並不理想。絮凝強化時，對因池體自身結構缺陷等因素造成的混凝動力不足、水力條件不當等問題往往不夠重視。
(2)折板絮凝池參數的選取缺少必要的科學依據。
當前折板絮凝池設計普遍存在的現象是：在設計手冊規定範圍內，設計參數的選取範圍過大。對摺板絮凝池參數的精確選取缺少必要的、科學的、合理的依據。
(3)設計值或計算值往往與實際差異較大。
折板絮凝池的設計主要控制參數是水流速度、水頭損失和絮凝時間，但建成後往往發現實際運行參數與設計值相差甚遠。以水頭損失的計算為例，設計手冊中，其計算採用的是明渠漸擴和漸縮公式，有人通過研究發現，豎流折板絮凝池水頭損失實測值與設計計算值相差較大，實測值明顯小於設計計算值。
(4)運行中缺少科學的絮凝量化評價標準。
絮凝效果的好壞主要依據形成的礬花情況。實際生產中，絮凝的效果大都依據後續的沉澱出水濁度進行評價，但這已不是絮凝階段結果的直接反映，沉澱出水濁度還與沉澱效果有很大關係。另一方面，即使對絮凝效果進行直接評價，評價大多也只是停留在對礬花大小和密實與否的感官描述上，缺少可操作的量化評價標準，這與當前還比較缺乏相對合理的絮凝評價標準有關。
研究展望
開發新型、高效、安全的絮凝劑，深入研究絮凝基礎理論及其控制技術，現已成為一門迅速發展的科學與技術。絮凝過程是一個複雜的動態過程，儘管要精確地表達某一水質、絮凝劑和水流流態特性因素對絮凝效果的影響還存在很大的困難，但隨著多學科技術集成度的提高以及實際套用的需要，預計折板絮凝研究將在如下方面有所發展：
(1)加強絮凝動力學，特別是水流狀態對絮凝沉澱效果的影響方面的深入研究。運用PIV技術研究折板絮凝池內部流場將是一個較好的實驗測試方法。該技術突破了空間單點測量技術的局限性，可在同一時刻記錄下整個測量平面的有關信息，從而可以獲得流動的瞬時平面速度場、脈動速度場、渦量場和雷諾應力分布等，因此非常適於研究渦流、湍流等複雜的流動結構。河海大學已運用PIV進行了往復隔板絮凝池內部流場的研究，海軍工程大學進行了靜態混合器的PIV實驗研究。另外可利用近年不斷出現的CFD(Com-putational Fluid Dynamics)商業軟體，如FLUENT,ANSYS,CFX等模擬分析流場流動，特別是FLUENT軟體推出的多種最佳化的物理模型如定常和非定常流動、層流、紊流、不可壓縮和可壓縮流動、傳熱、化學反應等等，可達到縮短設計過程，減少實驗室測定試驗的數目，減少產品開發成本的目的。
(2)加強絮凝控制設備研製及絮凝效果評價參數的制定。開發研製新型可定量、實時測定絮凝過程水流動力學參數和礬花多形態參數(如大小、密實度、沉降速率等)，並參與水廠運行控制的設備儀器；利用所開發的新型設備儀器，評估判斷特性水體絮凝效果，研究制定新型實用的微觀與巨觀相結合的絮凝效果綜合評估參數。
