穿孔旋流絮凝池是一種在若干格串聯的水室內，其進水及出水隔牆的左側或右側的上方或下方，各開有孔口(一般為方孔)，每室孔口位置的布置需使進水、出水相互錯開，使流入的水流形成旋流，從而達到水流同投入的混凝劑能進行絮凝反應過程的絮凝池。孔口的布置是關鍵。布置小當不能形成旋流，而產生短路，降低速度梯度。孔口應儘可能貼近側壁。
基本介紹
- 中文名：穿孔旋流絮凝池
- 外文名：Perforation vortex flocculation pool
- 學科：土木工程
- 領域：建築工程
- 作用：進行絮凝反應過程的絮凝池
- 組成：多個接近正方形的豎井組成
簡介,絮凝機理,絮凝反應的影響因素,絮凝劑的種類,絮凝劑的投加和控制,
簡介
穿孔旋流絮凝池是由多個接近正方形的豎井組成的，各個豎井之間由過水孔洞連線起來。過水孔洞是對角交錯布置的，由於水流通過過水孔洞時會產生射流的作用，水流會在豎井內沿池壁形成旋流。並且沿著水流流向的方向，過水孔洞的尺寸是依次增大的，這樣的目的是沿水流方向逐漸減小水流速度，實現水流強度在絮凝過程的前段較大而在絮凝過程後端較小，防止在前段形成較大的絮體顆粒在絮凝後端破碎。在實際工程中，通常在必要的情況下通過閘板或者活動的擋板來調解過水孔洞的尺寸。穿孔旋流絮凝池的設計參數如下：
1.絮凝時間為15-25min；
2.過水孔洞流速由大到小依次是：起始0.6-1.0m/s，末端0.2-0.3m/s；
3.每格豎井過水孔洞應作上、下對角交錯布置；
4.每組絮凝池豎井格數最少為6格。
絮凝機理
混凝在整個淨水流程中有著舉足輕重的地位，絮凝環節效果的好壞，對沉澱池、濾池等構築物的處理負荷和整個淨水過程後的出水水質影響明顯。凝聚是混凝劑水解後和膠體顆粒發生碰撞、使膠體顆粒的性質發生改變從而失去膠體顆粒穩定性的過程。絮凝是指失去穩定性的膠體顆粒藉助一定的外力產生凝聚的過程。但是在現實生活中一般所指的絮凝就是混凝。絮凝不僅能夠去除懸浮在水中的膠體顆粒和細小的懸浮凝聚物，並且能夠有效的去除水中的色度、有機污染物、無機污染物和鐵、錳形成的膠體絡合物。除此之外，絮凝還能夠去除水中的部分放射性物質、藻類以及浮游生物。工程實踐證明，如果選擇合理的絮凝工藝流程和絮凝池結構參數，能大幅度的提高淨水廠水處理後的出水水質，縮短絮凝反應時間，節約人力、物力、財力。所以正確的認識絮凝的作用機理和選取最優的絮凝池結構參數是淨水廠設計的關鍵步驟。
絮凝過程是藉助絮凝劑以及助凝劑使水中膠體顆粒的化學特性發生改變，特性改變後的膠粒相互之間產生碰撞，結合成體積較大的粒子在水中下沉。公認的絮凝機理有：雙電層壓縮、電性中和、吸附架橋以及卷掃作用。
絮凝反應的影響因素
絮凝反應效果和反應中出現的眾多條件都有關。最重要的包括水溫、pH值、所加入絮凝劑的特性以及絮凝劑的使用量、水中懸浮顆粒的濃度和絮凝池水力條件。
(1)水溫的影響
通常絮凝反應的最佳水溫在20-30℃之間。在水溫較低的情況下，膠體顆粒之間凝聚比較困難、雜質顆粒的布朗運動較弱、無機絮凝劑的水解非常困難。這種情況下通常通過加入高分子的助凝劑或者加大絮凝劑的使用量，使用較廣泛的助凝劑有活化矽酸，這種助凝劑在使用過程中能對膠體產生吸附架橋作用。而在水溫度過高的情況下，絮凝劑加入水中後的水解反應太快，以至於反應形成的絮體顆粒密度較小、結構鬆散、不易沉入絮凝池底部，所以絮凝效果也得不到保證。
(2)水的pH值的影響
絮凝劑不一樣，受PH值的影響程度也不一樣，原因是PH不同時水中水解過程也不相同。例如對Al2(S04)3而言，pH值在6.5-7.5之間時，主要是Al(OH)聚合物產生的吸附架橋以及輕基配合物產生的電性中和；pH值在4.5-5.5之間，主要用於處理水中的色度。而對絮凝劑三價鐵而言，pH值在6.0-8.4之間時，主要去除水中的濁度；pH值在3.5-5.0之間時，主要去除水中的色度。
(3)絮凝劑種類的影響
在選擇使用何種絮凝劑時要在水源水質特點的基礎上進行選擇。王曉敏等人通過絮凝劑的對比實驗得出結論;經過最佳化的聚合氯化鋁(PAC)比傳統絮凝劑的效果好，特別是在污水處理過程中。
(4)絮凝劑投加量的影響
通常情況下，絮凝劑使用的量多絮凝後出水的水質就越好，但是絮凝劑使用量過多會在絮凝過程中出現膠體保護現象使絮凝後出水水質變差，除此之外還會產生較多的污泥並且加大水處理整個過程的預算和成本。所以確定合理的絮凝劑使用量在淨水過程中是非常重要的。
(5)水中懸浮顆粒濃度的影響
觀察混凝動力學方程式看出，當懸浮物濃度較小時，懸浮物相互之間碰撞的機會較小，絮凝過程就達不到理想的效果。此時想要使低濁度水的處理效果變好，一般情況下可以採取以下措施：(1)在絮凝劑為鋁鹽或者鐵鹽的絮凝過程中，投加助凝劑，如高分子物質，活化矽酸或者是聚丙烯酞胺；(2)加入礦物質顆粒，增加顆粒彼此相互碰撞的速度並使其密度增加；(3)採用在原水中投加絮凝劑之後的直接過濾法。
(6)水力條件的影響
絮凝效果和絮凝池水力條件有關。絮凝池在設計中應該使水流的速度和渦旋速度梯度都由大到小，這樣才能保證絮凝池前面的階段充分反應生成較大的絮體顆粒而在絮凝池的後面階段不會發生絮體破碎的現象。
絮凝劑的種類
混凝劑大體上可以分為無機和有機兩種，其種類不少於200-300種。無機混凝劑中比較常見的是鋁系絮凝劑、鐵系絮凝劑和複合型高分子絮凝劑。
鋁系絮凝劑中比較常見的有硫酸鋁、聚合鋁，並且在我國套用較為廣泛的是硫酸鋁。硫酸鋁的優點是製取容易、運輸方便、成本較低。但是硫酸鋁在水溫度不高情況下發生水解反應比較困難，以至於產生的絮體結構不夠密實，反應效果不好。此外的鋁系絮凝劑還包括聚合氯化鋁和聚合硫酸鋁，這兩種絮凝劑的優點是套用範圍較廣、反應效果好，投加到水中之後能夠快速形成沉降性能好的大顆粒礬花，反應需要投加量少並且不易發生水渾濁的現象。
鐵系絮凝劑中的三氯化鐵混凝的原理和硫酸鋁的相似，在水中發生水解、聚合反應後形成氫氧化物沉澱。三氯化鐵的優點是製取簡單、使用方便，在多種PH下能順利反應，容易產生礬花;缺點是三氯化鐵有腐蝕性，處理後的水有一定的色度且三氯化鐵的固體產品不易保存。
複合型無機高分子絮凝劑主要含有鋁、鐵、矽成分，通過把兩種或者更多種類的絮凝劑成分一起混合進行絮凝作用。經過該絮凝劑處理後出水水質較好，並且成本相對較少，套用前景比較廣闊。
有機高分子絮凝劑通過高分子鏈之間產生吸附架橋進行反應，整個反應過程中形成絮體的尺寸大、容易下沉。相對於無機絮凝劑來講，整個反應過程中有機絮凝劑的投加量小、除去水中色度的效果好、反應迅速，可以避免水中其他因素的干擾。但是通常情況下把無機以及有機絮凝劑同時投加會使處理後出水水質更佳。人們對高分子有機絮凝劑關注最多的是其毒性的問題，陰離子型水解聚合物和聚丙烯酞胺的毒性主要在於單體丙烯酞胺。
絮凝劑的投加和控制
絮凝劑在使用過程中投加和控制不當會造成加入量過大或者過小、或經處理後出水水質標準不符合要求，所以合理的投加量和以及對投加量的實時監控是非常必要的。現階段，很多中小型水廠通過實驗室燒杯攪拌實驗並結合實際水廠的運行經驗，確定絮凝劑投加量。但是這種投加的方式不能在水量或者水質發生變化的情況下自動調節絮凝劑的投加量，更不能進行絮凝劑連續穩定的投加。同時，進行實驗室燒杯實驗是將實際絮凝過程進行了簡化，兩者的水力條件不同、水質和水量也會發生某些變化，所以通過實驗室燒杯實驗得出的投加量只能在一定條件下起到參考作用，不一定完全符合實際絮凝反應過程投加量的要求。由於單因子控制技術簡單方便，不需要建立複雜的數學模型，所以得到了非常迅速的發展和使用。
