折板絮凝池

土木工程术语

折板絮凝池是指应用交替反相的折板组合，并以角点相对应或宽窄相对峙设置，形成宽度相同水流曲折或宽度不同水流曲折的水道组成的絮凝池。适用于垂直或水平水流作为完成絮凝过程的水力构筑物。按照水流方向可将折板絮凝池分为竖流式和平流式。根据折板布置方式不同又分为同波折板和异波折板两种形式。按水流通过折板间隙数，又分为单通道和多通道。

简介

在自来水厂的水质净化过程中，絮凝反应是一个十分重要的环节，它的完善程度直接影响沉淀和过滤的效果。絮凝反应设备主要有水力搅拌式和机械搅拌式两大类。折板絮凝池是水力搅拌式高效絮凝装置的一种，能较好适应原水浊度变化和低温低浊的条件。

折板絮凝池指的是水流以一定流速在折板之间通过而完成絮凝过程的构筑物。按照水流方向可将折板絮凝池分为竖流式和平流式。根据折板布置方式不同又分为同波折板和异波折板两种形式。按水流通过折板间隙数，又分为单通道和多通道。设计折板絮凝池时，宜符合下列要求：

1 .絮凝时间为 12～20min 。

2 .絮凝过程中的速度应逐段降低，分段数不宜少于三段，各段的流速可分别为：

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.折板夹角采用 90°～120°。

4 .第三段宜采用直板。

折板絮凝池的发展

折板絮凝池是近20年来在隔板絮凝池基础上发展起来的。20世纪70年代初期，国内外高效絮凝技术及装置的试验研究发展较快。到70年代中期，华东地区开始大量推广人字折板竖流絮凝装置。1978年，江苏省六合县水厂建成了国内第一座折板絮凝池(设计规模5000m3/d)。1981年，镇江市金山水厂将2座规模为1.25万m3/d脉冲澄清池改造为2. 5万m3/d的竖流折板絮凝—余管沉淀池，开始将折板絮凝工艺应用于中型水厂。1982年北京进行竖流波形(纹)板高效絮凝器试验，反应时间4.8min，效果尚佳。1983年，国家城建总局鉴定的高效能混合絮凝研究课题，也将折板絮凝工艺列为高效絮凝工艺的一种形式。1988年，作为大型水厂的南京市上元门水厂将2#沉淀池原隔板絮凝工艺，改造为竖流折板絮凝工艺，设计规模6万m3/d，运行效果良好，为当时国内单池设计规模最大的竖流折板絮凝池，提高了供水水质，增加了单池产水量。竖流折板絮凝工艺已成为国内给水厂常用的絮凝工艺形式。其优点是水流在同波折板之间曲折流动或在异波折板之间连续不断地缩放流动形成众多的小涡漩，从而提高了原水中颗粒碰撞絮凝的效果。

折板絮凝机理

折板絮凝池的构造是在池内放置一定数量的平行折板或波纹板。主要运用折板的缩放或转弯造成的边界层分离而产生的附壁紊流耗能方式，在絮凝池内沿程保持横向均匀，纵向分散地输入微量而足够的能量，有效地提高输入能量利用率和混凝设备容积利用率，增加液流相对运动，以缩短絮凝时间，提高絮凝体沉降性能。

絮凝的数学描述一般分为两个独立的过程：迁移和粘附。迁移过程产生颗粒的碰撞。迁移是由水中颗粒的速度差异引起。在折板絮凝池中，速度差异认为是以下3种因素造成：(1)颗粒的布朗运动(异向絮凝中起主要作用；(2)紊流涡旋(同向絮凝)；(3)颗粒间沉降速度的差异(差速絮凝)。粘附作用取决于和颗粒物本身表面性质有关的瞬时作用力。

折板单元本身的水力特性对絮体颗粒碰撞的影响主要表现在：折板单元的造涡作用和连续均匀的单元设置改善了紊动能耗的分布，从而提高了絮凝方式的数值，因此提高了絮凝效果。水流通过折板单元，在渐扩段与渐缩段的作用下，可以形成对称涡旋及单侧涡旋。波峰处水流边界层的分离是产生涡旋的动因。根据涡旋的扩散性，会进一步分解为小尺度的涡旋，直到与水流微团相关的雷诺数低到不能再产生更小的涡旋为止。同时，大尺度的涡旋从主流吸取动能，在运动过程中传递给较小尺度的涡旋，这样逐级传递，一直到微尺度的涡旋。在较大尺度的涡运动中，流体粘性几乎不起作用，可忽略不计，因而在动能传递中几乎没有能耗;而在微尺度的涡旋运动中，流体粘性将起主要作用，传送到这些最低级涡旋的能量就会通过粘性作用转化为热能。水流中同时存在无数大大小小的涡旋，产生一系列的脉动频率，具有连续的频谱。

众多的水处理工作者均认为：只有具有与颗粒尺寸相同数量级的涡旋才对碰撞有效，其它的不起作用。由于实际的絮体颗粒尺寸变化幅度是1-1000um，因此，有很大一段的涡旋起作用，不能严格划分大小涡旋的界限。紊动的扩散作用主要取决于大尺度的紊动。大涡旋的尺度可以认为与折板单元的尺度数量级相同。折板单元连续的缩放，使水流形成大量不同尺度的涡旋，促进了水流内部絮体颗粒间的相对运动，增加了碰撞机会，所以相对于隔板絮凝池，絮凝效果大大提高。

存在的问题

(1)对絮凝水力条件的改善重视程度不够。

改革开放以来，全国大部分地表水源受污染，水体中藻类等有机物含量明显增多，常规混凝处理效果并不理想。絮凝强化时，对因池体自身结构缺陷等因素造成的混凝动力不足、水力条件不当等问题往往不够重视。

(2)折板絮凝池参数的选取缺少必要的科学依据。

当前折板絮凝池设计普遍存在的现象是：在设计手册规定范围内，设计参数的选取范围过大。对折板絮凝池参数的精确选取缺少必要的、科学的、合理的依据。

(3)设计值或计算值往往与实际差异较大。

折板絮凝池的设计主要控制参数是水流速度、水头损失和絮凝时间，但建成后往往发现实际运行参数与设计值相差甚远。以水头损失的计算为例，设计手册中，其计算采用的是明渠渐扩和渐缩公式，有人通过研究发现，竖流折板絮凝池水头损失实测值与设计计算值相差较大，实测值明显小于设计计算值。

(4)运行中缺少科学的絮凝量化评价标准。

絮凝效果的好坏主要依据形成的矾花情况。实际生产中，絮凝的效果大都依据后续的沉淀出水浊度进行评价，但这已不是絮凝阶段结果的直接反映，沉淀出水浊度还与沉淀效果有很大关系。另一方面，即使对絮凝效果进行直接评价，评价大多也只是停留在对矾花大小和密实与否的感官描述上，缺少可操作的量化评价标准，这与当前还比较缺乏相对合理的絮凝评价标准有关。

研究展望

开发新型、高效、安全的絮凝剂，深入研究絮凝基础理论及其控制技术，现已成为一门迅速发展的科学与技术。絮凝过程是一个复杂的动态过程，尽管要精确地表达某一水质、絮凝剂和水流流态特性因素对絮凝效果的影响还存在很大的困难，但随着多学科技术集成度的提高以及实际应用的需要，预计折板絮凝研究将在如下方面有所发展：

(1)加强絮凝动力学，特别是水流状态对絮凝沉淀效果的影响方面的深入研究。运用PIV技术研究折板絮凝池内部流场将是一个较好的实验测试方法。该技术突破了空间单点测量技术的局限性，可在同一时刻记录下整个测量平面的有关信息，从而可以获得流动的瞬时平面速度场、脉动速度场、涡量场和雷诺应力分布等，因此非常适于研究涡流、湍流等复杂的流动结构。河海大学已运用PIV进行了往复隔板絮凝池内部流场的研究，海军工程大学进行了静态混合器的PIV实验研究。另外可利用近年不断出现的CFD(Com-putational Fluid Dynamics)商业软件，如FLUENT,ANSYS,CFX等模拟分析流场流动，特别是FLUENT软件推出的多种优化的物理模型如定常和非定常流动、层流、紊流、不可压缩和可压缩流动、传热、化学反应等等，可达到缩短设计过程，减少实验室测定试验的数目，减少产品开发成本的目的。

(2)加强絮凝控制设备研制及絮凝效果评价参数的制定。开发研制新型可定量、实时测定絮凝过程水流动力学参数和矾花多形态参数(如大小、密实度、沉降速率等)，并参与水厂运行控制的设备仪器；利用所开发的新型设备仪器，评估判断特性水体絮凝效果，研究制定新型实用的微观与宏观相结合的絮凝效果综合评估参数。

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