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摘要：城镇用水及工业废水处理中，絮凝(混凝)过程是应用最普遍的关键环节之一。絮凝效果的好坏，直接决定着后续单元过程的运行工况、处理费用及最终出水水质。实践证明，设计时混凝工艺选定的合理，不仅可提高出水水质。还能达到节能节约降低运行费用的目的。这项技术适应广泛，不仅对低温低浊、汛期高浊水处理效果好，同时，对微污染原水具有较好的处理效果。可利用最小投资，取得最大效益，充分发挥现有供水设施的潜力，在短时间内缓解城市供水短缺状况，促进城市的经济发展。
关键词：祸旋混凝给水处理技术 絮凝机理工艺
在给水净化和废水物化处理的混凝、沉淀、过滤诸工艺中，混凝是其中的关键。天然水体中的分散相大部分由无机胶粒组成，如：黏土、金属氧化物、金属氢氧化物和金属碳酸盐，还有来自腐殖质的有机胶体物质以及有生命的微生物(藻类或细菌)。因此搞清絮凝动力致因是提高絮凝效率的关键，涡旋混凝给水处理技术是根据多相流动物系反应控制惯性效应理论，本文结合给水工程实践，探讨了给水处理中混合、絮凝反应、沉淀三大主要工艺。
一、絮凝的动力学过程
絮凝一般是指水中的胶体在加入混凝剂进行脱稳之后，相互接触碰撞，在吸引力作用下台井成长为大絮凝体的过程。研究絮凝的动力学过程，也就是研究絮凝过程中颗粒状态的变化，颗粒是怎样从粒径较细数量较多，逐步演变为粒径较大而数量较少的。
要使颗粒产生絮凝需要有两个基本前提，颗粒间的接触(即碰撞)以及接触后的聚集。两个保持一定距离作相对运动的颗粒，如无其他力的作用是无法接触的，因为它们之间将始终维持原来的间距。当然，颗粒的接触并不等于聚集，如果颗粒不具备彼此结合的能力，接触后的颗粒仍然处于分散状态，它取决于混凝剂的性质。总之使颗粒产生絮凝的首要条件是接触碰撞，而颗粒在水中的接触碰撞，主要有三种途径：(1)颗粒的布朗运动。(2)颗粒间的沉速差异，(3)流动水体的水力作用。
由布朗运动所造成的颗粒碰撞速率与水温成正比，与颗粒浓度平方成正比，而与颗粒尺度无关，实际上只有小颗粒才有布朗运动，随着颗粒粒径增大，布朗运动将逐渐减弱，当颗粒粒径大于lumN，布朗运动基本消失。对于一般絮凝池来说，絮体颗粒一般从微米级增至毫米级以上，因此由布朗运动产生的颗粒接触碰撞可忽略不计。至于因沉速差异而造成的颗粒接触碰撞，在沉淀地中有一定的作用，然而在反应池中，由于水流的强烈紊动，相对来说沉速差异的作用将是微小的。特别是在絮凝的初始阶段，颗粒细小，本身的沉速就不大，不同颗粒间的沉速差异也就更小，因此对于因沉速差异而产生的接触，在反应池中一般可以忽略不计，基于以上分析可以断定：流动水体的水力作用对加速颗粒絮凝起主导作用。
二、絮凝动力机理
絮凝效果的好坏取决于两个因素：(1)混凝剂水解后产生的高分子络合物形成吸附架桥的连接能力，这是由混凝剂的性质决定的。(2)微小颗粒碰撞几率和如何控制它们进行合理有效的碰撞，这是由设备的动力条件所决定的。
由于絮凝中的颗粒碰撞是与湍流中的微结构的动力作用密切相关，因此在絮凝动力学的研究中应从湍流微结构的尺度，即从亚微观尺度上进行研究。
在絮凝过程中，由于水力条件对絮凝体成长起决定性作用，因此可以将絮凝当作流体力学问题来进行研究。丹保在他的论文中以直流水槽为例进行了说明，水槽中水流沿垂直流向可分为三层：层流底层、过渡层和紊流层(惯性区)。在紊流层内只能产生尺度大而强度低的涡流，在层流低层内不可能存在涡旋运动，在这两层之间存在一速度梯度相当大、涡能量最大的层，这一层就是过流层，实际上层流低层和过渡层都是极簿的流层，因此絮凝效果的好坏决定于紊流区[4]。
三、“涡旋混凝给水处理技术”的工艺特点
1、处理效率高、占地面积小，经济效益显著。
由于混合迅速(3～30秒)，反应时间短(8～12分钟)，沉淀池上升流速高(205～3.5mm/s)，因此可大为缩短水在处理构筑物中的停留时间，大幅度提高处理效率，因而也就节省了构筑物的基建投资。工程实践证实：与传统工艺相比，采用新技术用于新建水厂，主体工藝构筑物可节省投资15—20％，并可大幅度减少主体构筑物占地面积。占地面积与平流沉淀池比较可节省70％，与斜管沉淀池比较可节省40％。
2、处理水质优，社会效益好，水质效益可观。
我国现行饮用水水质标准为浊度不超过3度，而发达国家标准是不超过1度。随着人民生活水平的提高，我国也将进一步提高生活用水标准。如果其标准提高到1度，那么大部分城市现有处理设备和工艺是难以达到的，只有通过大幅度投资扩建新水厂，才能解决水质和水量的矛盾。而采用此工艺可稳定保持出厂水浊度低于1度。由此可见，其潜在的水质效益是相当可观的。
3、抗冲击能力强，适用水质广泛。
实践证明，此项技术抗冲击的能力较强，当原水浊度，进水流量、投加药量发生一些变化时，沉淀池出水浊度不象传统工艺那样敏感。其原因是，这项工艺的沉淀池上升流速按3.5mm／s设计时尚有很大潜力。运行实践表明，这项工艺对低温低浊、汛期高浊以及微污染等特殊原水水质的处理均非常有效。
低温低浊水中固体颗粒少，颗粒尺度小，有机物含量相对高，比重小。从颗粒级配来看也相对均匀，加之低温时药剂吸附架桥能力下降，这些都给絮凝与沉降带来困难。新技术采用的絮翼片隔板凝设备，可大幅度增加颗粒碰撞几率，克服了固体颗粒少、难于相互碰撞的缺点，形成比较密实的矾花，在接触絮凝斜板上有效的沉淀下来。
对高浊水来说，颗粒碰撞已不成问题，但在这种情况下混凝剂的亚微观扩散阻力大幅度增加。传统方法很难使亚微观传质在混合设备中完成。也就是说，有一部分地方会出现过反应情况，而这些地方反应不足，致使絮凝效果恶化，以致于矾花沉降性能变坏;再加上斜管沉淀池本身结构导致排泥不畅的缺点，使得高浊水处理成为难题。新技术由于能在各种情况下迅速完成药剂的亚微观扩散，同时小间距斜板克服了普通斜管排泥不畅的缺点，故此对高浊水处理十分有效。
我国目前普遍采用强氧化剂预氧化或生物预处理措施去除徽污染。然而，无论何种预处理方法，都要通过反应使水中的有机物析出，使它们达到胶体颗粒尺度，最终通过絮凝、沉淀、过滤的方法与水中的其他颗粒一起去除。因此，高效能的絮凝与沉淀设备是去除微污染更有效的设备。实践证明，这项新技术在去除水中有机污染方面同样行之有效。
4、制水成本降低。
1)由于新技术采用先进的混合及反应设备，可节省投药量30％。
2)由于新技术沉后水浊度在3度以下，减轻了滤池负担，因此滤池反冲洗水可节省50％左右，并可延长滤料更换周期，
3)基建赞用的大幅度节省，可较大程度降低投资折旧率。
从以上三个方面来看，新技术的使用可使制水成本显著降低。
5、工期短、见效快。
此项技术用于新水厂的建设，从设计到安装调试只需2～3个月，可以在短时间内解决城市供水不足的状况。
随着我国城市建设的迅速发展，很多城市供水设施由于投资紧张，都严重滞后于城市的发展，造成很多城市缺水的局面。加之水质污染，水土流失等因素的影响，传统工艺暴露出难以克服的问题，而影响优质供水。而这项新技术可以有效解决传统工艺无法解决的问题。
总之，这项新技术具有处理效率高、水质好、投资省、制水成本低等特点。此技术的推广应用，可最大限度地挖掘利用现有水资源和供水设施的潜力，利用最小投资取得最大效益。我们愿与全国各城市水同竭诚合作，使这项技术得以更快地推广，造福于当地人民。`
关键词：祸旋混凝给水处理技术 絮凝机理工艺
在给水净化和废水物化处理的混凝、沉淀、过滤诸工艺中，混凝是其中的关键。天然水体中的分散相大部分由无机胶粒组成，如：黏土、金属氧化物、金属氢氧化物和金属碳酸盐，还有来自腐殖质的有机胶体物质以及有生命的微生物(藻类或细菌)。因此搞清絮凝动力致因是提高絮凝效率的关键，涡旋混凝给水处理技术是根据多相流动物系反应控制惯性效应理论，本文结合给水工程实践，探讨了给水处理中混合、絮凝反应、沉淀三大主要工艺。
一、絮凝的动力学过程
絮凝一般是指水中的胶体在加入混凝剂进行脱稳之后，相互接触碰撞，在吸引力作用下台井成长为大絮凝体的过程。研究絮凝的动力学过程，也就是研究絮凝过程中颗粒状态的变化，颗粒是怎样从粒径较细数量较多，逐步演变为粒径较大而数量较少的。
要使颗粒产生絮凝需要有两个基本前提，颗粒间的接触(即碰撞)以及接触后的聚集。两个保持一定距离作相对运动的颗粒，如无其他力的作用是无法接触的，因为它们之间将始终维持原来的间距。当然，颗粒的接触并不等于聚集，如果颗粒不具备彼此结合的能力，接触后的颗粒仍然处于分散状态，它取决于混凝剂的性质。总之使颗粒产生絮凝的首要条件是接触碰撞，而颗粒在水中的接触碰撞，主要有三种途径：(1)颗粒的布朗运动。(2)颗粒间的沉速差异，(3)流动水体的水力作用。
由布朗运动所造成的颗粒碰撞速率与水温成正比，与颗粒浓度平方成正比，而与颗粒尺度无关，实际上只有小颗粒才有布朗运动，随着颗粒粒径增大，布朗运动将逐渐减弱，当颗粒粒径大于lumN，布朗运动基本消失。对于一般絮凝池来说，絮体颗粒一般从微米级增至毫米级以上，因此由布朗运动产生的颗粒接触碰撞可忽略不计。至于因沉速差异而造成的颗粒接触碰撞，在沉淀地中有一定的作用，然而在反应池中，由于水流的强烈紊动，相对来说沉速差异的作用将是微小的。特别是在絮凝的初始阶段，颗粒细小，本身的沉速就不大，不同颗粒间的沉速差异也就更小，因此对于因沉速差异而产生的接触，在反应池中一般可以忽略不计，基于以上分析可以断定：流动水体的水力作用对加速颗粒絮凝起主导作用。
二、絮凝动力机理
絮凝效果的好坏取决于两个因素：(1)混凝剂水解后产生的高分子络合物形成吸附架桥的连接能力，这是由混凝剂的性质决定的。(2)微小颗粒碰撞几率和如何控制它们进行合理有效的碰撞，这是由设备的动力条件所决定的。
由于絮凝中的颗粒碰撞是与湍流中的微结构的动力作用密切相关，因此在絮凝动力学的研究中应从湍流微结构的尺度，即从亚微观尺度上进行研究。
在絮凝过程中，由于水力条件对絮凝体成长起决定性作用，因此可以将絮凝当作流体力学问题来进行研究。丹保在他的论文中以直流水槽为例进行了说明，水槽中水流沿垂直流向可分为三层：层流底层、过渡层和紊流层(惯性区)。在紊流层内只能产生尺度大而强度低的涡流，在层流低层内不可能存在涡旋运动，在这两层之间存在一速度梯度相当大、涡能量最大的层，这一层就是过流层，实际上层流低层和过渡层都是极簿的流层，因此絮凝效果的好坏决定于紊流区[4]。
三、“涡旋混凝给水处理技术”的工艺特点
1、处理效率高、占地面积小，经济效益显著。
由于混合迅速(3～30秒)，反应时间短(8～12分钟)，沉淀池上升流速高(205～3.5mm/s)，因此可大为缩短水在处理构筑物中的停留时间，大幅度提高处理效率，因而也就节省了构筑物的基建投资。工程实践证实：与传统工艺相比，采用新技术用于新建水厂，主体工藝构筑物可节省投资15—20％，并可大幅度减少主体构筑物占地面积。占地面积与平流沉淀池比较可节省70％，与斜管沉淀池比较可节省40％。
2、处理水质优，社会效益好，水质效益可观。
我国现行饮用水水质标准为浊度不超过3度，而发达国家标准是不超过1度。随着人民生活水平的提高，我国也将进一步提高生活用水标准。如果其标准提高到1度，那么大部分城市现有处理设备和工艺是难以达到的，只有通过大幅度投资扩建新水厂，才能解决水质和水量的矛盾。而采用此工艺可稳定保持出厂水浊度低于1度。由此可见，其潜在的水质效益是相当可观的。
3、抗冲击能力强，适用水质广泛。
实践证明，此项技术抗冲击的能力较强，当原水浊度，进水流量、投加药量发生一些变化时，沉淀池出水浊度不象传统工艺那样敏感。其原因是，这项工艺的沉淀池上升流速按3.5mm／s设计时尚有很大潜力。运行实践表明，这项工艺对低温低浊、汛期高浊以及微污染等特殊原水水质的处理均非常有效。
低温低浊水中固体颗粒少，颗粒尺度小，有机物含量相对高，比重小。从颗粒级配来看也相对均匀，加之低温时药剂吸附架桥能力下降，这些都给絮凝与沉降带来困难。新技术采用的絮翼片隔板凝设备，可大幅度增加颗粒碰撞几率，克服了固体颗粒少、难于相互碰撞的缺点，形成比较密实的矾花，在接触絮凝斜板上有效的沉淀下来。
对高浊水来说，颗粒碰撞已不成问题，但在这种情况下混凝剂的亚微观扩散阻力大幅度增加。传统方法很难使亚微观传质在混合设备中完成。也就是说，有一部分地方会出现过反应情况，而这些地方反应不足，致使絮凝效果恶化，以致于矾花沉降性能变坏;再加上斜管沉淀池本身结构导致排泥不畅的缺点，使得高浊水处理成为难题。新技术由于能在各种情况下迅速完成药剂的亚微观扩散，同时小间距斜板克服了普通斜管排泥不畅的缺点，故此对高浊水处理十分有效。
我国目前普遍采用强氧化剂预氧化或生物预处理措施去除徽污染。然而，无论何种预处理方法，都要通过反应使水中的有机物析出，使它们达到胶体颗粒尺度，最终通过絮凝、沉淀、过滤的方法与水中的其他颗粒一起去除。因此，高效能的絮凝与沉淀设备是去除微污染更有效的设备。实践证明，这项新技术在去除水中有机污染方面同样行之有效。
4、制水成本降低。
1)由于新技术采用先进的混合及反应设备，可节省投药量30％。
2)由于新技术沉后水浊度在3度以下，减轻了滤池负担，因此滤池反冲洗水可节省50％左右，并可延长滤料更换周期，
3)基建赞用的大幅度节省，可较大程度降低投资折旧率。
从以上三个方面来看，新技术的使用可使制水成本显著降低。
5、工期短、见效快。
此项技术用于新水厂的建设，从设计到安装调试只需2～3个月，可以在短时间内解决城市供水不足的状况。
随着我国城市建设的迅速发展，很多城市供水设施由于投资紧张，都严重滞后于城市的发展，造成很多城市缺水的局面。加之水质污染，水土流失等因素的影响，传统工艺暴露出难以克服的问题，而影响优质供水。而这项新技术可以有效解决传统工艺无法解决的问题。
总之，这项新技术具有处理效率高、水质好、投资省、制水成本低等特点。此技术的推广应用，可最大限度地挖掘利用现有水资源和供水设施的潜力，利用最小投资取得最大效益。我们愿与全国各城市水同竭诚合作，使这项技术得以更快地推广，造福于当地人民。`