目前，國(guó)內(nèi)各水廠在處理低溫低濁水時(shí)，通常采用合適的混凝劑和助凝劑或者預(yù)氧化技術(shù)，此方法經(jīng)濟(jì)且易實(shí)施，但降濁效果有限，還會(huì)帶來(lái)用水安全問(wèn)題；有部分水廠采用泥渣回流技術(shù)，該技術(shù)經(jīng)濟(jì)效應(yīng)較好，但存在著廢水對(duì)于回流的影響，會(huì)造成整體水質(zhì)問(wèn)題；也有部分水廠采用提高混凝強(qiáng)度的方法，該措施相對(duì)不會(huì)產(chǎn)生水質(zhì)安全問(wèn)題。有研究指出折板絮凝與隔板絮凝相比，水流條件大大改善，在總的水流能量消耗中，有效耗能比例提高，可以提高絮凝池混凝強(qiáng)度。
小小折板讓絮凝池?zé)ㄈ灰恍?/strong>
某水廠一期工程總規(guī)模25萬(wàn)m3/d，共4座絮凝池（1#-4#絮凝池），每座設(shè)計(jì)規(guī)模6.5萬(wàn)m3/d，凈水工藝采用管道混合-回轉(zhuǎn)式隔板絮凝池-平流沉淀池-普通快濾池，運(yùn)行至今已有三十年。水源為水庫(kù)水，絮凝劑采用固體聚合氯化鋁鐵，消毒劑采用次氯酸鈉。
選取一期1#回轉(zhuǎn)式隔板絮凝池進(jìn)行增設(shè)平流式折板改造。在1#絮凝池內(nèi)先后增設(shè)了平流異波折板和平流同波折板，如下圖所示。
前兩圈①②渠道內(nèi)細(xì)線—異波折板-；后三圈③④⑤渠道內(nèi)粗線-同波折板
《給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)》中關(guān)于折板絮凝池的設(shè)計(jì)參數(shù)：第一階段為0.25~0.35m/s（異波折板）；第二階段為0.15~0.25m/s（同波折板）；第三階段為0.10~0.15m/s（直板）?；剞D(zhuǎn)式隔板絮凝池中的第①②渠道的平均流速為0.38m/s和0.29m/s，滿足第一階段，因此平流異波折板放入絮凝池內(nèi)的第①②渠道，渠道總長(zhǎng)約69m，其結(jié)構(gòu)如下圖所示。
回轉(zhuǎn)式隔板絮凝池中的第③④⑤渠道的平均流速分別為0.25m/s、0.20m/s和0.16m/s，滿足第二階段，平流同波折板放入絮凝池內(nèi)的第③④⑤渠道，渠道總長(zhǎng)約158m。折板夾角為90°，折板間距為1m，折板板材為304不銹鋼，厚度為1.5mm，折板具體尺寸和數(shù)量見(jiàn)下表。
技改也要數(shù)學(xué)模型來(lái)驗(yàn)證
采用模型與數(shù)值方法，對(duì)改造后的絮凝池流態(tài)進(jìn)行了分析。選取了絮凝池第一圈初始增設(shè)異波折板處，第三圈初始增設(shè)同波折板處的剖面，物理模型為三維模型，模型網(wǎng)格選用非結(jié)構(gòu)化四面體網(wǎng)格，網(wǎng)格數(shù)約為160萬(wàn)。。
數(shù)值方程使用的是k-wsst模型方程。邊界條件設(shè)置：①進(jìn)口邊界，采用模型左側(cè)邊為進(jìn)口邊界異波折板模型流速為0.376m/s，同波折板流速為0.266m/s。設(shè)置模擬溫度為7℃。②出口邊界。采用自由出流，適用于不可壓縮流中完全發(fā)展出流的情況。③壁面邊界。固體邊界采用無(wú)滲透、無(wú)滑移條件的標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)，流體材料選擇水體(water-liquid)，按照溫度調(diào)節(jié)水的密度和黏度。
利用Fluent軟件模擬處理后，將模擬結(jié)果導(dǎo)出Tecplot格式的數(shù)據(jù)，然后用Tecplot軟件打開(kāi)數(shù)據(jù)，從中提取絮凝池廊道剖面處沿水流方向的速度分布矢量圖和湍流動(dòng)能分布圖。
改造前，絮凝池內(nèi)水體流向均為水平方向流動(dòng)，方向一致；增設(shè)折板后，絮凝池內(nèi)折板附近水流方向發(fā)生改變，水流流向變得復(fù)雜，使得折板附近存在著大量的渦旋，促進(jìn)顆粒的擴(kuò)散和碰撞凝聚，從絮凝動(dòng)力學(xué)機(jī)理分析可知，這樣的水流狀態(tài)對(duì)絮凝是有利的。
從速度分布來(lái)看，未增設(shè)折板的絮凝池內(nèi)，絮凝池第①圈開(kāi)始處（a）流速僅在絮凝池壁速度小，池體內(nèi)部流速均勻，幾乎無(wú)流速差；增設(shè)折板的絮凝池內(nèi)（b、c），折板之間的平均流速>折板附近的平均流速>靠近折板壁處的水流速度，增設(shè)異波折板的絮凝池第①圈開(kāi)始處（b）的流速差為0.50m/s，折板附近流速差較大，使得水與其中固體顆粒產(chǎn)生了相對(duì)運(yùn)動(dòng)，為不同尺度的顆粒碰撞提供了條件，利于顆粒物碰撞。增設(shè)同波折板的絮凝池第③圈開(kāi)始處（c）的流速差為0.37m/s，比異波折板處的速度差異小，湍流剪切力減少，利于絮體的長(zhǎng)大。
上圖可以直觀地表現(xiàn)湍動(dòng)能k在池體中轉(zhuǎn)移和耗散的情況。改造前，絮凝池內(nèi)湍動(dòng)能分布均勻，湍動(dòng)能小，絮凝池第①圈開(kāi)始處（a）k僅為1.8×10-13m2/s2；增設(shè)異波折板后，在折板附近水流湍動(dòng)能較大，絮凝池第①圈開(kāi)始處（b）折板附近平均k為4.8×10-3m2/s2，利于形成渦流，膠體顆粒間碰撞幾率更大，由此形成的礬花更密實(shí)，絮凝效果更佳。絮凝池第③圈開(kāi)始處（c）同波折板附近平均k為3.2×10-3m2/s2，比異波階段的稍小，利于礬花長(zhǎng)大。湍動(dòng)能和速度矢量云圖在分布上具有相似性，存在內(nèi)在的相互關(guān)聯(lián)。由計(jì)算流體力學(xué)模擬結(jié)果得出，增設(shè)折板增加了水流渦流數(shù)量，改善了水利條件。
工藝參數(shù)對(duì)比來(lái)驗(yàn)證
對(duì)1#絮凝池增設(shè)折板改造前后進(jìn)行了速度梯度G、絮凝時(shí)間T值工藝測(cè)定，測(cè)定時(shí)水溫7℃，結(jié)果如下表所示。
從表中可以看出，1#絮凝池改造后的各階段絮凝強(qiáng)度均比改造前的大。同比孔室階段，改造后的GT值是改造前的1.3倍；同比第①圈至第②圈結(jié)束處，該段改造后的GT值是改造前的3.9倍；同比第③圈至第⑤圈結(jié)束處，該段改造后的GT值是改造前的2.2倍。因此，增設(shè)折板能夠增大GT值，提高絮凝效果。
小技改，大效果
由于1#（改造）、2#（未改造）回轉(zhuǎn)式隔板絮凝池對(duì)應(yīng)的1#、2#平流式沉淀池，其結(jié)構(gòu)和尺寸相同，因此，將2#沉淀池作為對(duì)比池，同時(shí)沉淀池自身影響可忽略，采用沉淀池出水濁度代表絮凝池絮凝效果。改造前后兩周內(nèi)進(jìn)水水質(zhì)穩(wěn)定，進(jìn)水量及凈水劑投加不變。增設(shè)折板前后實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行的1#、2#沉淀池出水濁度如下圖所示。
改造前，1#沉淀池出水一周內(nèi)平均濁度為1.68NTU。改造后經(jīng)兩天左右適應(yīng)期，出水水質(zhì)穩(wěn)定。改造后，1#沉淀池出水一周內(nèi)平均濁度為1.16NTU，增設(shè)折板改造后出水濁度降低31%。改造前，1#沉淀池出水一周內(nèi)平均濁度比2#的高5.7%；改造后，1#沉淀池出水一周內(nèi)平均濁度比2#的低24%。絮凝池增設(shè)折板能夠有效提高絮凝效果，降低在低溫低濁條件下，水降低沉淀的出水濁度。
1#-4#回轉(zhuǎn)式絮凝池的設(shè)計(jì)負(fù)荷為2600m3/h，絮凝池增設(shè)折板后，水頭損失增加。經(jīng)實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行實(shí)驗(yàn)，改造后1#絮凝池的最大負(fù)荷可達(dá)4000m3/h，增設(shè)折板后不影響水廠負(fù)荷。
技改經(jīng)驗(yàn)的小總結(jié)
（1）計(jì)算流體力學(xué)模擬從理論上證實(shí)了增設(shè)平流折板能夠增加折板附近水流渦流數(shù)量，改善回轉(zhuǎn)式隔板絮凝池內(nèi)水流狀態(tài)。
（2）增設(shè)折板能提高回轉(zhuǎn)式隔板絮凝池的絮凝強(qiáng)度。在絮凝池前兩圈，增設(shè)折板的1#絮凝池GT值是未增設(shè)折板的3.9倍；在絮凝池后三圈，增設(shè)折板的1#絮凝池GT值是未增設(shè)折板的2.2倍；
（3）絮凝池增設(shè)折板能有效降低冬季低溫低濁情況下的沉淀池出水濁度。實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行效果表明，增設(shè)折板后的1#沉淀池出口水濁度降低了31%。
回轉(zhuǎn)式隔板絮凝池中增設(shè)平流折板能有效改善水力條件，該改造方案可為老舊水廠在現(xiàn)有條件下絮凝池提升改造提供借鑒和參考。
