【游泳池水處理設(shè)備】混凝劑的使用方法
由于混凝劑的作用主要是用來沉降懸浮在水中的各種細(xì)小的雜質(zhì)，提高過濾的效率。所以混凝劑的投入一般應(yīng)放在過濾罐的前面管道中加入。其加入的方法一般是先將固體混凝劑溶解于藥桶中，攪拌均
勻稀釋成一定濃度的溶液之后，再用計(jì)量泵加入到循環(huán)過濾罐的吸水管道內(nèi)。混凝劑的投加量一般為5-10mg/l。具體用量應(yīng)視水中游泳人數(shù)、天氣情況和水的渾濁度來決定。
工作機(jī)理:
【游泳池水處理設(shè)備】混凝劑的使用方法
混合部分 混合是反應(yīng)關(guān)，也是非常重要的一關(guān)。在這個(gè)過程中應(yīng)使混凝劑水解產(chǎn)物迅速地?cái)U(kuò)散到水中的每一個(gè)細(xì)部，使所有膠體顆粒幾乎在同一瞬間脫穩(wěn)并凝聚，這樣才能得到好的絮凝效果。因?yàn)?/p>
在混合過程中同時(shí)產(chǎn)生膠體顆粒脫穩(wěn)與凝聚，可以把這個(gè)過程稱為初級混凝過程。但這個(gè)過程的主要作用是混合，因此一般稱為混合過程。
混合問題的實(shí)質(zhì)是混凝劑水解產(chǎn)物在水中的擴(kuò)散問題。使水中膠體顆粒同時(shí)脫穩(wěn)產(chǎn)生凝聚，是取得好的絮凝效果的先決條件，也是節(jié)省投藥量的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的機(jī)械攪拌混合與孔室混合效果較差。近幾年
，國內(nèi)外采用管式靜態(tài)混合器使混合效果有了比較明顯地提高，但由于人們對于多相物系反應(yīng)中亞微觀傳質(zhì)以及湍流微結(jié)構(gòu)在膠體顆粒初始凝聚時(shí)的作用認(rèn)識不清，故也妨礙了混凝效果的進(jìn)一步提高。
【游泳池水處理設(shè)備】混凝劑的使用方法
混凝劑水解產(chǎn)物在混合設(shè)備中的擴(kuò)散應(yīng)分為兩類：
（1）宏觀擴(kuò)散，即使混凝劑水解產(chǎn)物擴(kuò)散到水體各個(gè)宏觀部位，其擴(kuò)散系數(shù)很大，這部分?jǐn)U散是由大渦旋的動力作用導(dǎo)致的，因而宏觀擴(kuò)散可以短時(shí)間內(nèi)完成；
（2）亞微觀擴(kuò)散，即混凝劑水解產(chǎn)物在極鄰近部位的擴(kuò)散，這部分?jǐn)U散系數(shù)比宏觀擴(kuò)散小幾個(gè)數(shù)量級。亞微觀擴(kuò)散的實(shí)質(zhì)是層流擴(kuò)散。因此使混凝劑水解產(chǎn)物擴(kuò)散到水體每一個(gè)細(xì)部是很困難的。在水處
理反應(yīng)中亞微觀擴(kuò)散是起決定性作用的動力學(xué)因素。
【游泳池水處理設(shè)備】混凝劑的使用方法
例如高濁水的處理中，混凝劑水解產(chǎn)物的亞微觀擴(kuò)散成為控制處理效果的決定性因素。由于混凝劑的水解產(chǎn)物向極鄰近部擴(kuò)散的速度非常慢，在高濁期水中膠體顆粒數(shù)量非常多，因此沒等混凝劑水解產(chǎn)
物在極鄰近部位擴(kuò)散，就被更靠近它的膠體顆粒接觸與捕捉。這樣就形成高濁時(shí)期有些地方混凝劑水解產(chǎn)物局部集中，而有些地方根本沒有?；炷齽┚植考械牡胤降\花迅速長大，形成松散的礬花顆粒
，遇到強(qiáng)的剪切力吸附橋則被剪斷，出現(xiàn)了局部過反應(yīng)現(xiàn)象。藥劑沒擴(kuò)散到的地方膠體顆粒尚未脫穩(wěn)，這部分絮凝反應(yīng)勢必不完善。這一方面是因?yàn)樗鼈兏簧弦衙摲€(wěn)膠體顆粒的反應(yīng)速度，另一方面是
因?yàn)榛炷齽┘袇^(qū)域礬花迅速不合理長大，也使未脫穩(wěn)的膠體顆粒失去了反應(yīng)碰撞條件。這樣就導(dǎo)致了高濁時(shí)期污泥沉淀性能很差，水廠出水水質(zhì)不能保證。按傳統(tǒng)工藝建造的水廠，在特大高濁時(shí)都需
大幅度降低其處理能力，以保證出水水質(zhì)。這是由于過去工程屆的人們對亞微觀傳質(zhì)現(xiàn)象不認(rèn)識，對其傳質(zhì)的動力學(xué)致因也不認(rèn)識，因此傳統(tǒng)的混合設(shè)備無能力解決高濁時(shí)混合不均問題，這不僅使水廠
在特大高濁時(shí)大幅度降低處理能力。而且造成藥劑的嚴(yán)重浪費(fèi)和造成出水的Ph值過低。
【游泳池水處理設(shè)備】混凝劑的使用方法
亞微觀擴(kuò)散究其實(shí)質(zhì)是層流擴(kuò)散，其擴(kuò)散規(guī)律與用蜚克定律描寫的宏觀擴(kuò)散規(guī)律不同。當(dāng)研究尺度接近湍流微結(jié)構(gòu)尺度時(shí)，物質(zhì)擴(kuò)散過程不一定是從濃度高的地方往低的地方擴(kuò)散。在湍動水流中亞
微觀傳質(zhì)主要是由慣性效應(yīng)導(dǎo)致的物質(zhì)遷移造成的，特別是湍流微渦旋的離心慣性效應(yīng)。我們發(fā)明的串聯(lián)管式初級混凝設(shè)備和管式微渦初級混凝設(shè)備，就是利用高比例高強(qiáng)度微渦旋的離心慣性效應(yīng)來克
服亞微觀傳質(zhì)阻力，增加亞微觀傳質(zhì)速率。生產(chǎn)使用證明這兩種設(shè)備在高濁時(shí)混合效果良好，不僅比傳統(tǒng)的靜態(tài)混合器可大幅度增加處理能力，也大大地節(jié)省了投藥量。
絮凝反應(yīng)部分 絮凝是給水處理的重要的工藝環(huán)節(jié)，濾池出水水質(zhì)主要由絮凝效果決定的。傳統(tǒng)廊道反應(yīng)、回轉(zhuǎn)孔室反應(yīng)以及回轉(zhuǎn)組合式隔板反應(yīng)的絮凝工藝，水在設(shè)備中停留20～30分鐘，水中尚有很
多絮凝不完善的小顆粒。近年來，國內(nèi)出現(xiàn)了普通網(wǎng)格反應(yīng)；國外推出了折板式與波形板反應(yīng)設(shè)備，使絮凝效果有了比較明顯地改善。但由于人們對絮凝的動力學(xué)本質(zhì)認(rèn)識不清楚，也就妨礙了絮凝效果
的進(jìn)一步提高。
【游泳池水處理設(shè)備】混凝劑的使用方法
【游泳池水處理設(shè)備】混凝劑的使用方法
絮凝的動力學(xué)致因:
絮凝長大過程是微小顆粒接觸與碰撞的過程。絮凝效果的好壞取決于下面兩個(gè)因素；一是混凝劑水解后產(chǎn)生的高分子絡(luò)合物形成吸附架橋的聯(lián)結(jié)能力，這是由混凝劑的性質(zhì)決定的；二是微小顆粒碰撞的
幾率和如何控制它們進(jìn)行合理的有效碰撞，這是由設(shè)備的動力學(xué)條件所決定的。導(dǎo)致水流中微小顆粒碰撞的動力學(xué)致因是什么，人們一直未搞清楚。水處理工程學(xué)科認(rèn)為速度梯度是水中微小顆粒碰撞的
動力學(xué)致因。按照這一理論，要想增加碰撞幾率就必須增加速度梯度，增加速度梯度就必須增加水體的能耗，也就是增加絮凝池的流速。但是絮凝過程是速度受限過程，隨著礬花的長大，水流速度應(yīng)不
斷減少。而在工程實(shí)踐中，網(wǎng)格反應(yīng)池在網(wǎng)格后面一定距離處水流近似處于均勻各向同性湍流狀態(tài)，即在這個(gè)區(qū)域中不同的空間點(diǎn)上水流時(shí)平均速度都是相同的，速度梯度為零。按照速度梯度理論，速
度梯度越大，顆粒碰撞次數(shù)越多，網(wǎng)格絮凝反應(yīng)池速度梯度為零，其反應(yīng)效率應(yīng)差。事實(shí)恰好相反，網(wǎng)格反應(yīng)池的絮凝反應(yīng)效果卻優(yōu)于其他傳統(tǒng)反應(yīng)設(shè)備。這一實(shí)例充分說明了速度梯度理論遠(yuǎn)未揭示
絮凝的動力學(xué)本質(zhì)。
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絮凝的動力學(xué)質(zhì)因究竟是什么？是慣性效應(yīng)。因?yàn)樗沁B續(xù)介質(zhì)。水中的速度分布是連續(xù)的，沒有任何跳躍，水中兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)相距越近其速度差越小，當(dāng)兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)相距為無窮小時(shí)，其速度差亦為無窮小，
即無速度差。水中的顆粒尺度非常小，比重又與水相近，故此在水流中的跟隨性很好。如果這些顆粒隨水流同步運(yùn)動，由于沒有速度差就不會發(fā)生碰撞。由此可見要想使水流中顆粒相互碰撞，就必須使
其與水流產(chǎn)生相對運(yùn)動，這樣水流就會對顆粒運(yùn)動產(chǎn)生水力阻力。由于不同尺度顆粒所受水力阻力不同，所以不同尺度顆粒之間就產(chǎn)生了速度差。這一速度差為相鄰不同尺度顆粒的碰撞提供了條件。如
何讓水中顆粒與水流產(chǎn)生相對運(yùn)動呢？的辦法是改變水流的速度。因?yàn)樗膽T性（密度）與顆粒的慣性（密度）不同，當(dāng)水流速度變化時(shí)他們的速度變化（加速度）也不同，這就使得水與其中固體
顆粒產(chǎn)生了相對運(yùn)動，為相鄰不同尺度顆粒碰撞提供了條件，即慣性效應(yīng)作用。
【游泳池水處理設(shè)備】混凝劑的使用方法
改變速度方法有兩種：一是改變水流時(shí)平均速度大小。水力脈沖澄清池、波形板反應(yīng)池、孔室反應(yīng)池以及濾池的微絮凝主要就是利用水流時(shí)平均速度變化形成慣性效應(yīng)來進(jìn)行絮凝；二是改變水流方向。
因?yàn)橥牧髦谐錆M著大大小小的渦旋，因此水流質(zhì)點(diǎn)在運(yùn)動時(shí)不斷地在改變自己的運(yùn)動方向。當(dāng)水流作渦旋運(yùn)動時(shí)在離心慣性力作用下固體顆粒沿徑向與水流產(chǎn)生相對運(yùn)動，為不同尺度顆粒沿湍流渦旋的
徑向碰撞提供了條件。不同尺度顆粒在湍流渦旋中單位質(zhì)量所受離心慣性力是不同的，這個(gè)作用將增加不同尺度顆粒在湍流渦旋徑向碰撞的幾率。渦旋越小，其慣性力越強(qiáng)，慣性效應(yīng)越強(qiáng)絮凝作用就越
好。由此可見湍流中的微小渦旋的離心慣性效應(yīng)是絮凝的重要的動力學(xué)致因。由此可以看出，如果能在絮凝池中大幅度地增加湍流微渦旋的比例，就可以大幅度地增加顆粒碰撞次數(shù)，有效地改善絮凝效
果。這可以在絮凝池的流動通道上增設(shè)多層小孔眼格網(wǎng)或微渦折板的辦法來實(shí)現(xiàn)。由于過網(wǎng)水流的慣性作用，使過網(wǎng)水流的大渦旋變成小渦旋，小渦旋變成更小的渦旋。不設(shè)網(wǎng)格的絮凝池湍流的大渦
旋尺度與絮凝池通道尺度同一數(shù)量級。當(dāng)增設(shè)格網(wǎng)之后，大渦旋尺度與網(wǎng)眼尺度同一數(shù)量級。
【游泳池水處理設(shè)備】混凝劑的使用方法
增設(shè)小孔眼格網(wǎng)或微渦折板后有如下作用：
（1）過流區(qū)段是速度激烈變化的區(qū)段，也是慣性效應(yīng)強(qiáng)、顆粒碰撞幾率高的區(qū)段；
（2）過流的渦旋尺度大幅度減少，微渦旋比例增強(qiáng)，渦旋的離心慣性效應(yīng)增加，有效地增加了顆粒碰撞次數(shù)；
（3）由于過流的慣性作用，礬花產(chǎn)生強(qiáng)烈的變形，使礬花中處于吸附能級低的部分，由于其變形揉動作用達(dá)到高吸能級的部位，這樣就使得通過網(wǎng)格之后礬花變得更密實(shí)。
礬花的合理的有效碰撞:
【游泳池水處理設(shè)備】混凝劑的使用方法
要達(dá)到好的絮凝效果除了要有顆粒大量碰撞之外，還需要控制顆粒合理的有效碰撞。使顆粒凝聚起來的碰撞稱之為有效碰撞。一方面，
如果在絮凝中顆粒凝聚長大的過快會出現(xiàn)兩個(gè)問題：
（1）礬花長得過快其強(qiáng)度則減弱，在流動過程中遇到強(qiáng)的剪切就會使吸附架橋被剪斷，被剪斷的吸附架橋很難再連續(xù)起來，這種現(xiàn)象稱之為過反應(yīng)現(xiàn)象，應(yīng)該被禁止；
（2）一些礬花過快的長大會使水中礬花比表面積急劇減少，一些反應(yīng)不完善的小顆粒失去了反應(yīng)條件，這些小顆粒與大顆粒碰撞幾率急劇減小，很難再長大起來。這些顆粒不僅不能為沉淀池所截流，也
很難為濾池截流。
【游泳池水處理設(shè)備】混凝劑的使用方法
另一方面，絮凝池中礬花顆粒也不能長得過慢，礬花長得過慢雖然密實(shí)，但當(dāng)其達(dá)到沉淀池時(shí)，還有很多顆粒沒有長到沉淀尺度，出水水質(zhì)也不會好。由此看到在絮凝池設(shè)計(jì)中應(yīng)控制礬花顆粒的合理長
大。
礬花的顆粒尺度與其密實(shí)度取決兩方面因素：其一是混凝水解產(chǎn)物形成的吸附架橋的聯(lián)結(jié)能力；其二是湍流剪切力。正是這兩個(gè)力的對比關(guān)系決定了礬花顆粒尺度與其密實(shí)度。吸附架橋的聯(lián)結(jié)能力是由
混凝劑性質(zhì)決定的，而湍流的剪切力是由構(gòu)筑物創(chuàng)造的流動條件所決定的。如果在絮凝池的設(shè)計(jì)中能有效的控制湍流剪切力，就能很好的保證絮凝效果。
【游泳池水處理設(shè)備】混凝劑的使用方法
多相流動物系反應(yīng)控制理論的提出，真正建立起水處理工藝中的動力相似。使我們認(rèn)識到湍流剪切力是絮凝過程中的控制動力學(xué)因素，如果在大小兩個(gè)不同的絮凝工藝中，其湍流剪切力相等，那么具有
同樣聯(lián)結(jié)強(qiáng)度的礬花顆?？梢栽趦蓚€(gè)不同尺度的絮凝過程中同時(shí)存在，這在某種意義上也就實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)絮凝過程絮凝效果的相似。弗羅德數(shù)可以作為相似準(zhǔn)則數(shù)，可以表明湍流剪切力的大小，兩個(gè)尺度
不同的絮凝過程當(dāng)其弗羅德數(shù)相等時(shí)，其湍流剪切力就近似相等，絮凝效果就基本相似。但只控制湍流剪切力相等并不能控制絮凝效果的相似，因?yàn)橥牧骷羟辛ο嗟葧r(shí)兩個(gè)不同的絮凝過程的礬花聯(lián)
結(jié)強(qiáng)度相等，但礬花的密實(shí)度與沉淀性能卻不一定相同。礬花的密實(shí)程度可用湍動度來控制，湍動度值越大表明在固定時(shí)間內(nèi)流過固定空間點(diǎn)的渦旋數(shù)量越多，渦旋強(qiáng)度越大，礬花也越密實(shí)。在實(shí)際工
程中是不可能測定湍動度的。慶幸的是當(dāng)湍流剪切力相等時(shí)，尺度越大的絮凝池其水流速度也越高，因此礬花的碰撞強(qiáng)度越大，形成的礬花越密實(shí)，這已為試驗(yàn)與生產(chǎn)實(shí)踐所證實(shí)。這樣就可以保證把小
尺度的試驗(yàn)結(jié)果按照弗羅德數(shù)相等來放大，放大后的絮凝效果會更好、更可靠。因而我們也可以通過科學(xué)地布設(shè)多層網(wǎng)格，通過弗羅德數(shù)這個(gè)相似準(zhǔn)則，來控制絮凝過程中水流的剪切力和湍動度，形成
易于沉淀的密實(shí)礬花。
【游泳池水處理設(shè)備】混凝劑的使用方法
