[发明专利]可调式水力旋流混凝管

说明书

技术领域

本发明属于水处理技术领域，具体是涉及一种用于给水以及污水、废水处理的可调式水力旋流混凝管。

背景技术

我国水源水质的普遍污染已成为水环境污染控制与水资源保护领域的突出问题。向公众提供安全饮用水是保障公众健康的重要组成部份，供水行业不仅面临水源水质污染、突发性水质变化、供水水质标准不断提高的多重压力，同时还面对降低生产成本费用及水处理工艺自动化的迫切要求。

在水资源紧张，原水品质不断恶化的同时，由于工业发展和人口城市化的发展以及环境保护的需要，生活污水与工业废水的处理也不断增多，它们的资源化处理已经成为补充我国水源不足的一个重要手段。近几年来我国经济高速发展，特别是民营经济发展迅猛，中小工业企业较多，人口城市化进程加剧，居民生活与工业生产的给水净化和生活污水、工业废水的处理负荷较重，且昼夜负荷波动较大。

混凝处理是常规水处理中非常关键的环节，通过混凝，特别是强化混凝，可去掉原水中绝大部分浊度物质和大部分有机物，其中不少还是消毒副产物的前驱物质。实践证明，好的混凝效果不仅可提高出水水质，还能达到节能节药降低运行费用的目的。

混凝过程可分为混合与凝聚阶段和絮凝阶段。混合与凝聚是指絮凝剂在水中进行混合与扩散以及憎水胶体的脱稳形成微小絮凝体(絮凝核)的过程。絮凝指胶体结成絮体的絮凝过程。

混凝效果与混凝剂在水中的迅速扩散有密切关系，原水中加入混凝剂后，产生两种效应：①混凝剂在水中进行扩散与混合；②混凝剂水解，水解产物与胶体颗粒作用使其脱稳。由于水解、脱稳速度远远大于混凝剂在水中扩散速率，故水中胶体颗粒能否迅速脱稳，混凝剂的扩散作用就成为决定因素。因此混凝剂迅速混合对于提高絮凝效果是至关重要的，如果混凝剂不能迅速而均匀混合，则在混凝剂较多的部位胶体颗粒迅速脱稳结大，而混凝剂不足的地方胶体颗粒就缺少结大的条件。适宜的混合水力条件是混凝剂发挥效力的前提，同时可以提高混凝出水水质。

混合过程是在强制对流作用下通过主体扩散、涡旋扩散和分子扩散，最终达到分子级均匀混合。刚加入的药剂首先形成大尺度的涡旋微团，在湍流拉伸、剪切作用下，大涡旋分裂成较小尺度的涡旋，能量从大涡旋传递到小涡旋，小涡旋则向更小的涡旋传递，直到更小尺度即卡尔马廓洛夫(Kolmogoroff)尺度的涡旋，最后因粘性应力的作用耗散为热。这个过程表明，混合首先将从大尺度对流运动开始，继之以小尺度，即涡旋扩散把较大的液滴微团进一步变形、分割成更小的微团，通过小微团界面之间的涡旋扩散，把不均匀程度降低到涡旋本身的大小。直到达到Kolmogoroff尺度，这就是宏观混合的最大限度。微观混合是指分子尺度上的混合，它的最终实现只能靠最小尺度微团内的分子扩散。在混合工艺过程中主体对流扩散、涡旋扩散、分子扩散3种机理同时存在。由于分子扩散速度远大于涡旋扩散速度，涡旋扩散对混合时间起主导作用。

在混合后，由于凝聚的作用，迅速形成了大量微小的絮凝核，要使絮凝核不断成长变成大而密实的絮凝体，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。使颗粒产生混凝的首要条件是接触碰撞，工业混凝过程中，湍流区占据绝对地位，流动水体的湍流动力(湍流剪切和湍流惯性碰撞)作用对加速颗粒混凝起主导作用。

无论是混合还是絮凝反应过程，都与水流湍动、涡旋的大小和强度有着密切的关系。通过组织适合的水力条件，使得絮凝剂与原水迅速混合，之后使絮凝核等微小颗粒与水流产生相对运动，从而加速颗粒之间的碰撞，是强化混凝的核心思想。研究表明，要使水中颗粒与水流产生相对运动，最好的办法是改变水流的速度。因为水的惯性(密度)与颗粒的惯性(密度)不同，当水流速度变化时它们的速度变化(加速度)也不同，这就使得水与其中固体颗粒产生了相对运动，为相邻不同尺度颗粒碰撞提供了条件。改变速度方法有两种：①改变水流时平均速度大小。微絮凝作用主要就是利用水流时平均速度变化造成的惯性效应来进行絮凝；②改变水流方向。因为湍流中充满着大大小小的涡旋，因此水流质点在不断地改变运动方向，在离心惯性力作用下固体颗粒沿径向与水流产生相对运动，为不同尺度颗粒沿湍流涡旋的径向碰撞提供了条件。