穿孔旋流絮凝池

穿孔旋流絮凝池是由多个接近正方形的竖井组成的，各个竖井之间由过水孔洞连接起来。过水孔洞是对角交错布置的，由于水流通过过水孔洞时会产生射流的作用，水流会在竖井内沿池壁形成旋流。并且沿着水流流向的方向，过水孔洞的尺寸是依次增大的，这样的目的是沿水流方向逐渐减小水流速度，实现水流强度在絮凝过程的前段较大而在絮凝过程后端较小，防止在前段形成较大的絮体颗粒在絮凝后端破碎。在实际工程中，通常在必要的情况下通过闸板或者活动的挡板来调解过水孔洞的尺寸。穿孔旋流絮凝池的设计参数如下：

1.絮凝时间为15-25min；

2.过水孔洞流速由大到小依次是：起始0.6-1.0m/s，末端0.2-0.3m/s；

3.每格竖井过水孔洞应作上、下对角交错布置；

4.每组絮凝池竖井格数最少为6格。

混凝在整个净水流程中有着举足轻重的地位，絮凝环节效果的好坏，对沉淀池、滤池等构筑物的处理负荷和整个净水过程后的出水水质影响明显。凝聚是混凝剂水解后和胶体颗粒发生碰撞、使胶体颗粒的性质发生改变从而失去胶体颗粒稳定性的过程。絮凝是指失去稳定性的胶体颗粒借助一定的外力产生凝聚的过程。但是在现实生活中一般所指的絮凝就是混凝。絮凝不仅能够去除悬浮在水中的胶体颗粒和细小的悬浮凝聚物，并且能够有效的去除水中的色度、有机污染物、无机污染物和铁、锰形成的胶体络合物。除此之外，絮凝还能够去除水中的部分放射性物质、藻类以及浮游生物。工程实践证明，如果选择合理的絮凝工艺流程和絮凝池结构参数，能大幅度的提高净水厂水处理后的出水水质，缩短絮凝反应时间，节约人力、物力、财力。所以正确的认识絮凝的作用机理和选取最优的絮凝池结构参数是净水厂设计的关键步骤。

絮凝过程是借助絮凝剂以及助凝剂使水中胶体颗粒的化学特性发生改变，特性改变后的胶粒相互之间产生碰撞，结合成体积较大的粒子在水中下沉。公认的絮凝机理有：双电层压缩、电性中和、吸附架桥以及卷扫作用。

絮凝反应效果和反应中出现的众多条件都有关。最重要的包括水温、pH值、所加入絮凝剂的特性以及絮凝剂的使用量、水中悬浮颗粒的浓度和絮凝池水力条件。

(1)水温的影响

通常絮凝反应的最佳水温在20-30℃之间。在水温较低的情况下，胶体颗粒之间凝聚比较困难、杂质颗粒的布朗运动较弱、无机絮凝剂的水解非常困难。这种情况下通常通过加入高分子的助凝剂或者加大絮凝剂的使用量，使用较广泛的助凝剂有活化硅酸，这种助凝剂在使用过程中能对胶体产生吸附架桥作用。而在水温度过高的情况下，絮凝剂加入水中后的水解反应太快，以至于反应形成的絮体颗粒密度较小、结构松散、不易沉入絮凝池底部，所以絮凝效果也得不到保证。

(2)水的pH值的影响

絮凝剂不一样，受PH值的影响程度也不一样，原因是PH不同时水中水解过程也不相同。例如对Al2(S04)3而言，pH值在6.5-7.5之间时，主要是Al(OH)聚合物产生的吸附架桥以及轻基配合物产生的电性中和；pH值在4.5-5.5之间，主要用于处理水中的色度。而对絮凝剂三价铁而言，pH值在6.0-8.4之间时，主要去除水中的浊度；pH值在3.5-5.0之间时，主要去除水中的色度。

(3)絮凝剂种类的影响

在选择使用何种絮凝剂时要在水源水质特点的基础上进行选择。王晓敏等人通过絮凝剂的对比实验得出结论;经过优化的聚合氯化铝(PAC)比传统絮凝剂的效果好，特别是在污水处理过程中。

(4)絮凝剂投加量的影响

通常情况下，絮凝剂使用的量多絮凝后出水的水质就越好，但是絮凝剂使用量过多会在絮凝过程中出现胶体保护现象使絮凝后出水水质变差，除此之外还会产生较多的污泥并且加大水处理整个过程的预算和成本。所以确定合理的絮凝剂使用量在净水过程中是非常重要的。

(5)水中悬浮颗粒浓度的影响

观察混凝动力学方程式看出，当悬浮物浓度较小时，悬浮物相互之间碰撞的机会较小，絮凝过程就达不到理想的效果。此时想要使低浊度水的处理效果变好，一般情况下可以采取以下措施：(1)在絮凝剂为铝盐或者铁盐的絮凝过程中，投加助凝剂，如高分子物质，活化硅酸或者是聚丙烯酞胺；(2)加入矿物质颗粒，增加颗粒彼此相互碰撞的速度并使其密度增加；(3)采用在原水中投加絮凝剂之后的直接过滤法。

(6)水力条件的影响

絮凝效果和絮凝池水力条件有关。絮凝池在设计中应该使水流的速度和涡旋速度梯度都由大到小，这样才能保证絮凝池前面的阶段充分反应生成较大的絮体颗粒而在絮凝池的后面阶段不会发生絮体破碎的现象。

混凝剂大体上可以分为无机和有机两种，其种类不少于200-300种。无机混凝剂中比较常见的是铝系絮凝剂、铁系絮凝剂和复合型高分子絮凝剂。

铝系絮凝剂中比较常见的有硫酸铝、聚合铝，并且在我国应用较为广泛的是硫酸铝。硫酸铝的优点是制取容易、运输方便、成本较低。但是硫酸铝在水温度不高情况下发生水解反应比较困难，以至于产生的絮体结构不够密实，反应效果不好。此外的铝系絮凝剂还包括聚合氯化铝和聚合硫酸铝，这两种絮凝剂的优点是应用范围较广、反应效果好，投加到水中之后能够快速形成沉降性能好的大颗粒矾花，反应需要投加量少并且不易发生水浑浊的现象。

铁系絮凝剂中的三氯化铁混凝的原理和硫酸铝的相似，在水中发生水解、聚合反应后形成氢氧化物沉淀。三氯化铁的优点是制取简单、使用方便，在多种PH下能顺利反应，容易产生矾花;缺点是三氯化铁有腐蚀性，处理后的水有一定的色度且三氯化铁的固体产品不易保存。

复合型无机高分子絮凝剂主要含有铝、铁、硅成分，通过把两种或者更多种类的絮凝剂成分一起混合进行絮凝作用。经过该絮凝剂处理后出水水质较好，并且成本相对较少，应用前景比较广阔。

有机高分子絮凝剂通过高分子链之间产生吸附架桥进行反应，整个反应过程中形成絮体的尺寸大、容易下沉。相对于无机絮凝剂来讲，整个反应过程中有机絮凝剂的投加量小、除去水中色度的效果好、反应迅速，可以避免水中其他因素的干扰。但是通常情况下把无机以及有机絮凝剂同时投加会使处理后出水水质更佳。人们对高分子有机絮凝剂关注最多的是其毒性的问题，阴离子型水解聚合物和聚丙烯酞胺的毒性主要在于单体丙烯酞胺。

絮凝剂在使用过程中投加和控制不当会造成加入量过大或者过小、或经处理后出水水质标准不符合要求，所以合理的投加量和以及对投加量的实时监控是非常必要的。现阶段，很多中小型水厂通过实验室烧杯搅拌实验并结合实际水厂的运行经验，确定絮凝剂投加量。但是这种投加的方式不能在水量或者水质发生变化的情况下自动调节絮凝剂的投加量，更不能进行絮凝剂连续稳定的投加。同时，进行实验室烧杯实验是将实际絮凝过程进行了简化，两者的水力条件不同、水质和水量也会发生某些变化，所以通过实验室烧杯实验得出的投加量只能在一定条件下起到参考作用，不一定完全符合实际絮凝反应过程投加量的要求。由于单因子控制技术简单方便，不需要建立复杂的数学模型，所以得到了非常迅速的发展和使用。