原水處理主要是去除水中的懸浮物和膠體物質。常規(guī)凈水處理工藝存在效率低、占地大、出水水質不高等問題。新一代高效混凝沉淀凈水技術克服了現有技術的局限性，推出了更趨完善的管式微渦混合器、微渦折板絮凝設備、高效復合斜板沉淀設備等技術產品。工程實踐證明，采用此項技術可使沉淀池出水濁度穩(wěn)定低于3NTU，濾后水接近0 度，節(jié)省藥劑投加量30%，節(jié)省濾池反沖洗水量50%，大大降低了運行費用和制水成本，經濟效益和社會效益顯著提高。

1 工藝流程及工作機理

高效絮凝沉淀凈水技術主要包括藥劑混合、絮凝反應和沉淀分離三大主要工藝步驟，具體如圖1所示。

圖1 高效絮凝沉淀凈水技術的工藝流程

1．1 混合部分

混合過程也可稱為初級混凝，其實質是混凝劑水解產物在水中的擴散過程。水中膠體顆粒同時脫穩(wěn)凝聚，是取得較好絮凝效果的先決條件，也是節(jié)省投藥量的關鍵。

在水處理反應中起決定性作用的動力學因素是亞微觀擴散［1］。當研究尺度接近湍流微結構尺度時，亞微觀傳質主要由慣性效應引發(fā)的物質遷移造成。串聯(lián)管式初級混凝設備和管式微渦初級混凝設備，就是利用高比例、高強度微渦旋的離心慣性效應克服亞微觀傳質阻力，增加亞微觀傳質速率。

1．2 絮凝部分

1．2．1 絮凝動力學致因

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以下2 個因素: 一是混凝劑水解后產生的高分子絡合物形成吸附架橋的聯(lián)結能力，由混凝劑的性質決定; 二是微小顆粒碰撞的幾率和如何控制其進行合理的有效碰撞，由設備的動力學條件決定。在絮凝池中大幅度地增加湍流微渦旋的比例，可大幅度地增加顆粒碰撞次數，改善絮凝效果�？赏ㄟ^在絮凝池流動通道上，增設多層小孔眼格網或微渦折板的辦法來實現。

1．2．2 礬花合理的有效碰撞

使顆粒凝聚起來的碰撞稱之為有效碰撞。在絮凝中礬花過快凝聚長大會出現2 個問題: ①礬花強度減弱，在流動過程中遇到強剪切力就會使吸附架橋被剪斷，剪斷后很難再連續(xù)，應絕對禁止; ②礬花比表面積急劇減少，反應不完全的小顆粒失去反應條件，與大顆粒碰撞幾率急劇減小，很難再長大。這些顆粒不僅不能被沉淀池截流，也很難被濾池截流。絮凝池中礬花顆粒也不能長得過慢，礬花長得過慢，會使其到達沉淀池時達不到沉淀尺度，影響出水水質。

礬花的顆粒尺度與密實度取決混凝水解產物形成吸附架橋的聯(lián)結能力和湍流剪切力。吸附架橋的聯(lián)結能力由混凝劑性質決定，湍流剪切力由構筑物創(chuàng)造的流動條件決定。絮凝池能有效控制湍流剪切力，就能保證好的絮凝效果�？赏ㄟ^弗羅德數相似準則和科學地布設多層網格，控制絮凝過程中水流的剪切力和湍動度，形成密實度合理、易于沉淀的礬花。

1．3 沉淀部分

傳統(tǒng)沉淀理論認為斜板、斜管沉淀池中水流處于層流狀態(tài)。實際上當斜管中大的礬花顆粒在沉淀時與水產生相對運動，會產生小旋渦，造成水流的脈動。這些脈動不利于反應不完全小顆粒的沉淀，影響出水水質。為克服這一現象，高效絮凝裝置采用了小間距斜板沉淀設備。

2 工藝特點

2．1 與傳統(tǒng)混凝沉淀工藝比較

傳統(tǒng)工藝中與本設備最為接近的工藝形式為管式靜態(tài)混合器→折板絮凝→斜管沉淀。這種工藝效率較高，但存在混凝動力學機理認識上的局限，與高效混凝沉淀新技術比較，在處理效率與效果上有著顯著的差距。二者工藝形式上的差別如圖2 所示。

圖2 高效混凝沉淀技術與傳統(tǒng)混凝沉淀工藝的比較

與傳統(tǒng)工藝比較，高效混凝沉淀新技術具有以下優(yōu)點: ①利用微渦強化亞微觀擴散，混合迅速充分，可使藥劑充分發(fā)揮作用，節(jié)省投藥量30% 以上，且水量變化對其影響小; ②利用擾流翼片強化微渦傳質，控制顆粒的合理有效碰撞，反應時間大幅度縮短; ③克服了斜管蜂窩結構排泥的缺陷，進一步發(fā)揮淺池的優(yōu)勢，顯著提高沉淀效率與出水水質。

2．2 與澄清池工藝比較

澄清池是我國長期使用的一種工藝形式，至今仍在很多工業(yè)企業(yè)中廣泛使用。表1 是以設計水量60 000m3 /d 的工程為例，對高效混凝沉淀工藝與澄清池進行比較。

2．3 與國外高效工藝比較

法國得利滿(Degremont) 與威立雅(VeoliaWater)先后推出的高密度澄清池(DENSADEG) 與微砂回流高速斜管澄清池(ACTIFLO)等技術，被認為是“第三代澄清池”的典范。表2 以某海水淡化發(fā)電預處理工程為例，對高效混凝沉淀工藝與國外先進技術進行比較。

2．4 總體特點

高效混凝沉淀凈水技術是對國內外混凝沉淀技術的總結與發(fā)展，它具有以下突出的特點。

表1 高效混凝沉淀新技術與澄清池工藝的比較

 
表2 高效混凝新技術與國外先進技術的比較

1) 處理效率高，占地面積小，經濟效益顯著。

2) 處理水質優(yōu)，社會效益好，水質效益可觀。

3) 抗沖擊能力強，適用廣泛，對低溫低濁、高濁、微污染等水質均可得到較好處理效果。

4) 節(jié)省投藥量與自耗水量，制水成本降低。

5) 工期短，見效快，易維護。

3 工程應用

陜西黃陵煤化工有限責任公司的原水預處理工藝采用了高效混凝沉淀凈水技術，設計水量為2 ×500m3 /h，來水取自沮河。從2010 年12 月至今，在低溫、低濁情況下，運行效果穩(wěn)定，出水水質濁度＜3NTU，實際運行成本只有0．037 元/t 水，完全達到設計要求。具體參見http://www.northcarolinalenders.com更多相關技術文檔。

4 結論

高效混凝沉淀凈水技術克服了傳統(tǒng)水處理技術的缺陷和不足，具有更為顯著的技術優(yōu)勢，并對低溫低濁、汛期高濁水、微污染原水等特殊水質均可達到理想處理效果。運行結果表明，利用該技術大大降低了運行費用和制水成本，經濟效益和社會效益顯著提高。