主页-【荣耀娱乐】丨主页中国科技核心期刊《净水技术》关注我国供排水和工业水处理生产一线的实际问题，打造一线生产技术人员实战经验的分享平台。本栏目内容主要选自发表于《净水技术》“供排水企业运行及管理成果专栏”的原创论文，经通俗化删减改编，供同行交流参考。
徐丹,卫正刚,柳瑞瑶,等. 回转式隔板絮凝池中增设折板工艺对低温低浊水的处理[J]. 净水技术,2022,41(5):165-169.
冬季低温低浊水的有效处理，是我国众多水厂遇到的共性难题。本文以合肥某水厂冬季低温低浊问题为例，设计了在回转式隔板絮凝池中增设折板提高絮凝效果，并通过CFD模拟以及生产性试验进行验证，研究目标明确，理论与实践并重，并与水厂实际生产需要结合紧密，具有实际借鉴意义。
回转式隔板絮凝池通过流体流动的能量消耗，促使水中胶体颗粒在混合阶段脱稳，经微絮粒相互接触碰撞，逐步形成能满足沉降分离要求的较大絮体的过程，是净水工艺中十分重要的环节。其优点是构造简单、管理方便，是大型水厂常用的工艺形式。该池虽然絮凝时间长，絮凝池容积大，但容积不能得到有效利用，与折板及网格式絮凝池相比，水利条件不甚理想，絮凝效果不佳。特别对于冬季低温低浊水，由于回转式隔板絮凝池的水力条件不佳，沉淀池出水浑浊度高。
目前，国内各水厂在处理低温低浊水时，通常采用合适的混凝剂和助凝剂或者预氧化技术，此方法经济且易实施，但降浊效果有限，还会带来用水安全问题；有部分水厂采用泥渣回流技术，该技术经济效应较好，但存在着废水对于回流的影响，会造成整体水质问题；也有部分水厂采用提高混凝强度的方法，该措施相对不会产生水质安全问题。有研究指出折板絮凝与隔板絮凝相比，水流条件大大改善，在总的水流能量消耗中，有效耗能比例提高，可以提高絮凝池混凝强度。
某水厂一期工程总规模25万m3/d，共4座絮凝池（1#-4#絮凝池），每座设计规模6.5万m3/d，净水工艺采用管道混合-回转式隔板絮凝池-平流沉淀池-普通快滤池，运行至今已有三十年。水源为水库水，絮凝剂采用固体聚合氯化铝铁，消毒剂采用次氯酸钠。
选取一期1#回转式隔板絮凝池进行增设平流式折板改造。在1#絮凝池内先后增设了平流异波折板和平流同波折板，如下图所示。
《给水排水设计手册》中关于折板絮凝池的设计参数：第一阶段为0.25~0.35m/s（异波折板）；第二阶段为0.15~0.25m/s（同波折板）；第三阶段为0.10~0.15m/s（直板）。回转式隔板絮凝池中的第①②渠道的平均流速为0.38m/s和0.29m/s，满足第一阶段，因此平流异波折板放入絮凝池内的第①②渠道，渠道总长约69m，其结构如下图所示。
回转式隔板絮凝池中的第③④⑤渠道的平均流速分别为0.25m/s、0.20m/s和0.16m/s，满足第二阶段，平流同波折板放入絮凝池内的第③④⑤渠道，渠道总长约158m。折板夹角为90°，折板间距为1m，折板板材为304不锈钢，厚度为1.5mm，折板具体尺寸和数量见下表。
采用模型与数值方法，对改造后的絮凝池流态进行了分析。选取了絮凝池第一圈初始增设异波折板处，第三圈初始增设同波折板处的剖面，物理模型为三维模型，模型网格选用非结构化四面体网格，网格数约为160万。。
数值方程使用的是k-w sst模型方程。边界条件设置：①进口边界，采用模型左侧边为进口边界异波折板模型流速为0.376 m/s，同波折板流速为0.266 m/s。设置模拟温度为 7 ℃。②出口边界。采用自由出流，适用于不可压缩流中完全发展出流的情况。③壁面边界。固体边界采用无渗透、无滑移条件的标准壁面函数，流体材料选择水体(water-liquid) ，按照温度调节水的密度和黏度。
利用Fluent软件模拟处理后，将模拟结果导出Tecplot 格式的数据，然后用 Tecplot 软件打开数据，从中提取絮凝池廊道剖面处沿水流方向的速度分布矢量图和湍流动能分布图。
改造前，絮凝池内水体流向均为水平方向流动，方向一致；增设折板后，絮凝池内折板附近水流方向发生改变，水流流向变得复杂，使得折板附近存在着大量的涡旋，促进颗粒的扩散和碰撞凝聚，从絮凝动力学机理分析可知，这样的水流状态对絮凝是有利的。
从速度分布来看，未增设折板的絮凝池内，絮凝池第①圈开始处（a）流速仅在絮凝池壁速度小，池体内部流速均匀，几乎无流速差；增设折板的絮凝池内（b、c），折板之间的平均流速折板附近的平均流速靠近折板壁处的水流速度，增设异波折板的絮凝池第①圈开始处（b）的流速差为0.50m/s，折板附近流速差较大，使得水与其中固体颗粒产生了相对运动，为不同尺度的颗粒碰撞提供了条件，利于颗粒物碰撞。增设同波折板的絮凝池第③圈开始处（c）的流速差为0.37m/s，比异波折板处的速度差异小，湍流剪切力减少，利于絮体的长大。
上图可以直观地表现湍动能k在池体中转移和耗散的情况。改造前，絮凝池内湍动能分布均匀，湍动能小，絮凝池第①圈开始处（a）k仅为1.8×10-13m2 / s2 ；增设异波折板后，在折板附近水流湍动能较大，絮凝池第①圈开始处（b）折板附均k为4.8×10-3m2 / s2，利于形成涡流，胶体颗粒间碰撞几率更大，由此形成的矾花更密实，絮凝效果更佳。絮凝池第③圈开始处（c）同波折板附均k为3.2×10-3m2 / s2，比异波阶段的稍小，利于矾花长大。湍动能和速度矢量云图在分布上具有相似性，存在内在的相互关联。由计算流体力学模拟结果得出，增设折板增加了水流涡流数量，改善了水利条件。
对1#絮凝池增设折板改造前后进行了速度梯度G、絮凝时间T值工艺测定，测定时水温7℃，结果如下表所示。
从表中可以看出，1#絮凝池改造后的各阶段絮凝强度均比改造前的大。同比孔室阶段，改造后的GT值是改造前的1.3倍；同比第①圈至第②圈结束处，该段改造后的GT值是改造前的3.9倍；同比第③圈至第⑤圈结束处，该段改造后的GT值是改造前的2.2倍。因此，增设折板能够增大GT值，提高絮凝效果。
由于1#（改造）、2#（未改造）回转式隔板絮凝池对应的1#、2#平流式沉淀池，其结构和尺寸相同，因此，将2#沉淀池作为对比池，同时沉淀池自身影响可忽略，采用沉淀池出水浊度代表絮凝池絮凝效果。改造前后两周内进水水质稳定，进水量及净水剂投加不变。增设折板前后实际生产运行的1#、2#沉淀池出水浊度如下图所示。
改造前，1#沉淀池出水一周内平均浊度为1.68 NTU。改造后经两天左右适应期，出水水质稳定。改造后，1#沉淀池出水一周内平均浊度为1.16NTU，增设折板改造后出水浊度降低31%。改造前，1#沉淀池出水一周内平均浊度比2#的高5.7%；改造后，1#沉淀池出水一周内平均浊度比2#的低24%。絮凝池增设折板能够有效提高絮凝效果，降低在低温低浊条件下，水降低沉淀的出水浊度。
1#-4#回转式絮凝池的设计负荷为2600m3/h，絮凝池增设折板后，水头损失增加。经实际生产运行实验，改造后1#絮凝池的最大负荷可达4000m3/h，增设折板后不影响水厂负荷。
（1）计算流体力学模拟从理论上证实了增设平流折板能够增加折板附近水流涡流数量，改善回转式隔板絮凝池内水流状态。
（2）增设折板能提高回转式隔板絮凝池的絮凝强度。在絮凝池前两圈，增设折板的1#絮凝池GT值是未增设折板的3.9倍；在絮凝池后三圈，增设折板的1#絮凝池GT值是未增设折板的2.2倍；
（3）絮凝池增设折板能有效降低冬季低温低浊情况下的沉淀池出水浊度。实际生产运行效果表明，增设折板后的1#沉淀池出口水浊度降低了31%。
回转式隔板絮凝池中增设平流折板能有效改善水力条件，该改造方案可为老旧水厂在现有条件下絮凝池提升改造提供借鉴和参考。
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来源：《回转式隔板絮凝池中增设折板工艺对低温低浊水的处理》（《净水技术》2022年第5期），原作者徐丹,卫正刚,柳瑞瑶,等.
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