摘要：本文从创造絮凝的最佳水力条件角度叙述了机械加速澄清池通过改变投药方式、清水区加装折板及斜管、调整回流缝高度等工艺，降低出水余浊及药耗，节约运行成本费用的技术措施，为机械加速澄清池很好的应用于处理黄河高浊度水提供了可借鉴的工艺。
　　关键词：混凝机理，影响因素，水力条件、工艺改进。
　　一、 机械加速澄清池（以下简称机加池）现状
　　Ｄ21.8m机加池在水处理中是将混合﹑反应、沉淀分离三个工艺过程有机结合在一个净水构筑物内完成的泥渣循环分离式澄清池，它是利用水力、机械搅拌提升作用使泥渣在池内不断循环，提升循环回流的泥渣水量一般是处理水量的3-5倍。在泥渣循环过程中，可以更好地发挥泥渣的接触凝聚和吸附架桥作用，使投加的聚铁凝聚形成细小的矾花（絮体），卷扫泥沙颗粒并在循环中不断变大，絮体沉速提高，从而完成对水的澄清。
　　兰州西固热电公司二厂原水预处理系统采用3台D21.8m的机加池，单台出力1000m3/h，平均进水浊度120FTU。由于水源为黄河水经兰州自来水厂机械沉淀后作为一次水供西固热电公司一厂凝结器循环冷却后的排水，其水温极不稳定，夏、秋季温度一般在38℃～28℃，冬、春季温度一般为22℃～30℃，在进水与第二反应室泥渣水体存在3℃及以上正向温差时，就会严重地破坏循环泥渣的平衡稳态，一部分沉降性能较差的细小颗粒矾花，开始大量进入清水区，出现“翻池”现象，出水迅速恶化，最高浊度可达50FTU。另外由于当前池本身的工艺特性，絮凝效果不好，运行中药耗较高，出水难以满足后续过滤设备对入口水质的要求，影响供水系统的安全、经济运行，经过几年来在净化工艺理论方面的探索和对机加池改造后的运行实践，认为通过如下改造可解决当前池出水效果差、药耗高的问题。
　　二、 工艺改进
　　本预处理选用混凝剂为聚铁（PFS），Fe3+>160mg/l，聚铁水解产生大量的高凝聚力的聚合铁离子[Fe(OH)6]3+、[Fe(OH)2]3+、[Fe3(OH)4]5+等，这些阳离子型高分子聚合物聚集在胶体周围，中和胶体颗粒上电荷，使胶体迅速脱稳，开始凝聚成细致密实的矾花，其有显著的吸附架桥和沉淀网捕作用。在絮过程中，搅拌强度G、絮凝剂量、水温、PH﹑原水水质及原水流量对混凝效果会产生不同程度的影响。工艺改进以创造最佳絮凝水力条件为目标，使PFS形成细致密实的矾花，保持较低的泥渣虚度（泥渣虚度是指泥渣体积与泥渣离心后压实的体积比值，该值越小，说明泥渣越密实，沉降性能越好）取得良好的预处理效果。
　　1、改变原水水源
　　为克服正向温差对循环泥渣层动态平衡的干扰破坏，实现原水温度在一个较长时间段内保持稳定，消除水温频变对出水水质的影响，新铺设了一路供一次水母管。但为节约生产用水费用，该一次水源系统并未使用，而是几年来一直至力于从机加池本身的工艺改进来解决水温影响导致出水恶化的问题。
　　二、改变投药地点
　　对于以粗颗粒泥沙为主体的高浊度水，固相颗粒之间的接触要依靠外界提供的剪切力，一般要在强制扰流条件下，使水流产生紊流运动，完成其混凝过程。紊流可以看成是各种不同尺度的涡流运动叠加与平均流速束的结果，按强度和尺度特征可分为两个子区，其中惯性子区是主流区，主导整个混凝过程的时间，粘性散逸区紧邻壁面，该区内涡流强度高，剪切力大，主导絮体的成长尺度及其密度。改变投药地点就是要创造有利于原水与混凝剂快速、完全、均匀混合的条件。原投药点设在进水管切入三角形配水槽前段，混合扰动强度不够，混合流程短，絮凝效果受到较大影响。将加药点改在配水井后，一方面利用原水升压泵出水至配水井后水流变向所形成的旋涡搅动，另一方面在配水井出水口又形成高度的湍流态势，使药剂与原水充分翻腾混合，形成剧烈的混合条件，又延长了药剂进入第一反应室的流程，促使混凝剂快速均匀与原水混合，为絮体的初步形成变大创造了很好水力条件。
　　3、清水区加装导流折板，蜂窝斜管
　　D21.8机加池清水区面积373㎡，在清水区距辐射集水槽平面以下150cm处增设径向三层导流折板，间距100-150mm，倾角600,导流折板稳定并整流均布第二反应室进入分离区的辐射流态，进入斜管区前辐射侧向流，导流折板内，强化了颗粒的接触、碰撞、吸附、凝结，降低水流在斜管底口导向流的剪切破碎，使落入悬浮泥渣层凝体，进一步压实﹑密集,提高悬浮泥渣层凝结体，从而提高悬浮泥渣层的净水效果。
　　斜管安装在清水区距辐射集水槽平面以下30cm处，斜管长1.0m，内切圆25mm，壁厚δ为0.8mm，1330聚乙丙材质，向后倾角600，斜管为正六边形，蜂窝状。加装斜管的机理是将清水区分成无数六边形的网状结构，增加矾花颗粒的接触面积，预澄清水进入斜管内形成较大的流速差，在较大的速度梯度作用下，水流入斜管后，雷诺数较小，处于稳定的流态下，使清水区上升流速减慢，矾花颗粒受到水流干扰减少，细小矾花颗粒在斜管中运动时被粘附到斜管管壁上，而水流向上运行中使许多细小矾花颗粒增加了接触机率，进一步吸附﹑碰撞﹑凝结，很快在斜管管壁上粘附成较大颗粒，扩大沉淀面积，缩小沉淀距离，当颗粒自重超过管壁摩擦力时，自动顺沿斜管下移通过回流缝进入到机加池第一反应室，增加了反应室与分离区的泥渣浓度，使浑液面不宜上升，优化了出水效果。同时从混凝机理来看，活性泥渣的吸附链条也相应增大，使大部分大颗粒泥沙在进入第一反应室时就快速下沉，且增加了活性泥渣的碰撞次数，为机加池的快速反应﹑泥渣沉降创造了条件，综合提高了沉淀效果。
　　四、调整提流间隙，增大回流缝高度
　　根据黄河水质泥沙含量高的特点和机加池的实际运行状况，第一反应室回流缝高度的高低决定着机加池内絮凝机理的效果好坏，回流缝高度不够，造成回流水量不足，活性泥渣颗粒回到第一反应室的能量配比不平衡，在加装斜管后容易造成堵塞，导致机加池的循环水量不足，并减少了矾花颗粒在第一反应室的碰撞次数，使混合反应的有效率降低，还可能使絮体颗粒在流经中受到剪切破坏。根据第一、二反室流体的特性及流体动力学公式，按1000m3/h的处理量，确定回流缝回流水量的流速保持在0.157m/s左右，从而确定出回流缝高度应为33cm为最佳。同时对搅拌机提升间隙增大3cm，以更好地保证进入第二反应室的活性泥渣水量，增强泥渣的循环效率。改进前后机加池剖面示意图如图1。
　　D21.8m机加池改进前后剖面示意图
　　三、机加池改进前后运行参数比较
　　表1项目
　　 聚铁耗量kg/m3 剩余浊度(FTU) 清水区上升流速(mm/s) 总停留时间(min) 缝隙流速(m/s) 二反上升流速(mm/s) 

　　 泥渣回流缝流速(m/s) 反应室浓度（mg/l） 排泥周期(h/次)进水含沙量1.10(kg/m3)   
　　      
　　改进前 50  18.1  0.61  130  0.33  1.0   0.236  350-460  10.3
　　改进后 23  1.0   1.0   75   1.21  0.82  0.157  870-960  26.2
　　由表1可知，D21.8m机加池经过上述的工艺改进后，极大地降低了出水余浊，很好地满足了后续无囊高效纤维过滤器对入口水质的要求。在相同进水浊度的情况下，机加池的经济指标千吨水药耗明显下降，降低了供水成本，而且排泥周期延长减少了水量浪费。从反应室泥渣浓度变化可知，悬浮泥渣适中的絮凝条件使充分发挥了电中和作用的颗粒吸附﹑脱稳﹑凝聚，为吸附脱稳与卷扫絮凝的混合作用及悬浮胶粒的再稳创造了良好的水力条件，使矾花颗粒相互接触，碰撞的有效次数增加，为净化水效果起到关键作用。
　　四、最佳水力条件
　　依据流体动力学和混凝试验，D21.8m机加池在处理同浊度水时的最佳水力条件如表2
　　表2项目
　　 进水浊度(mg/l) 水力条件 影响因素主次（从主-次） 停留时间(min) V1(r/min) V2(m/s) V3(mm/s) 
　　  
　　改进前 110-150  450  0.236  1.0   V1>V2>V3  130
　　改进后 110-156  600  0.157  0.82  V1=V3<V2  75
　　表中：V1搅拌电机转速；V2：回流缝流速；V3：上升流速
　　由表2可知，机加池进水浊度在同一温度范围内，改进后其回流缝流速和上升流速均发生变化，而流体在池内的停留时间缩短，机加池运行中加入聚铁絮凝剂发生快速、均匀的混合反应，为保证D21.8m机加池的混凝效果创造了良好的水力条件。
　　五、总结
　　D21.8m机加池经过上升工艺改进后，其絮凝效果和水力条件发生明显优化，使池子处于最佳运行状态下，解决了正向温差引起翻池的问题，平均出水余浊为0.8～1.5FTU，聚铁药耗23kg/m3，解决了长期出水余浊大﹑药耗高的问题，为后续过滤设备的安全稳定﹑经济运行创造了条件，达到了本次工艺改进的预期目标，具有很好的推广应用价值。
　　参考文献：
　　1、水处理工艺设计计算，水利电力出版社，1986