吴 军 袁新亮 冯胜球
（路德环境科技股份有限公司，湖北，武汉，430000）
【摘 要】絮凝工艺作为水处理工程的基础单元，工艺过程中的絮体颗粒形态是影响絮凝效果及出水水质的重要因素。本文在分析絮凝颗粒形态特征对水处理絮凝效果的影响的基础上，探讨了水处理絮凝工艺的强化及颗粒形态控制技术，以期提高水处理工程效益。
【关键词】水处理；絮凝工艺；颗粒形态控制
随着社会经济发展进程的不断加快及工业化建设的快速推进，我国水资源的供需矛盾日益突出，予以水处理工艺的优化，提高水资源的综合利用水平已成为我国当前建设发展亟待解决的问题。目前，水处理工艺基本由絮凝-沉淀-过滤-消毒等单元构成，其中絮凝作为基础单元，其絮凝效果是影响后续工艺及最终出水水质的重要因素。然而，在以往的水处理项目实践中，仅通过静态实验的形式以出水浊度为指标予以絮凝效果的评价，而忽略了中间过程中颗粒形态特征的变化及其对絮凝质量及出水质量的影响。鉴于此，本文结合实践工作经验，在分析絮凝颗粒形态特征对水处理絮凝效果的影响的基础上，探讨了水处理絮凝工艺的强化及颗粒形态控制技术。
一、絮凝颗粒形态对水处理效果的影响
在水处理工艺实践中，絮凝单元的主要工作原理在于将分散于水中的细小颗粒物及胶体物质等通过凝聚、聚集的作用条件形成不规则的聚集体，即絮体；其主要工作目的则在于将水体中的污染物通过絮凝后形成絮体，进而以固体颗粒物的形式被沉淀、气浮等工艺去除，实现净化水质的目的。而在絮凝过程中，絮凝颗粒的形态，包括絮体的粒径、絮体的强度及絮体的分形结构等均是是影响后续水处理效果的重要因素。（1）絮体的粒径对水处理效果的影响。通过絮凝，水中的污染物形成大小不一的各种絮体，而粒径越大的絮体，其在后续沉淀工艺单元中速度越快，即水处理效果越好；反之粒径越小的絮体，其沉降速度越慢，水处理效率越慢；（2）絮体的强度对水处理效果的影响。絮体的强度决定絮体的尺寸，而絮体的尺寸又是影响后续气浮工艺中固液分离效果的重要因素。（3）絮体的分形维数。分形维数是絮体结合紧密度的定量描述，在絮凝工艺中，相同质量的絮体，其分形维数越大，物理尺寸越小，则絮体结合紧密度越高，密度越大，在后期沉淀处理中的沉降效果越好，出水水质也越好。
二、水处理絮凝工艺的强化及颗粒形态控制技术
介于絮凝工艺中絮体颗粒形态对水处理效果造成的影响，如何在絮凝单元实现絮凝工艺的进一步优化，并采取有效的控制技术以实现絮体颗粒的良好控制，进而以最佳的絮体粒径、絮体强度及絮体分形结构在后续水处理工艺中取得更好的效果，提高水处理效率及出水水质是实现水处理工程效益的关键环节。
1、合理设计絮凝剂的最佳投入量
絮凝剂的投入量是影响絮体颗粒强度及分形维数的重要因素。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆絮凝工艺中，当絮凝剂投入量过少时，水体中絮凝颗粒的生长点较少，影响水中微小颗粒的快速团聚，导致水体中的污染物难以形成强度高、密度大的絮体；而投入量过多时，水体易形成“胶体保护”效应，造成胶体颗粒重新趋向于稳定，同样造成微小颗粒团聚困难，且即使团聚形成絮体，也是大而松散，易被水流打碎。因此，通过絮凝剂投加实验的反复论证，合理设计絮凝剂的最佳投入量是控制絮体颗粒形态的重要前提。
2、合理设计搅拌桨速度梯度
机械絮凝池通过搅拌扰动来实现絮体颗粒之间的碰撞，以促进颗粒的团聚。而在工艺实践中，搅拌速度过慢，颗粒粒度、分形维数低，团聚困难；而搅拌速度过快，则易将已形成的絮体打碎。因此，随着絮凝工艺的进程，合理设计搅拌桨速度梯度，主要目的是在促进颗粒团聚的同时又能避免絮体的破碎。相关实验研究报道证实，在整个絮凝流程中，水体经快速混合池进入第一格絮凝池与经第二格絮凝池进入第三格絮凝池的过程中，絮体颗粒的形态变化规律与常规工艺参数的变化有着稳定的一致性；而主要是在由第一格絮凝池进入第二格絮凝池过程中，絮体颗粒形态的变化速率较大，从而也提示此过程中应通过最优速度梯度级配的设计来优化大颗粒及小颗粒的生产量，以提高絮凝效果。相关研究实验在絮凝工艺中对比分析了不同搅拌桨速度梯度下絮凝工艺中絮体颗粒的动态变化过程，结果显示，搅拌桨速度对再絮凝形成的絮体颗粒的粒度分布无明显影响，但对形态特征有着显著的影响。在较低的速度下，随搅拌速度的加快，再絮凝絮体颗粒的粒径和分形维数均呈升高趋势；而当搅拌速度升高到一定范围时，再絮凝絮体颗粒的粒径和分形维数则显著下降。
3、合理设计机械破碎强度
絮凝过程中，机械破碎工艺的目的主要在于使已经团聚的絮体破碎再絮凝，将水中较大粒径的颗粒有效去除，而提高粒径较小颗粒的所占比重，最终提高出水水质；同时也将部分原本难以去除的小颗粒经破碎碰撞形成较大粒径、更高密度的絮体，提高沉淀效果。而通过机械破碎强度的合理设计，其主要原则在于将破碎强度控制在一定范围内，既保证破碎后的絮体颗粒能够通过再絮凝达到新的状态，但又能够恢复到破碎前的形态特征和粒度分布，而有效提高絮体颗粒的沉降性能。相关研究实验通过最优机械破碎强度的设计，对比分析了各强度下机械破碎前后混凝沉淀各区域颗粒总数、颗粒粒度分布特征、形态特征和浊度的变化，结果显示当取250rpm的破碎强度时，沉淀出的水浊度和颗粒总数都低于其他强度指标取值，且其平均粒径、粒度分布、偏心度分布等特征均能够恢复至破碎前。
三、总结
水处理絮凝工艺作为一个多因素共同影响的过程，工艺过程中絮凝剂的投入量、搅拌桨的速度梯度及机械破碎强度均是影响絮凝过程中颗粒形态特征的重要因素；而在项目实践中应通过絮凝工艺的强化及颗粒形态控制技术的实施以提高絮凝效果，进而促进出水质量的提高，实现更好的水处理工程效益。
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论文作者:吴军,袁新亮,冯胜球
论文发表刊物:《工程建设标准化》2015年9月供稿
论文发表时间:2016/1/15
标签：絮凝论文; 颗粒论文; 水处理论文; 工艺论文; 形态论文; 粒径论文; 效果论文; 《工程建设标准化》2015年9月供稿论文;