網(wǎng)格絮凝池指的是在沿流程一定距離的過水?dāng)嗝嬷性O(shè)置柵條或網(wǎng)格,通過柵條或網(wǎng)格的能量消耗完成絮凝過程的構(gòu)筑物。網(wǎng)格絮凝池,又名柵條絮凝池(grid flocculating tank),指的是在沿流程一定距離的過水?dāng)嗝嬷性O(shè)置柵條或網(wǎng)格,網(wǎng)格反應(yīng)池通過柵條或網(wǎng)格的能量消耗完成絮凝過程的構(gòu)筑物。
一、工作原理
網(wǎng)格絮凝池,按照Camp-Stein速度梯度理論:速度梯度越大,絮凝效果越好。機械反應(yīng)池效果可以解釋即以主體對流擴散為主。但是小網(wǎng)格絮凝反應(yīng)設(shè)備,在網(wǎng)格后面一定距離處,紊流可以近似地看成是均勻各向同性紊流,即空間點運動參數(shù)的統(tǒng)計特征值沿各個方向均相同,故其速度梯度為零。
由于湍動渦旋的作用,大大增加了湍流中的動量交換,均化了湍流中的速度分布,所以其速度梯度遠小于按 Camp-Stein 理論計算的結(jié)果。一定的速度梯度必定需要一定量的能量輸入,但一定量的能量輸入并不一定對應(yīng)產(chǎn)生一定的速度梯度,對于速度梯度均勻恒定不變的流動如此,對于湍流情況更是如此。
二、工藝說明
網(wǎng)格絮凝池的工藝說明概括如下:
1)限定水流速度的情況下,網(wǎng)格絮凝反應(yīng)器在斷面不變的水流通道上設(shè)置小孔眼網(wǎng)格,可增加水流中微渦旋的比例,渦旋半徑越小,旋轉(zhuǎn)半徑也越小,其離心作用也就越強,這樣凝聚顆粒粒徑間離心加速度大,運動快,速度梯度也大,即越靠近中心切向速度越小,越靠近渦旋外側(cè)切向速度越大,由于離心作用徑向進入新凝聚顆粒的慣性,使其切向速度小于原凝聚顆粒的切向速度,這一速度差以及持續(xù)離心作用造成的渦旋外側(cè)凝聚顆粒的增密作用,為徑向進入新凝聚顆粒與原凝聚顆粒的接觸、粘附創(chuàng)造條件。而大尺度渦旋,由于離心作用弱,速度梯度小,故其混凝條件很差。
2)水流通過網(wǎng)格后,由于慣性的作用,可使紊流中大渦旋破碎成小渦旋和更小的渦旋,而且孔眼越小,形成的渦旋越小,在網(wǎng)格后面一定距離處形成均勻各向同性紊流。在這種流動狀態(tài)下,脈動能量沒有來源,處于衰減之中,渦旋也處于衷減之中,從而在網(wǎng)格后面的紊流中大幅度地增加了微渦旋的比例。
3)要形成密實、光滑、易于下沉的絮凝顆粒,必須在絮凝池中控制凝聚體合理地有效碰撞、長大。在水流通道上設(shè)置多層網(wǎng)格使水流的紊流度較通過同一阻力的一層網(wǎng)格更好,同時通過凝聚顆粒不斷碰撞、接觸,凝聚顆粒粘接不牢部分被破除,從而限制凝聚顆粒的不合理長大,保證顆粒接觸面積,增加凝聚顆粒的密實度。同時由于微小渦旋隨機卷動,使得凝聚顆粒接觸結(jié)合以圓周形運動成型,所形成最終密實顆粒近似球形,避免顆粒在后續(xù)沉淀池斜板上產(chǎn)生積泥現(xiàn)象而影響分離效果。
4)通常在絮凝池中,產(chǎn)生的凝聚顆粒密度低,凝聚顆粒均吸附著數(shù)量不等的微氣泡(特別在低溫低濁時),使得凝聚顆粒在水中不易下沉。若使其下沉,須經(jīng)過長時間反應(yīng)和沉淀,氣泡逐漸集大逸出才能實現(xiàn)。而經(jīng)過這種多層網(wǎng)格絮凝反應(yīng)系統(tǒng),顆粒不斷破碎、接觸等反復(fù)碰撞、去除了其中的氣泡,增加了凝聚顆粒的密實度。值得注意的是網(wǎng)格反應(yīng)池中水流斷面流速不宜過低,速度應(yīng)大于不淤積流速。否則紊流強度降低,一些凝聚好的顆??赡茉谒髁鲃又谐林脸氐祝璧K水流通道,將使網(wǎng)格效果降低。
5)形成密實、光滑、近似球形的凝聚顆粒,可使在后續(xù)沉淀中縮小斜管間距,從而抑制顆粒引起的水流脈動,創(chuàng)造良好的層流環(huán)境以利于顆粒的沉淀。
三、工藝計算
網(wǎng)格絮凝池,網(wǎng)格絮凝反應(yīng)器,網(wǎng)格反應(yīng)池,設(shè)計計算
(一)絮凝池有效容積
V=QT=0.243×18×60=262.44?m3?
式中:
Q-單個絮凝池處理水量(m3/s);
V-絮凝池的有效容積(m3);
T-絮凝時間(s),規(guī)范要求12~20min。
(二)絮凝池面積
A=V/H=262.44/4=65.61m2?
式中:
A-單個絮凝池面積(m2);
V-絮凝池的有效容積(m3);
H-有效水深(m)。
(三)單格面積
f=Q/V=0.243/0.12=2.03m2
式中:
f-單格面積(m2);
Q-單個絮凝池處理水量(m3/s);
v-豎井內(nèi)流速(m/s),規(guī)范要求0.10~0.14m/s。
假設(shè)柵格為正方形,尺寸1.45m×1.45m,每格實際面積為2.10m2,計算出分格數(shù)為:n=65.61/2.10=31.24,取整數(shù)n=32。每組池子布置4行,每行分8格,柵格混凝土厚度取0.2m,每個池子凈尺寸為:L=6.4m,B=13.0m。
(四)實際絮凝時間
t=nfH/Q=32×2.1×4/0.243=18.43min?
式中:
t-實際絮凝時間(min);
n-柵格個數(shù);
f-單格實際面積(m2);
H-有效水深(m);
Q-處理水量(m3/s)。
(五)絮凝池排泥
泥斗深度取1.0m,泥斗底邊寬度取0.4m,斗坡與水平夾角為62°>45°,符合要求;排泥采用多斗式排泥,每四格為一組排泥,共設(shè)八組,污泥由斗內(nèi)排泥支管排至排泥管,每組排泥管管口安裝快開排泥閘閥。?
(六)絮凝池高度?
絮凝池保護高度取0.4m,泥斗深度1.0m,池子的總高度為5.4m。?
(七)過水孔洞和網(wǎng)格設(shè)置?
過水孔洞的流速分三段,段取0.25m/s,第二段取0.17m/s,第三段取0.12m/s。?
段孔洞尺寸:A1=Q/V=0.243/0.25=0.972m2,取尺寸為1.45m×0.7m;?
第二段孔洞尺寸:A2=Q/V=0.243/0.17=1.430m2,取尺寸為1.45m×1.0m;?
第三段孔洞尺寸:A3=Q/V=0.243/0.12=2.025m2,取尺寸為1.45m×1.4m。?
網(wǎng)格設(shè)置:前兩段安裝網(wǎng)格,段每格安裝2層,共22層,孔眼尺寸為80mm×80mm,過孔流速為0.28m/s;第二段每格安裝1層,共11層,孔眼尺寸為100mm×100mm,過孔流速為0.23m/s;第三段不安裝。?
(八)水頭損失計算?
1、網(wǎng)格水頭損失?
局部水頭損失公式hn=ζv2/2g?
式中:hn-每層網(wǎng)格水頭損失(m);ζ-網(wǎng)格阻力系數(shù),一般前段取1.0,中段取0.9,;v-各段過網(wǎng)流速(m/s)。?
段通過網(wǎng)格水頭損失:h1=?0.088m;?
第二段通過網(wǎng)格水頭損失:h2=?0.027m;?
通過網(wǎng)格總水頭損失:h=?h1+?h2=0.088+0.027=0.115m。?
2、孔洞水頭損失?
局部水頭損失公式hn=ζv2/2g?
式中:hn-每個孔洞水頭損失(m);
ζ-孔洞阻力系數(shù),一般取3.0;
v-孔洞流速(m/s)。
段通過孔洞水頭損失:h1=0.105m;
第二段通過孔洞水頭損失:h2=0.049m;?
第三段通過孔洞水頭損失:h3=0.022m;?
通過孔洞總水頭損失:h=?h1+?h2+?h3=0.105+0.049+0.022=0.176m。?通過絮凝池的總水頭損失為0.291m。?
(九)過渡段?
絮凝池后設(shè)置過渡段,過渡段中間設(shè)置配水堰,過渡段寬度取1.9m,配水堰厚度0.30m。
實際工程中,網(wǎng)格絮凝池內(nèi)渦旋尺度很難測試,只有通過設(shè)計計算網(wǎng)格尺度,網(wǎng)眼尺寸等利用雷諾數(shù)去間接地表示水流的紊流度及紊流中的渦旋情況來控制反應(yīng)效果。雖然說“甘布公式”的應(yīng)用某種程度上與這種紊流流態(tài)的絮凝理論有些不符,但實際工程計算上主要還通過其來進行計算,易于操作應(yīng)用。