[发明专利]控制紊流能耗的水力混合絮凝装置

说明书

本发明涉及给水净化工艺技术，具体地说是一种控制紊流能耗的水力混合絮凝装置。

混合絮凝是以地表水为水源的给水净化工艺中的关键环节之一，它将直接影响净化效果、制水成本、基建投资以及操作管理。当前，国内外混凝设备的水力停留时间按设计规范一般为30分钟，近年来，国内外用于生产的效率较高的混凝设备有荷兰Vanswaay公司的CPT波纹板装置，其混合时间为0.5～1秒钟，絮凝时间为7分钟，国内的折板等絮凝装置的絮凝时间亦在7分钟左右。波纹板以及折板絮凝装置都属于受壁面影响的近壁紊流的扰流装置，其效率虽然比传统絮凝池有较大提高，但共同缺点是所需要的填充材料比较多，特别是密集的波纹板（玻璃钢或塑料板）填料，其价格比较昂贵，加工制作及安装都比较麻烦，其输入能量的有效利用率虽然比传统絮凝池高，但与按不受壁面影响的自由紊流原理设计的扰流装置相比，能量利用率偏低。

本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种控制紊流能耗的水力混合絮凝装置，使其能提高混凝效率和效果，降低能耗和药耗，节省投资和占地面积，便于安装和管理。

通过研究，采取下述原理和技术措施，是实现本发明的根本保证，即从理论上提出将水流结构（λ₀）、混凝机理（λ₀≈d）、混凝能耗（ε或G）三者统一起来的应用技术原理。其核心内容是：从定量分析上确定混凝全过程不同阶段有效能耗理论值的概念及其计算方法。其技术关键是：研究了紊流运动自然衰减规律在技术系统人为条件下的具体表现和应用形式。根据凝聚和絮凝体逐渐长大的一般规律和资料，提出控制紊流能耗的定量范围，经计算将不同阶段混凝有效能耗的理论值列于下表，表中反映了在混凝过程的各阶段中与颗粒粒径相近的紊动波长（λ₀）及其能量。（一般的教科书中称λ₀为涡旋微尺度，经研究我们发现它具有紊动波长的性质，故称λ₀为紊动波长）。

以表中理论值的计算为依据，对混凝全过程的各阶段按不同数量级进行能量分配，按各阶段的能级范围设计混凝装置就能达到一定的混凝效果。

根据表中混合阶段的能级范围设计的混合装置由锥帽10，支架11，孔板12所组成，该装置的主要 作用是将原水及药剂的混合水流通过锥帽帽沿形成锐缘脱体绕流，通过支架及孔板形成射流，使原水和药剂完成高梯度瞬时混合，在极短时间内形成对初始颗粒碰撞集聚所需要的水流结构，在水流中迅速形成微小矾花，从而达到均匀扩散、快速混合、降低药耗的目的。通过试验研究，当进水管断面面积为F时，混合装置的各部位尺寸有如下关系：

锥帽帽沿外径：φ＝0.564F^0.5，

锥帽顶端剖面夹角为90°，

支架长度：l＝0.4515F^0.5，

支架宽度：b＝0.096F^0.5，

孔板直径：dg＝0.977F^0.5，

孔板设计运行流速控制范围：V＝1.2～1.8m/s，该流速范围可根据设计水量来选择不同规格的混合装置进行控制。