一、概述
“渦旋混凝低脈動沉淀給水處理技術(shù)“是根據(jù)王紹文教授提出的多相流動物系反應(yīng)控制慣性效應(yīng)理論，結(jié)合給水工程初中，經(jīng)近十年的研究而發(fā)明的。該技術(shù)涉及了給水處理中混合、絮凝反應(yīng)、沉淀三大主要工藝。
理論上，首次從湍流微結(jié)構(gòu)的尺度即亞微觀尺度對混凝的動力學(xué)問題進(jìn)行了深入的研究，提出了“慣性效應(yīng)“是絮凝的動力學(xué)致因，湍流剪切力是絮凝反應(yīng)中決定性的動力學(xué)因素，并建立了絮凝的動力相似準(zhǔn)則；首次指出擴(kuò)散過程應(yīng)分為宏觀擴(kuò)散與亞微觀擴(kuò)散兩個不同的物理過程，而亞微觀擴(kuò)散的動力學(xué)致因是慣性效應(yīng)，特別是湍流微渦旋的離心慣性效應(yīng)。由于新理論克服了現(xiàn)有傳統(tǒng)給水處理技術(shù)理論上的缺陷和實(shí)踐上的不足，因而導(dǎo)致了在給水處理技術(shù)上的重大突破。
實(shí)踐中，發(fā)明了串聯(lián)圓管初級混凝設(shè)備、小網(wǎng)格反應(yīng)設(shè)備、小間距斜板沉淀設(shè)備等三項(xiàng)專利。目前這項(xiàng)新技術(shù)已在大慶市、賓縣、海倫市、撫順市、清原縣、秦皇島市等地自來水公司成功地推廣使用，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。工程實(shí)踐證明：此項(xiàng)技術(shù)用于新建水廠，構(gòu)筑物基建投資可節(jié)約20－30％；用于舊水廠技術(shù)改造，可使處理水量增加75％－100％，而其改造投資僅為與凈增水量同等規(guī)模新建水廠投資的30％－50％。采用此項(xiàng)技術(shù)可使沉淀池出水濁度低于3度，濾后水接近0度，可節(jié)省濾池反沖洗水量50％，節(jié)省藥劑投加量30％，大大降低了運(yùn)行費(fèi)用和制水成本。
這項(xiàng)技術(shù)適應(yīng)廣泛，不僅對低溫低濁、汛期高濁水處理效果好，同時(shí)，對微污染原水具有較好的處理效果。可利用最小投資，取得最大效益，充分發(fā)揮現(xiàn)有供水設(shè)施的潛力，在短時(shí)間內(nèi)緩解城市供水短缺狀況，促進(jìn)城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。
二、“渦旋混凝低脈動沉淀給水處理技術(shù)“的工作機(jī)理
（一）混合
混合是反應(yīng)第一關(guān)，也是非常重要的一關(guān)，在這個過程中應(yīng)使混凝劑水解產(chǎn)物迅速地?cái)U(kuò)散到水體中的每一個細(xì)部，使所有膠體顆粒幾乎在同一瞬間脫穩(wěn)并凝聚，這樣才能得到好的絮凝效果。因?yàn)樵诨旌线^程中同時(shí)產(chǎn)生膠體顆粒脫與凝聚，可以把這個過程稱為初級混凝過程，但這個過程的主要作用是混合，因此都稱為混合過程。
混合問題的實(shí)質(zhì)是混凝劑水解產(chǎn)物在水中的擴(kuò)散問題，使水中膠體顆粒同時(shí)脫穩(wěn)產(chǎn)生凝聚，是取得好的絮凝效果的先決條件，也是節(jié)省投藥量的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的機(jī)械攪拌混合與孔室混合效果較差。近幾年，國內(nèi)外采用管式靜態(tài)混合器使混合效果有了比較明顯地提高，但由于人們對于多相物系反應(yīng)中亞微觀傳質(zhì)以及湍流微結(jié)構(gòu)在膠體顆粒初始凝聚時(shí)的作用認(rèn)識不清，故也防礙了混凝效果的進(jìn)一步提高?；炷齽┧猱a(chǎn)物在混合設(shè)備中的擴(kuò)散應(yīng)分為兩類：（1）宏觀擴(kuò)散，即使混凝劑水解產(chǎn)物擴(kuò)散到水體各個宏觀部位，其擴(kuò)散系數(shù)很大，這部分?jǐn)U散是由大渦旋的動力作用導(dǎo)致的，因而宏觀擴(kuò)散可以短時(shí)間內(nèi)完成；（2）亞微觀擴(kuò)散，即濁凝劑水解產(chǎn)物在極鄰近部位的擴(kuò)散，這部分?jǐn)U散系數(shù)比宏觀擴(kuò)散小幾個數(shù)量級。亞微觀擴(kuò)散的實(shí)質(zhì)是層流擴(kuò)散。因此使混凝劑水解產(chǎn)物擴(kuò)散到水體第一個細(xì)部是很困難的。在水處理反應(yīng)中亞微觀擴(kuò)散是起決定性作用的動力學(xué)因素。
例如高濁水的處理中，混凝劑水解產(chǎn)物的亞微觀擴(kuò)散成為控制處理效果的決定性因素。由于混凝劑的水解產(chǎn)物向極鄰近部擴(kuò)散的速度非常慢，在高濁期水中膠體顆粒數(shù)量非常多，因此沒等混凝劑水解產(chǎn)物在極鄰近部位擴(kuò)散，就被更靠近它的膠體顆粒接觸與捕捉。這樣就形成高濁時(shí)期有些地方混凝劑水解產(chǎn)物局部集中的地方礬花迅速長大，形成松散的礬花顆粒，遇到強(qiáng)的剪切力吸附橋則被剪斷，出現(xiàn)了局部過反應(yīng)現(xiàn)象。藥劑沒擴(kuò)散到的地方膠體顆粒尚未脫穩(wěn)，這部分絮凝反應(yīng)勢必不完善。這一方面是因?yàn)樗鼈兏簧弦衙摲€(wěn)膠體顆粒的反應(yīng)速度，另一方面是因?yàn)榛炷齽┘袇^(qū)域礬花迅速不合理長大，也使未脫穩(wěn)的膠體顆粒失去了反應(yīng)碰撞條件。這樣就導(dǎo)致了高濁時(shí)期污泥沉淀性能很差，水廠出水水質(zhì)不能保證。按傳統(tǒng)工藝建造的水廠，在特大高濁時(shí)都需大幅度降低其處理能力，以保證出水水質(zhì)。這是由于過去工程界的人們對亞微風(fēng)傳質(zhì)現(xiàn)象不認(rèn)識，對其傳質(zhì)的動力學(xué)致因也不認(rèn)識，因此傳統(tǒng)的混合設(shè)備無能力解決高濁時(shí)混合不均問題，這不僅使水廠在特大高濁時(shí)大幅度降低處理能力，而且造成藥劑的亞重浪費(fèi)和造成出水的PH值過低。
亞微觀擴(kuò)散究其實(shí)質(zhì)是層流擴(kuò)散，其擴(kuò)散規(guī)律與用蜚克定律描寫的宏觀擴(kuò)散規(guī)律完全不同。當(dāng)研究尺度接近湍流微結(jié)構(gòu)尺度時(shí)，物質(zhì)擴(kuò)散過程不一定是從濃度高的地方往低的地方擴(kuò)散。在湍流水流中亞微觀傳質(zhì)主要是由慣性效應(yīng)導(dǎo)致的物質(zhì)遷移造成的，特別是湍流微渦旋的離心慣性效應(yīng)。我們發(fā)明的串聯(lián)管式初級混凝設(shè)備和管式微渦初級混凝設(shè)備，就是利用高比例高強(qiáng)度微渦旋的離心慣性效應(yīng)來克服亞微觀傳質(zhì)阻力，增加亞微觀速率。生產(chǎn)使用證明這兩種設(shè)備在高濁時(shí)混合效果良好，不僅比傳統(tǒng)的靜態(tài)混合器可大幅度增加處理能力，也大大地節(jié)省了投藥量。
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絮凝是給水處理的最重要的工藝環(huán)節(jié)，濾池出水水質(zhì)主要由絮凝效果決定的。傳統(tǒng)廊道反應(yīng)、回轉(zhuǎn)孔室反應(yīng)以及回轉(zhuǎn)組合式隔板反應(yīng)的絮凝工藝，水在設(shè)備中停留20－30分鐘，水中尚有很多絮凝不完善的小顆粒。近年來，國內(nèi)出現(xiàn)了普通網(wǎng)板反應(yīng)；國外推出了折板式與波形板反應(yīng)設(shè)備，使絮凝效果有了比較明顯地改善。但由于人們對絮凝的動力學(xué)本質(zhì)認(rèn)認(rèn)不清楚，也就防礙了絮凝效果的進(jìn)一步提高。
1、絮凝的動力學(xué)致因
絮凝長大過程是微小顆粒接觸與碰撞的過程。絮凝效果的好壞取決于下面兩個因素：一是混凝劑水解后產(chǎn)生的高分子絡(luò)合物形成吸附架橋的聯(lián)結(jié)能力，這是由混凝劑的性質(zhì)決定的；二是微小顆粒碰撞的幾率和如何控制它們進(jìn)行合理的有效碰撞，這是由設(shè)備的動力學(xué)條件所決定的。導(dǎo)致水流中微小顆粒碰撞的動力學(xué)致因是什么，人們一直未搞清楚。水處理工程學(xué)科認(rèn)為速度梯度是水中微小顆粒碰撞的動力學(xué)致因。按照這一理論，要想增加碰撞幾率就必須增加速度梯度，增加速度梯度就必須增加水體的能耗，也就是增加絮凝池的流速，但是絮凝過程是速度受限過程，隨著礬花的長大，水流速度應(yīng)不斷減少。而在工程實(shí)踐中，網(wǎng)絡(luò)反應(yīng)池在網(wǎng)格后面一定距離處水流近似處于均勻各向同性湍流狀態(tài)，即在這個區(qū)域中不同的空間點(diǎn)上水流時(shí)平均速度都是相同的，速度梯度為零。按照速度梯度理論，速度梯度越大，顆粒碰撞次數(shù)越多，網(wǎng)格絮凝反應(yīng)池速度梯度為零，其反應(yīng)效率應(yīng)效果卻優(yōu)于其它傳統(tǒng)反應(yīng)設(shè)備。這一實(shí)例充分說明了速度梯度理論遠(yuǎn)未揭示絮凝的動力學(xué)本質(zhì)。
絮凝的動力學(xué)致因究竟是什么？是慣性效應(yīng)。因?yàn)樗沁B續(xù)介質(zhì)。水中的速度分布是連續(xù)的，沒有任何跳躍，水中兩個質(zhì)點(diǎn)相距越近其速度差越小，當(dāng)兩個質(zhì)點(diǎn)相距為無究不時(shí)，其速度差亦為無窮小，即無速度差。水中的顆粒尺度非常小，比重又與水相近，故此在水流中的跟隨性很好。如果這些顆粒隨水流同步運(yùn)動，由于沒有速度差就不會發(fā)生碰撞。由此可見要想使水流中顆粒相互碰撞，就必須使其與水流產(chǎn)生相對運(yùn)動，這樣水流就會顆粒運(yùn)動產(chǎn)生水力阻力。由于不同尺度顆粒所受水力阻力不同，所以不同尺度顆粒之間就產(chǎn)生了速度差。這一速度差為相鄰不同尺度顆粒的碰撞提供了條件。如何讓水中顆粒與水流產(chǎn)生相對運(yùn)動呢？最好的辦法是改變水流的速度。因不水的慣性（密度）與顆粒的慣性（密度）不同，當(dāng)水流速度變化時(shí)它們的速度變化（加速度）也不同，這就使得水與其中固體顆粒產(chǎn)生了相對運(yùn)動。為相鄰不同尺度顆粒碰撞提供了條件。這就是慣性效應(yīng)的基本理論。
改變速度方法有兩種：一是改變水流時(shí)平均速度大小。水力脈沖澄清池、波形板反應(yīng)池、孔室反應(yīng)池以及濾池的微絮凝主要就是利用水流時(shí)平均速度變化形成慣性效應(yīng)來進(jìn)行絮凝；二是改變水流方向。因?yàn)橥牧髦谐錆M著大大小小的渦旋，因此水流質(zhì)點(diǎn)在運(yùn)動時(shí)不斷地在改變自己的運(yùn)動方向。當(dāng)水流作渦旋運(yùn)動時(shí)在離心慣性力作用下固體顆粒沿徑向與水流產(chǎn)生相對運(yùn)動，為不同尺度顆粒沿湍流渦旋的徑向碰撞提供了條件。不同尺度顆粒在湍流渦旋中單位質(zhì)量所受離心慣性力是不同的，這個作用將增加不同尺度顆粒在湍流渦旋徑向碰撞的幾率。渦旋越小，其慣性力越強(qiáng)，慣性效應(yīng)越強(qiáng)絮凝作用就越好。由此可見湍流中的微小渦旋的離心慣性效應(yīng)是絮凝的重要的動力學(xué)致因。由此可看出，如果能在絮凝池中大幅度地增加湍流微渦旋的比例，就可以大幅度地增國顆粒碰撞次數(shù)，有效地改善絮凝效果。這可以在絮凝池的流動通道上增設(shè)多層小孔眼格網(wǎng)的辦法來實(shí)現(xiàn)。由于過網(wǎng)水流的慣性作用，使過網(wǎng)水流的大渦旋變成小渦旋，小渦旋變成更小的渦旋。不設(shè)網(wǎng)格的絮凝池湍流的最大渦旋尺度與絮凝池通道尺度同一數(shù)量級。當(dāng)增設(shè)格網(wǎng)之后，最大渦旋尺度與網(wǎng)眼尺度同一數(shù)量級。增設(shè)小孔眼格網(wǎng)這后有如下作用：（1）水流通過格網(wǎng)的區(qū)段是速度激烈變化的區(qū)段，也是慣性效應(yīng)最強(qiáng)、顆粒碰撞幾率最高的區(qū)段；（2）小孔眼格網(wǎng)之后湍流的渦旋尺度大幅度減少，微渦旋比例增強(qiáng)，渦旋的離心慣性效應(yīng)增加，有效地增加了顆粒碰撞次數(shù)；（3）由于過網(wǎng)水流的慣性作用，礬花產(chǎn)生強(qiáng)烈的變形，使礬花中處于吸咐能級低的部分，由于其變形揉動作用達(dá)到高吸能級的部位，這樣就使得通過網(wǎng)格之后礬花變得更密實(shí)。
2、礬花的合理的有效碰撞
要達(dá)到好的絮凝效果除了要有顆粒大量碰撞之外，還需要控制顆粒合理的有效碰撞。使顆粒凝聚起來的碰撞稱之為有效碰撞。一方面，如果在絮凝中顆粒凝聚長大得過快會出現(xiàn)兩個問題：（1）礬花長得過快其強(qiáng)度則減弱，在流動過程中遇到強(qiáng)的剪切就會使吸附架橋被剪斷，被剪斷的吸附架橋很難再連續(xù)起來，這種現(xiàn)象稱之為過反應(yīng)現(xiàn)象，應(yīng)該被絕對禁止；（2）一些礬花過快的長大會使水中礬花比表面積急劇減少，一些反應(yīng)不完善的小顆粒失去了反應(yīng)條件，這些小顆粒與大顆粒碰撣幾率急劇減少，很難再長大起來，這些顆粒不僅不能為沉淀池所截留，也很難為濾池截留。另一方面，絮凝池中礬花顆粒也不能長得過慢，礬花長得過慢雖然密實(shí)，但當(dāng)其達(dá)到沉淀池時(shí)，還有很多顆粒沒有長到沉淀尺度，出水水質(zhì)也不會好。此由看到在絮凝池設(shè)計(jì)中應(yīng)控制礬花顆粒的合理長大。
礬花的顆粒尺度與其密實(shí)度取決兩方面因素：其一是混凝水解產(chǎn)物形成的吸附架橋的聯(lián)結(jié)能力；其二是湍流剪切力。正是這兩個力的對比關(guān)系決定了礬花顆粒尺度與其密實(shí)度。吸附架橋的聯(lián)結(jié)能力是由混凝劑性質(zhì)決定的，而湍流的剪切力是由構(gòu)筑物創(chuàng)造的流動條件所決定的。如果在絮凝池的設(shè)計(jì)中能有效的控制湍流剪切力，就能很好的保證絮凝效果。
多相流動物系反應(yīng)控制理論的提出，真正建立起水處理工藝中的動力相似。使我們認(rèn)識到湍流剪切力是絮凝過程中的控制動力學(xué)因素，如果在大小兩個不同的絮凝工藝中，其湍流剪切力相等，那么具有同樣聯(lián)結(jié)強(qiáng)度的礬花顆?？梢栽趦蓚€不同尺度的絮凝過程中同時(shí)存在，這在某種意義上也就實(shí)現(xiàn)了兩個絮凝過程絮凝效果的相似。弗羅德數(shù)可以作為相似準(zhǔn)則數(shù)，可以表明湍流剪切力的大小，兩個尺度不同的絮凝過程當(dāng)其弗羅德數(shù)相等時(shí)，其湍流剪切力就近似相等，絮凝效果就基本相似。但只控制湍流剪切力相等并不能完全控制絮凝效果的相似，因?yàn)橥牧骷羟辛ο嗟葧r(shí)兩個不同的絮凝過程的礬花聯(lián)結(jié)強(qiáng)度相等，但礬花的密實(shí)度與沉淀性能卻不一定相同。礬花的密實(shí)程度可用湍動度來控制，湍動度值越大表明在固定時(shí)間內(nèi)流過固定空間點(diǎn)的渦旋數(shù)量越多，渦旋強(qiáng)度越大，礬花也越密實(shí)。在實(shí)際工程中是不可能測定湍動度的。慶幸的是當(dāng)湍流剪切力相等時(shí)，尺度越大的絮凝池其水流速度也越高，因此礬花的碰撞強(qiáng)度越大，形成的礬花越密實(shí)，這已為試驗(yàn)與生產(chǎn)實(shí)踐所證實(shí)。這樣就可以保證把小尺度的試驗(yàn)結(jié)果按照弗羅德數(shù)相等來放大，放大后的絮凝效果會更好、更可靠。因而我們也可以通過科學(xué)地布設(shè)多層網(wǎng)格，通過弗羅德數(shù)這個相似準(zhǔn)則，來控制絮凝過程中水流的剪切力和湍動度，形成易于沉淀的密實(shí)礬花。
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沉淀設(shè)備是水處理工藝中泥水分離的重要環(huán)節(jié)，其運(yùn)行狀況直接影響出水水質(zhì)。
傳統(tǒng)的平流沉淀池優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡單，工作安全可靠；缺點(diǎn)是占地面積大，處理效率低，要想降低濾前水的濁度就要較大地加大沉淀池的長度。淺池理論的出現(xiàn)使沉淀技術(shù)有了長足的進(jìn)步。七十年代以后，我國各地水廠普遍使用了斜管沉淀池，沉淀效率得到了大幅度提高。但經(jīng)過幾十年應(yīng)用其可靠性遠(yuǎn)不如平流沉淀池，特別是高濁時(shí)期、低溫低濁時(shí)期以及投藥不正常時(shí)期。
傳統(tǒng)沉淀理論認(rèn)為斜板、斜管沉淀池中水流處于層流狀態(tài)。其實(shí)不然，實(shí)際上在斜管沉淀池中水流是有脈動的，這是因?yàn)楫?dāng)斜管中大的礬花顆粒在沉淀中與水產(chǎn)生相對運(yùn)動，會在礬花顆粒后面產(chǎn)生小旋渦，這些旋渦的產(chǎn)生與運(yùn)動造成了水流的脈動。這些脈動對于大的礬花顆粒的沉淀無什么影響，對于反應(yīng)不完全小顆粒的沉淀起到頂托作用，故此此也就影響了出水水質(zhì)。為了克服這一現(xiàn)象，抑制水流的脈動，我們推出了小間距斜板沉淀設(shè)備。這一設(shè)備還有下面一些優(yōu)點(diǎn)：（1）由于間距明顯減少，礬花沉淀距離也明顯減少，使更多小顆?？梢猿恋硐聛?；（2）由于間距減少，水力阻力增大，使之占水流在沉淀池中水力阻力的主要部分，這樣沉淀池中流量分布均勻，與斜管相比明顯地改善了沉淀?xiàng)l件；（3）這種設(shè)備由于下面幾個原因其排泥性能遠(yuǎn)優(yōu)于其他形式的淺池沉淀池；（a）這種設(shè)備基本無側(cè)向約束；（b）這種設(shè)備沉淀面積與排泥面積相等；對普通斜管來說排泥面積只占其沉淀面積的一半，在特殊時(shí)期如高濁期，低溫濁期或加藥失誤時(shí)期污泥沉降性能、特別是排泥性能明顯變壞，在斜管排泥面的邊緣處由于沉積數(shù)量與斜面上滑落下來的污泥數(shù)量大于排走的數(shù)量，造成了污泥的堆積。所以一旦在斜管的角落處產(chǎn)生污泥的堆積，所以一旦在斜管角落處產(chǎn)生污泥的堆積，就產(chǎn)生了污泥堆積的惡性循環(huán)。這種作用開始時(shí)由于斜管上升流速的增加，沉淀效果變壞，沉后水濁度增高，當(dāng)污泥堆積到一定程度時(shí)，由于上升流速的提高，可以把已積沉在斜管上的污泥卷起，使水質(zhì)嚴(yán)重惡化。正是這一原因才使得南方很多地區(qū)又由斜管沉淀池改為平流沉淀池。而小間距斜板沉淀池其排泥面積是普通斜管的4倍多，單位面積排泥負(fù)荷尚不到斜管的1／4，故在任何時(shí)期排泥均無障礙。
三、“渦旋混凝低脈動沉淀給水處理技術(shù)“的工藝特點(diǎn)
?。ㄒ唬┨幚硇矢?、占地面積小、經(jīng)濟(jì)效益顯著。
由于混合迅速（3－30秒），反應(yīng)時(shí)間短（5－10分鐘），沉淀池上升流速高（2．5－3．5mm/s），因此可大為縮短水在處理構(gòu)筑物中的停留時(shí)間，大幅度提高處理效率，因而也就節(jié)省了構(gòu)筑物的基建投資。工程實(shí)踐證實(shí)：與傳統(tǒng)工藝相比，采用新技術(shù)對舊水廠挖潛改造，在構(gòu)筑物容積不增加的情況下，可使處理水量凈增75－100％，而改造投資僅相當(dāng)于新建一座同等規(guī)模新水廠投資的30－50％；用于新建水廠，主體工藝構(gòu)筑物可節(jié)省投資20－30％，并可大幅度減少主體構(gòu)筑物占地面積。與平流沉淀池比較可節(jié)省80％，與斜管沉淀池比較可節(jié)省40％。
?。ǘ┨幚硭|(zhì)優(yōu)，社會效益好，水質(zhì)效益可觀。
幾年運(yùn)行實(shí)踐證明，這項(xiàng)工藝可使沉后水濁度穩(wěn)定在3度以下，濾后水接近0度，這就形成了一個很高的水質(zhì)效益。水質(zhì)效益一方面就是社會效益，另一方面是潛在的經(jīng)濟(jì)效益。
我國現(xiàn)行飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為濁度不超過3度，而發(fā)達(dá)國家標(biāo)準(zhǔn)是不超過1度。隨著人民生活水平的提高，我國也將進(jìn)一步提高生活用水標(biāo)準(zhǔn)。如果其標(biāo)準(zhǔn)提高到1度，那么大部分城市現(xiàn)有處理設(shè)備和工藝是難以達(dá)到的，只有通過大幅度投資擴(kuò)建新水廠，才能解決水質(zhì)和水量的矛盾。而采用此工藝可穩(wěn)定保持出廠水濁度低于1度。由此可見，其潛在的水質(zhì)效益是相當(dāng)可觀的。
?。ㄈ┛箾_擊能力強(qiáng)，適用水質(zhì)廣泛。
實(shí)踐證明，此項(xiàng)技術(shù)抗沖擊的能力較強(qiáng)，當(dāng)原水濁度、進(jìn)水流量，投加藥量發(fā)生一些變化時(shí)，沉淀池出水濁度不象傳統(tǒng)工藝那樣敏感。其原因是，這項(xiàng)工藝的沉淀池上升流速按3．5mm/s設(shè)計(jì)時(shí)尚有很大潛力。運(yùn)行實(shí)踐表明。這項(xiàng)工藝對低溫低濁、汛期高濁以及微污染等特殊原水水質(zhì)的處理均非常有效。
低溫低濁水中固體顆粒少，顆粒尺度小，有機(jī)物含量相對高，比重小。從顆粒級配來看也相對均勻，加之低溫時(shí)藥劑吸附架橋能力下降，這些都給絮凝與沉降帶來困難。新技術(shù)采用的小孔眼格網(wǎng)絮凝設(shè)備，可大幅度增加顆粒碰撞幾率，克服了固體顆粒少、難于相互碰撞的缺點(diǎn)，形成比較密實(shí)的礬花，在小間距斜板上有效的沉淀下來。
對高濁水來說，顆粒碰撞已不成問題，但在這種情況下混凝劑的亞微觀傳質(zhì)在混合設(shè)備中完成。也就是說，有一部分地方會出現(xiàn)過反應(yīng)情況，而這些地方反應(yīng)不足，致使絮凝效果惡化，以致于礬花沉降性能變壞；再加上斜管沉淀池本身結(jié)構(gòu)導(dǎo)致排泥不暢的缺點(diǎn)，使得高濁水處理成為難題。新技術(shù)由于能在各種情況下迅速完成藥劑的亞微觀擴(kuò)散，同時(shí)小間距斜板克服了普通斜管排泥不暢的缺點(diǎn)，故此對高濁水處理十分有效。
我國目前普遍采用強(qiáng)氧化劑預(yù)氧化或生物預(yù)處理措施去除微污染。然而，無論何種預(yù)處理方法，都要通過反應(yīng)使水中的有機(jī)物析出，使它們達(dá)到膠體顆粒尺度，最終通過絮凝、沉淀、過濾的方法與水中的其他顆粒一起去除。因此，高效能的絮凝與沉淀設(shè)備是去除微污染更有效的設(shè)備。大慶市八百坰水廠改造實(shí)踐證明，這項(xiàng)新技術(shù)在去除水中有機(jī)污染方面同樣行之有效。
（四）制水成本降低。
1、由于新技術(shù)采用先進(jìn)的混合及反應(yīng)設(shè)備，可節(jié)省投藥量30％；
2、由于新技術(shù)沉后水濁度在3度以下，減輕了濾池負(fù)擔(dān)，因此濾池反沖洗水可節(jié)省50％左右，并可延長濾料更換周期；
3、對舊水廠改造，水量增加而管理人員無需增加，運(yùn)行管理費(fèi)用大為降低；
4、基建費(fèi)用的大幅度節(jié)省，可較大程度降低投資折舊率。
從以上四個方面來看，新技術(shù)的使用可使制水成本顯著降低。
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此項(xiàng)技術(shù)用于舊水廠挖潛改造，從設(shè)計(jì)到安裝調(diào)試只需2－3個月，可以在短時(shí)間內(nèi)解決城市供水不足的狀況。
隨著我國城市建設(shè)的迅速發(fā)展，很多城市供水設(shè)施由于投資緊張，都嚴(yán)重滯后于城市的發(fā)展，造成很多城市缺水的局面。加之水質(zhì)污染，水土流失等因素的影響，傳統(tǒng)工藝暴露出難以克服的問題，而影響優(yōu)質(zhì)供水。而這項(xiàng)新技術(shù)可以有效解決傳統(tǒng)工藝無法解決的問題。
總之，這項(xiàng)新技術(shù)具有處理效率高、水質(zhì)好、投資省、制水成本低等特點(diǎn)。此技術(shù)的推廣應(yīng)用，可最大限度地挖掘利用現(xiàn)有水資源和供水設(shè)施的潛力，利用最小投資取得最大效益。我們愿與全國各城市水司竭誠合作，使這項(xiàng)技術(shù)得以更快地推廣，造福于當(dāng)?shù)厝嗣瘛?/div>
“渦旋混凝低脈動沉淀給水處理技術(shù)“是根據(jù)王紹文教授提出的多相流動物系反應(yīng)控制慣性效應(yīng)理論，結(jié)合給水工程初中，經(jīng)近十年的研究而發(fā)明的。該技術(shù)涉及了給水處理中混合、絮凝反應(yīng)、沉淀三大主要工藝。
理論上，首次從湍流微結(jié)構(gòu)的尺度即亞微觀尺度對混凝的動力學(xué)問題進(jìn)行了深入的研究，提出了“慣性效應(yīng)“是絮凝的動力學(xué)致因，湍流剪切力是絮凝反應(yīng)中決定性的動力學(xué)因素，并建立了絮凝的動力相似準(zhǔn)則；首次指出擴(kuò)散過程應(yīng)分為宏觀擴(kuò)散與亞微觀擴(kuò)散兩個不同的物理過程，而亞微觀擴(kuò)散的動力學(xué)致因是慣性效應(yīng)，特別是湍流微渦旋的離心慣性效應(yīng)。由于新理論克服了現(xiàn)有傳統(tǒng)給水處理技術(shù)理論上的缺陷和實(shí)踐上的不足，因而導(dǎo)致了在給水處理技術(shù)上的重大突破。
實(shí)踐中，發(fā)明了串聯(lián)圓管初級混凝設(shè)備、小網(wǎng)格反應(yīng)設(shè)備、小間距斜板沉淀設(shè)備等三項(xiàng)專利。目前這項(xiàng)新技術(shù)已在大慶市、賓縣、海倫市、撫順市、清原縣、秦皇島市等地自來水公司成功地推廣使用，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。工程實(shí)踐證明：此項(xiàng)技術(shù)用于新建水廠，構(gòu)筑物基建投資可節(jié)約20－30％；用于舊水廠技術(shù)改造，可使處理水量增加75％－100％，而其改造投資僅為與凈增水量同等規(guī)模新建水廠投資的30％－50％。采用此項(xiàng)技術(shù)可使沉淀池出水濁度低于3度，濾后水接近0度，可節(jié)省濾池反沖洗水量50％，節(jié)省藥劑投加量30％，大大降低了運(yùn)行費(fèi)用和制水成本。
這項(xiàng)技術(shù)適應(yīng)廣泛，不僅對低溫低濁、汛期高濁水處理效果好，同時(shí)，對微污染原水具有較好的處理效果。可利用最小投資，取得最大效益，充分發(fā)揮現(xiàn)有供水設(shè)施的潛力，在短時(shí)間內(nèi)緩解城市供水短缺狀況，促進(jìn)城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。
二、“渦旋混凝低脈動沉淀給水處理技術(shù)“的工作機(jī)理
（一）混合
混合是反應(yīng)第一關(guān)，也是非常重要的一關(guān)，在這個過程中應(yīng)使混凝劑水解產(chǎn)物迅速地?cái)U(kuò)散到水體中的每一個細(xì)部，使所有膠體顆粒幾乎在同一瞬間脫穩(wěn)并凝聚，這樣才能得到好的絮凝效果。因?yàn)樵诨旌线^程中同時(shí)產(chǎn)生膠體顆粒脫與凝聚，可以把這個過程稱為初級混凝過程，但這個過程的主要作用是混合，因此都稱為混合過程。
混合問題的實(shí)質(zhì)是混凝劑水解產(chǎn)物在水中的擴(kuò)散問題，使水中膠體顆粒同時(shí)脫穩(wěn)產(chǎn)生凝聚，是取得好的絮凝效果的先決條件，也是節(jié)省投藥量的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的機(jī)械攪拌混合與孔室混合效果較差。近幾年，國內(nèi)外采用管式靜態(tài)混合器使混合效果有了比較明顯地提高，但由于人們對于多相物系反應(yīng)中亞微觀傳質(zhì)以及湍流微結(jié)構(gòu)在膠體顆粒初始凝聚時(shí)的作用認(rèn)識不清，故也防礙了混凝效果的進(jìn)一步提高?；炷齽┧猱a(chǎn)物在混合設(shè)備中的擴(kuò)散應(yīng)分為兩類：（1）宏觀擴(kuò)散，即使混凝劑水解產(chǎn)物擴(kuò)散到水體各個宏觀部位，其擴(kuò)散系數(shù)很大，這部分?jǐn)U散是由大渦旋的動力作用導(dǎo)致的，因而宏觀擴(kuò)散可以短時(shí)間內(nèi)完成；（2）亞微觀擴(kuò)散，即濁凝劑水解產(chǎn)物在極鄰近部位的擴(kuò)散，這部分?jǐn)U散系數(shù)比宏觀擴(kuò)散小幾個數(shù)量級。亞微觀擴(kuò)散的實(shí)質(zhì)是層流擴(kuò)散。因此使混凝劑水解產(chǎn)物擴(kuò)散到水體第一個細(xì)部是很困難的。在水處理反應(yīng)中亞微觀擴(kuò)散是起決定性作用的動力學(xué)因素。
例如高濁水的處理中，混凝劑水解產(chǎn)物的亞微觀擴(kuò)散成為控制處理效果的決定性因素。由于混凝劑的水解產(chǎn)物向極鄰近部擴(kuò)散的速度非常慢，在高濁期水中膠體顆粒數(shù)量非常多，因此沒等混凝劑水解產(chǎn)物在極鄰近部位擴(kuò)散，就被更靠近它的膠體顆粒接觸與捕捉。這樣就形成高濁時(shí)期有些地方混凝劑水解產(chǎn)物局部集中的地方礬花迅速長大，形成松散的礬花顆粒，遇到強(qiáng)的剪切力吸附橋則被剪斷，出現(xiàn)了局部過反應(yīng)現(xiàn)象。藥劑沒擴(kuò)散到的地方膠體顆粒尚未脫穩(wěn)，這部分絮凝反應(yīng)勢必不完善。這一方面是因?yàn)樗鼈兏簧弦衙摲€(wěn)膠體顆粒的反應(yīng)速度，另一方面是因?yàn)榛炷齽┘袇^(qū)域礬花迅速不合理長大，也使未脫穩(wěn)的膠體顆粒失去了反應(yīng)碰撞條件。這樣就導(dǎo)致了高濁時(shí)期污泥沉淀性能很差，水廠出水水質(zhì)不能保證。按傳統(tǒng)工藝建造的水廠，在特大高濁時(shí)都需大幅度降低其處理能力，以保證出水水質(zhì)。這是由于過去工程界的人們對亞微風(fēng)傳質(zhì)現(xiàn)象不認(rèn)識，對其傳質(zhì)的動力學(xué)致因也不認(rèn)識，因此傳統(tǒng)的混合設(shè)備無能力解決高濁時(shí)混合不均問題，這不僅使水廠在特大高濁時(shí)大幅度降低處理能力，而且造成藥劑的亞重浪費(fèi)和造成出水的PH值過低。
亞微觀擴(kuò)散究其實(shí)質(zhì)是層流擴(kuò)散，其擴(kuò)散規(guī)律與用蜚克定律描寫的宏觀擴(kuò)散規(guī)律完全不同。當(dāng)研究尺度接近湍流微結(jié)構(gòu)尺度時(shí)，物質(zhì)擴(kuò)散過程不一定是從濃度高的地方往低的地方擴(kuò)散。在湍流水流中亞微觀傳質(zhì)主要是由慣性效應(yīng)導(dǎo)致的物質(zhì)遷移造成的，特別是湍流微渦旋的離心慣性效應(yīng)。我們發(fā)明的串聯(lián)管式初級混凝設(shè)備和管式微渦初級混凝設(shè)備，就是利用高比例高強(qiáng)度微渦旋的離心慣性效應(yīng)來克服亞微觀傳質(zhì)阻力，增加亞微觀速率。生產(chǎn)使用證明這兩種設(shè)備在高濁時(shí)混合效果良好，不僅比傳統(tǒng)的靜態(tài)混合器可大幅度增加處理能力，也大大地節(jié)省了投藥量。
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絮凝是給水處理的最重要的工藝環(huán)節(jié)，濾池出水水質(zhì)主要由絮凝效果決定的。傳統(tǒng)廊道反應(yīng)、回轉(zhuǎn)孔室反應(yīng)以及回轉(zhuǎn)組合式隔板反應(yīng)的絮凝工藝，水在設(shè)備中停留20－30分鐘，水中尚有很多絮凝不完善的小顆粒。近年來，國內(nèi)出現(xiàn)了普通網(wǎng)板反應(yīng)；國外推出了折板式與波形板反應(yīng)設(shè)備，使絮凝效果有了比較明顯地改善。但由于人們對絮凝的動力學(xué)本質(zhì)認(rèn)認(rèn)不清楚，也就防礙了絮凝效果的進(jìn)一步提高。
1、絮凝的動力學(xué)致因
絮凝長大過程是微小顆粒接觸與碰撞的過程。絮凝效果的好壞取決于下面兩個因素：一是混凝劑水解后產(chǎn)生的高分子絡(luò)合物形成吸附架橋的聯(lián)結(jié)能力，這是由混凝劑的性質(zhì)決定的；二是微小顆粒碰撞的幾率和如何控制它們進(jìn)行合理的有效碰撞，這是由設(shè)備的動力學(xué)條件所決定的。導(dǎo)致水流中微小顆粒碰撞的動力學(xué)致因是什么，人們一直未搞清楚。水處理工程學(xué)科認(rèn)為速度梯度是水中微小顆粒碰撞的動力學(xué)致因。按照這一理論，要想增加碰撞幾率就必須增加速度梯度，增加速度梯度就必須增加水體的能耗，也就是增加絮凝池的流速，但是絮凝過程是速度受限過程，隨著礬花的長大，水流速度應(yīng)不斷減少。而在工程實(shí)踐中，網(wǎng)絡(luò)反應(yīng)池在網(wǎng)格后面一定距離處水流近似處于均勻各向同性湍流狀態(tài)，即在這個區(qū)域中不同的空間點(diǎn)上水流時(shí)平均速度都是相同的，速度梯度為零。按照速度梯度理論，速度梯度越大，顆粒碰撞次數(shù)越多，網(wǎng)格絮凝反應(yīng)池速度梯度為零，其反應(yīng)效率應(yīng)效果卻優(yōu)于其它傳統(tǒng)反應(yīng)設(shè)備。這一實(shí)例充分說明了速度梯度理論遠(yuǎn)未揭示絮凝的動力學(xué)本質(zhì)。
絮凝的動力學(xué)致因究竟是什么？是慣性效應(yīng)。因?yàn)樗沁B續(xù)介質(zhì)。水中的速度分布是連續(xù)的，沒有任何跳躍，水中兩個質(zhì)點(diǎn)相距越近其速度差越小，當(dāng)兩個質(zhì)點(diǎn)相距為無究不時(shí)，其速度差亦為無窮小，即無速度差。水中的顆粒尺度非常小，比重又與水相近，故此在水流中的跟隨性很好。如果這些顆粒隨水流同步運(yùn)動，由于沒有速度差就不會發(fā)生碰撞。由此可見要想使水流中顆粒相互碰撞，就必須使其與水流產(chǎn)生相對運(yùn)動，這樣水流就會顆粒運(yùn)動產(chǎn)生水力阻力。由于不同尺度顆粒所受水力阻力不同，所以不同尺度顆粒之間就產(chǎn)生了速度差。這一速度差為相鄰不同尺度顆粒的碰撞提供了條件。如何讓水中顆粒與水流產(chǎn)生相對運(yùn)動呢？最好的辦法是改變水流的速度。因不水的慣性（密度）與顆粒的慣性（密度）不同，當(dāng)水流速度變化時(shí)它們的速度變化（加速度）也不同，這就使得水與其中固體顆粒產(chǎn)生了相對運(yùn)動。為相鄰不同尺度顆粒碰撞提供了條件。這就是慣性效應(yīng)的基本理論。
改變速度方法有兩種：一是改變水流時(shí)平均速度大小。水力脈沖澄清池、波形板反應(yīng)池、孔室反應(yīng)池以及濾池的微絮凝主要就是利用水流時(shí)平均速度變化形成慣性效應(yīng)來進(jìn)行絮凝；二是改變水流方向。因?yàn)橥牧髦谐錆M著大大小小的渦旋，因此水流質(zhì)點(diǎn)在運(yùn)動時(shí)不斷地在改變自己的運(yùn)動方向。當(dāng)水流作渦旋運(yùn)動時(shí)在離心慣性力作用下固體顆粒沿徑向與水流產(chǎn)生相對運(yùn)動，為不同尺度顆粒沿湍流渦旋的徑向碰撞提供了條件。不同尺度顆粒在湍流渦旋中單位質(zhì)量所受離心慣性力是不同的，這個作用將增加不同尺度顆粒在湍流渦旋徑向碰撞的幾率。渦旋越小，其慣性力越強(qiáng)，慣性效應(yīng)越強(qiáng)絮凝作用就越好。由此可見湍流中的微小渦旋的離心慣性效應(yīng)是絮凝的重要的動力學(xué)致因。由此可看出，如果能在絮凝池中大幅度地增加湍流微渦旋的比例，就可以大幅度地增國顆粒碰撞次數(shù)，有效地改善絮凝效果。這可以在絮凝池的流動通道上增設(shè)多層小孔眼格網(wǎng)的辦法來實(shí)現(xiàn)。由于過網(wǎng)水流的慣性作用，使過網(wǎng)水流的大渦旋變成小渦旋，小渦旋變成更小的渦旋。不設(shè)網(wǎng)格的絮凝池湍流的最大渦旋尺度與絮凝池通道尺度同一數(shù)量級。當(dāng)增設(shè)格網(wǎng)之后，最大渦旋尺度與網(wǎng)眼尺度同一數(shù)量級。增設(shè)小孔眼格網(wǎng)這后有如下作用：（1）水流通過格網(wǎng)的區(qū)段是速度激烈變化的區(qū)段，也是慣性效應(yīng)最強(qiáng)、顆粒碰撞幾率最高的區(qū)段；（2）小孔眼格網(wǎng)之后湍流的渦旋尺度大幅度減少，微渦旋比例增強(qiáng)，渦旋的離心慣性效應(yīng)增加，有效地增加了顆粒碰撞次數(shù)；（3）由于過網(wǎng)水流的慣性作用，礬花產(chǎn)生強(qiáng)烈的變形，使礬花中處于吸咐能級低的部分，由于其變形揉動作用達(dá)到高吸能級的部位，這樣就使得通過網(wǎng)格之后礬花變得更密實(shí)。
2、礬花的合理的有效碰撞
要達(dá)到好的絮凝效果除了要有顆粒大量碰撞之外，還需要控制顆粒合理的有效碰撞。使顆粒凝聚起來的碰撞稱之為有效碰撞。一方面，如果在絮凝中顆粒凝聚長大得過快會出現(xiàn)兩個問題：（1）礬花長得過快其強(qiáng)度則減弱，在流動過程中遇到強(qiáng)的剪切就會使吸附架橋被剪斷，被剪斷的吸附架橋很難再連續(xù)起來，這種現(xiàn)象稱之為過反應(yīng)現(xiàn)象，應(yīng)該被絕對禁止；（2）一些礬花過快的長大會使水中礬花比表面積急劇減少，一些反應(yīng)不完善的小顆粒失去了反應(yīng)條件，這些小顆粒與大顆粒碰撣幾率急劇減少，很難再長大起來，這些顆粒不僅不能為沉淀池所截留，也很難為濾池截留。另一方面，絮凝池中礬花顆粒也不能長得過慢，礬花長得過慢雖然密實(shí)，但當(dāng)其達(dá)到沉淀池時(shí)，還有很多顆粒沒有長到沉淀尺度，出水水質(zhì)也不會好。此由看到在絮凝池設(shè)計(jì)中應(yīng)控制礬花顆粒的合理長大。
礬花的顆粒尺度與其密實(shí)度取決兩方面因素：其一是混凝水解產(chǎn)物形成的吸附架橋的聯(lián)結(jié)能力；其二是湍流剪切力。正是這兩個力的對比關(guān)系決定了礬花顆粒尺度與其密實(shí)度。吸附架橋的聯(lián)結(jié)能力是由混凝劑性質(zhì)決定的，而湍流的剪切力是由構(gòu)筑物創(chuàng)造的流動條件所決定的。如果在絮凝池的設(shè)計(jì)中能有效的控制湍流剪切力，就能很好的保證絮凝效果。
多相流動物系反應(yīng)控制理論的提出，真正建立起水處理工藝中的動力相似。使我們認(rèn)識到湍流剪切力是絮凝過程中的控制動力學(xué)因素，如果在大小兩個不同的絮凝工藝中，其湍流剪切力相等，那么具有同樣聯(lián)結(jié)強(qiáng)度的礬花顆?？梢栽趦蓚€不同尺度的絮凝過程中同時(shí)存在，這在某種意義上也就實(shí)現(xiàn)了兩個絮凝過程絮凝效果的相似。弗羅德數(shù)可以作為相似準(zhǔn)則數(shù)，可以表明湍流剪切力的大小，兩個尺度不同的絮凝過程當(dāng)其弗羅德數(shù)相等時(shí)，其湍流剪切力就近似相等，絮凝效果就基本相似。但只控制湍流剪切力相等并不能完全控制絮凝效果的相似，因?yàn)橥牧骷羟辛ο嗟葧r(shí)兩個不同的絮凝過程的礬花聯(lián)結(jié)強(qiáng)度相等，但礬花的密實(shí)度與沉淀性能卻不一定相同。礬花的密實(shí)程度可用湍動度來控制，湍動度值越大表明在固定時(shí)間內(nèi)流過固定空間點(diǎn)的渦旋數(shù)量越多，渦旋強(qiáng)度越大，礬花也越密實(shí)。在實(shí)際工程中是不可能測定湍動度的。慶幸的是當(dāng)湍流剪切力相等時(shí)，尺度越大的絮凝池其水流速度也越高，因此礬花的碰撞強(qiáng)度越大，形成的礬花越密實(shí)，這已為試驗(yàn)與生產(chǎn)實(shí)踐所證實(shí)。這樣就可以保證把小尺度的試驗(yàn)結(jié)果按照弗羅德數(shù)相等來放大，放大后的絮凝效果會更好、更可靠。因而我們也可以通過科學(xué)地布設(shè)多層網(wǎng)格，通過弗羅德數(shù)這個相似準(zhǔn)則，來控制絮凝過程中水流的剪切力和湍動度，形成易于沉淀的密實(shí)礬花。
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沉淀設(shè)備是水處理工藝中泥水分離的重要環(huán)節(jié)，其運(yùn)行狀況直接影響出水水質(zhì)。
傳統(tǒng)的平流沉淀池優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡單，工作安全可靠；缺點(diǎn)是占地面積大，處理效率低，要想降低濾前水的濁度就要較大地加大沉淀池的長度。淺池理論的出現(xiàn)使沉淀技術(shù)有了長足的進(jìn)步。七十年代以后，我國各地水廠普遍使用了斜管沉淀池，沉淀效率得到了大幅度提高。但經(jīng)過幾十年應(yīng)用其可靠性遠(yuǎn)不如平流沉淀池，特別是高濁時(shí)期、低溫低濁時(shí)期以及投藥不正常時(shí)期。
傳統(tǒng)沉淀理論認(rèn)為斜板、斜管沉淀池中水流處于層流狀態(tài)。其實(shí)不然，實(shí)際上在斜管沉淀池中水流是有脈動的，這是因?yàn)楫?dāng)斜管中大的礬花顆粒在沉淀中與水產(chǎn)生相對運(yùn)動，會在礬花顆粒后面產(chǎn)生小旋渦，這些旋渦的產(chǎn)生與運(yùn)動造成了水流的脈動。這些脈動對于大的礬花顆粒的沉淀無什么影響，對于反應(yīng)不完全小顆粒的沉淀起到頂托作用，故此此也就影響了出水水質(zhì)。為了克服這一現(xiàn)象，抑制水流的脈動，我們推出了小間距斜板沉淀設(shè)備。這一設(shè)備還有下面一些優(yōu)點(diǎn)：（1）由于間距明顯減少，礬花沉淀距離也明顯減少，使更多小顆?？梢猿恋硐聛?；（2）由于間距減少，水力阻力增大，使之占水流在沉淀池中水力阻力的主要部分，這樣沉淀池中流量分布均勻，與斜管相比明顯地改善了沉淀?xiàng)l件；（3）這種設(shè)備由于下面幾個原因其排泥性能遠(yuǎn)優(yōu)于其他形式的淺池沉淀池；（a）這種設(shè)備基本無側(cè)向約束；（b）這種設(shè)備沉淀面積與排泥面積相等；對普通斜管來說排泥面積只占其沉淀面積的一半，在特殊時(shí)期如高濁期，低溫濁期或加藥失誤時(shí)期污泥沉降性能、特別是排泥性能明顯變壞，在斜管排泥面的邊緣處由于沉積數(shù)量與斜面上滑落下來的污泥數(shù)量大于排走的數(shù)量，造成了污泥的堆積。所以一旦在斜管的角落處產(chǎn)生污泥的堆積，所以一旦在斜管角落處產(chǎn)生污泥的堆積，就產(chǎn)生了污泥堆積的惡性循環(huán)。這種作用開始時(shí)由于斜管上升流速的增加，沉淀效果變壞，沉后水濁度增高，當(dāng)污泥堆積到一定程度時(shí)，由于上升流速的提高，可以把已積沉在斜管上的污泥卷起，使水質(zhì)嚴(yán)重惡化。正是這一原因才使得南方很多地區(qū)又由斜管沉淀池改為平流沉淀池。而小間距斜板沉淀池其排泥面積是普通斜管的4倍多，單位面積排泥負(fù)荷尚不到斜管的1／4，故在任何時(shí)期排泥均無障礙。
三、“渦旋混凝低脈動沉淀給水處理技術(shù)“的工藝特點(diǎn)
?。ㄒ唬┨幚硇矢?、占地面積小、經(jīng)濟(jì)效益顯著。
由于混合迅速（3－30秒），反應(yīng)時(shí)間短（5－10分鐘），沉淀池上升流速高（2．5－3．5mm/s），因此可大為縮短水在處理構(gòu)筑物中的停留時(shí)間，大幅度提高處理效率，因而也就節(jié)省了構(gòu)筑物的基建投資。工程實(shí)踐證實(shí)：與傳統(tǒng)工藝相比，采用新技術(shù)對舊水廠挖潛改造，在構(gòu)筑物容積不增加的情況下，可使處理水量凈增75－100％，而改造投資僅相當(dāng)于新建一座同等規(guī)模新水廠投資的30－50％；用于新建水廠，主體工藝構(gòu)筑物可節(jié)省投資20－30％，并可大幅度減少主體構(gòu)筑物占地面積。與平流沉淀池比較可節(jié)省80％，與斜管沉淀池比較可節(jié)省40％。
?。ǘ┨幚硭|(zhì)優(yōu)，社會效益好，水質(zhì)效益可觀。
幾年運(yùn)行實(shí)踐證明，這項(xiàng)工藝可使沉后水濁度穩(wěn)定在3度以下，濾后水接近0度，這就形成了一個很高的水質(zhì)效益。水質(zhì)效益一方面就是社會效益，另一方面是潛在的經(jīng)濟(jì)效益。
我國現(xiàn)行飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為濁度不超過3度，而發(fā)達(dá)國家標(biāo)準(zhǔn)是不超過1度。隨著人民生活水平的提高，我國也將進(jìn)一步提高生活用水標(biāo)準(zhǔn)。如果其標(biāo)準(zhǔn)提高到1度，那么大部分城市現(xiàn)有處理設(shè)備和工藝是難以達(dá)到的，只有通過大幅度投資擴(kuò)建新水廠，才能解決水質(zhì)和水量的矛盾。而采用此工藝可穩(wěn)定保持出廠水濁度低于1度。由此可見，其潛在的水質(zhì)效益是相當(dāng)可觀的。
?。ㄈ┛箾_擊能力強(qiáng)，適用水質(zhì)廣泛。
實(shí)踐證明，此項(xiàng)技術(shù)抗沖擊的能力較強(qiáng)，當(dāng)原水濁度、進(jìn)水流量，投加藥量發(fā)生一些變化時(shí)，沉淀池出水濁度不象傳統(tǒng)工藝那樣敏感。其原因是，這項(xiàng)工藝的沉淀池上升流速按3．5mm/s設(shè)計(jì)時(shí)尚有很大潛力。運(yùn)行實(shí)踐表明。這項(xiàng)工藝對低溫低濁、汛期高濁以及微污染等特殊原水水質(zhì)的處理均非常有效。
低溫低濁水中固體顆粒少，顆粒尺度小，有機(jī)物含量相對高，比重小。從顆粒級配來看也相對均勻，加之低溫時(shí)藥劑吸附架橋能力下降，這些都給絮凝與沉降帶來困難。新技術(shù)采用的小孔眼格網(wǎng)絮凝設(shè)備，可大幅度增加顆粒碰撞幾率，克服了固體顆粒少、難于相互碰撞的缺點(diǎn)，形成比較密實(shí)的礬花，在小間距斜板上有效的沉淀下來。
對高濁水來說，顆粒碰撞已不成問題，但在這種情況下混凝劑的亞微觀傳質(zhì)在混合設(shè)備中完成。也就是說，有一部分地方會出現(xiàn)過反應(yīng)情況，而這些地方反應(yīng)不足，致使絮凝效果惡化，以致于礬花沉降性能變壞；再加上斜管沉淀池本身結(jié)構(gòu)導(dǎo)致排泥不暢的缺點(diǎn)，使得高濁水處理成為難題。新技術(shù)由于能在各種情況下迅速完成藥劑的亞微觀擴(kuò)散，同時(shí)小間距斜板克服了普通斜管排泥不暢的缺點(diǎn)，故此對高濁水處理十分有效。
我國目前普遍采用強(qiáng)氧化劑預(yù)氧化或生物預(yù)處理措施去除微污染。然而，無論何種預(yù)處理方法，都要通過反應(yīng)使水中的有機(jī)物析出，使它們達(dá)到膠體顆粒尺度，最終通過絮凝、沉淀、過濾的方法與水中的其他顆粒一起去除。因此，高效能的絮凝與沉淀設(shè)備是去除微污染更有效的設(shè)備。大慶市八百坰水廠改造實(shí)踐證明，這項(xiàng)新技術(shù)在去除水中有機(jī)污染方面同樣行之有效。
（四）制水成本降低。
1、由于新技術(shù)采用先進(jìn)的混合及反應(yīng)設(shè)備，可節(jié)省投藥量30％；
2、由于新技術(shù)沉后水濁度在3度以下，減輕了濾池負(fù)擔(dān)，因此濾池反沖洗水可節(jié)省50％左右，并可延長濾料更換周期；
3、對舊水廠改造，水量增加而管理人員無需增加，運(yùn)行管理費(fèi)用大為降低；
4、基建費(fèi)用的大幅度節(jié)省，可較大程度降低投資折舊率。
從以上四個方面來看，新技術(shù)的使用可使制水成本顯著降低。
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此項(xiàng)技術(shù)用于舊水廠挖潛改造，從設(shè)計(jì)到安裝調(diào)試只需2－3個月，可以在短時(shí)間內(nèi)解決城市供水不足的狀況。
隨著我國城市建設(shè)的迅速發(fā)展，很多城市供水設(shè)施由于投資緊張，都嚴(yán)重滯后于城市的發(fā)展，造成很多城市缺水的局面。加之水質(zhì)污染，水土流失等因素的影響，傳統(tǒng)工藝暴露出難以克服的問題，而影響優(yōu)質(zhì)供水。而這項(xiàng)新技術(shù)可以有效解決傳統(tǒng)工藝無法解決的問題。
總之，這項(xiàng)新技術(shù)具有處理效率高、水質(zhì)好、投資省、制水成本低等特點(diǎn)。此技術(shù)的推廣應(yīng)用，可最大限度地挖掘利用現(xiàn)有水資源和供水設(shè)施的潛力，利用最小投資取得最大效益。我們愿與全國各城市水司竭誠合作，使這項(xiàng)技術(shù)得以更快地推廣，造福于當(dāng)?shù)厝嗣瘛?/div>
