網(wǎng)格絮凝池

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(jī)械反應(yīng)池效果可以解釋即以主體對流擴(kuò)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(diǎn)運(yùn)動參數(shù)的統(tǒng)計(jì)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(yuǎn)小于按 Camp-Stein 理論計(jì)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(qiáng)，這樣凝聚顆粒粒徑間離心加速度大，運(yùn)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(jìn)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(jìn)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(shí)、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(shí)度。同時由于微小渦旋隨機(jī)卷動，使得凝聚顆粒接觸結(jié)合以圓周形運(yùn)動成型，所形成最終密實(shí)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(shí)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(shí)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(qiáng)度降低，一些凝聚好的顆?？赡茉谒髁鲃又谐林脸氐?，阻礙水流通道，將使網(wǎng)格效果降低。

5）形成密實(shí)、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(jì)算

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（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(shí)際面積為2.10m2，計(jì)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(shí)際絮凝時間

t=nfH/Q=32×2.1×4/0.243=18.43min?

式中：

t－實(shí)際絮凝時間（min）；

n－柵格個數(shù)；

f－單格實(shí)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(hù)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(jì)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(shí)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(jì)計(jì)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(shí)際工程計(jì)算上主要還通過其來進(jìn)行計(jì)算，易于操作應(yīng)用。