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其扩散规律与用蜚克定律描写的宏观扩散规律完

  混合部分混合是反应第一关,也是非常重要的一关。在这个过程中应使混凝剂水解产物迅速地扩散到水中的每一个细部,使所有胶体颗粒几乎在同一瞬间脱稳并凝聚,这样才能得到好的絮凝效果。因为在混合过程中同时产生胶体颗粒脱稳与凝聚,可以把这个过程称为初级混凝过程。但这个过程的主要作用是混合,因此一般称为混合过程。

  混合问题的实质是混凝剂水解产物在水中的扩散问题。使水中胶体颗粒同时脱稳产生凝聚,是取得好的絮凝效果的先决条件,也是节省投药量的关键。传统的机械搅拌混合与孔室混合效果较差。近几年,国内外采用管式静态混合器使混合效果有了比较明显地提高,但由于人们对于多相物系反应中亚微观传质以及湍流微结构在胶体颗粒初始凝聚时的作用认识不清,故也妨碍了混凝效果的进一步提高。

  (1)宏观扩散,即使混凝剂水解产物扩散到水体各个宏观部位,其扩散系数很大,这部分扩散是由大涡旋的动力作用导致的,因而宏观扩散可以短时间内完成;

  (2)亚微观扩散,即混凝剂水解产物在极邻近部位的扩散,这部分扩散系数比宏观扩散小几个数量级。亚微观扩散的实质是层流扩散。因此使混凝剂水解产物扩散到水体每一个细部是很困难的。在水处理反应中亚微观扩散是起决定性作用的动力学因素。

  例如高浊水的处理中,混凝剂水解产物的亚微观扩散成为控制处理效果的决定性因素。由于混凝剂的水解产物向极邻近部扩散的速度非常慢,在高浊期水中胶体颗粒数量非常多,因此没等混凝剂水解产物在极邻近部位扩散,就被更靠近它的胶体颗粒接触与捕捉。这样就形成高浊时期有些地方混凝剂水解产物局部集中,而有些地方根本没有。混凝剂局部集中的地方矾花迅速长大,形成松散的矾花颗粒,遇到强的剪切力吸附桥则被剪断,出现了局部过反应现象。药剂没扩散到的地方胶体颗粒尚未脱稳,这部分絮凝反应势必不完善。这一方面是因为它们跟不上已脱稳胶体颗粒的反应速度,另一方面是因为混凝剂集中区域矾花迅速不合理长大,也使未脱稳的胶体颗粒失去了反应碰撞条件。这样就导致了高浊时期污泥沉淀性能很差,水厂出水水质不能保证。按传统工艺建造的水厂,在特大高浊时都需大幅度降低其处理能力,以保证出水水质。这是由于过去工程届的人们对亚微观传质现象不认识,对其传质的动力学致因也不认识,因此传统的混合设备无能力解决高浊时混合不均问题,这不仅使水厂在特大高浊时大幅度降低处理能力。而且造成药剂的严重浪费和造成出水的Ph值过低。

  亚微观扩散究其实质是层流扩散,其扩散规律与用蜚克定律描写的宏观扩散规律完全不同。当研究尺度接近湍流微结构尺度时,物质扩散过程不一定是从浓度高的地方往低的地方扩散。在湍动水流中亚微观传质主要是由惯性效应导致的物质迁移造成的,特别是湍流微涡旋的离心惯性效应。我们发明的串联管式初级混凝设备和管式微涡初级混凝设备,就是利用高比例高强度微涡旋的离心惯性效应来克服亚微观传质阻力,增加亚微观传质速率。生产使用证明这两种设备在高浊时混合效果良好,不仅比传统的静态混合器可大幅度增加处理能力,也大大地节省了投药量。

  絮凝反应部分絮凝是给水处理的最重要的工艺环节,滤池出水水质主要由絮凝效果决定的。传统廊道反应、回转孔室反应以及回转组合式隔板反应的絮凝工艺,水在设备中停留20~30分钟,水中尚有很多絮凝不完善的小颗粒。近年来,国内出现了普通格反应;国外推出了折板式与波形板反应设备,使絮凝效果有了比较明显地改善。但由于人们对絮凝的动力学本质认识不清楚,也就妨碍了絮凝效果的进一步提高。

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