在給水凈化處理的混凝、沉淀、過(guò)濾諸多工藝中，混凝是其中的核心。天然水體中分散著相當(dāng)大部分由無(wú)機(jī)膠粒組成的雜質(zhì)，如：黏土、金屬氧化物、金屬氫氧化物和金屬碳酸鹽，還有來(lái)自腐殖質(zhì)的有機(jī)膠體物質(zhì)以及有生命的微生物（藻類(lèi)或細(xì)菌）。城鎮(zhèn)用水及工業(yè)廢水處理中，絮凝（混凝）過(guò)程是應(yīng)用普遍的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。絮凝效果的好壞，直接決定著后續(xù)單元過(guò)程的運(yùn)行工況、處理費(fèi)用及終出水水質(zhì)。實(shí)踐證明，設(shè)計(jì)時(shí)混凝工藝選定的合理，不僅可提高出水水質(zhì)，還能達(dá)到節(jié)能節(jié)約降低運(yùn)行費(fèi)用的目的。

      絮凝是給水處理的重要的工藝環(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(lái)，國(guó)內(nèi)出現(xiàn)了普通網(wǎng)格反應(yīng)；國(guó)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(duì)絮凝的動(dòng)力學(xué)本質(zhì)認(rèn)不清楚，也就妨礙了絮凝效果的進(jìn)一步提高。

1、絮凝的動(dòng)力學(xué)致因

絮凝是微小顆粒接觸和碰撞的過(guò)程。

顆粒在水中的接觸碰撞，主要有三種途徑：

（1）顆粒的布朗運(yùn)動(dòng)；

（2）顆粒間的沉速差異；

（3）流動(dòng)水體的水力作用。由布朗運(yùn)動(dòng)所造成的顆粒碰撞速率與水溫成正比，與顆粒濃度平方成正比，而與顆粒尺度無(wú)關(guān)，實(shí)際上只有小顆粒才有布朗運(yùn)動(dòng)，隨著顆粒粒徑增大，布朗運(yùn)動(dòng)將逐漸減弱，當(dāng)顆粒粒徑大于1μm時(shí)，布朗運(yùn)動(dòng)基本消失。

    對(duì)于一般絮凝池來(lái)說(shuō)，絮體顆粒一般從微米級(jí)增至毫米級(jí)以上，因此由布朗運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的顆粒接觸碰撞可忽略不計(jì)。至于因沉速差異而造成的顆粒接觸碰撞，在沉淀池中有一定的作用，然而在反應(yīng)池中，由于水流的強(qiáng)烈紊動(dòng)，相對(duì)來(lái)說(shuō)沉速差異的作用將是微小的。特別是在絮凝的初始階段，顆粒細(xì)小，本身的沉速就不大，不同顆粒間的沉速差異也就更小，因此對(duì)于因沉速差異而產(chǎn)生的接觸，在反應(yīng)池中一般可以忽略不計(jì)；基于以上分析可以斷定：流動(dòng)水體的水力作用對(duì)加速顆粒絮凝起主導(dǎo)作用。這是因?yàn)樗沁B續(xù)介質(zhì)，水中的速度分布是連續(xù)的，沒(méi)有任何跳躍，水中兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)相距越近其速度差越小，當(dāng)兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)相距為無(wú)究小時(shí)，其速度差亦為無(wú)窮小，即無(wú)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(dòng)，由于沒(méi)有速度差就不會(huì)發(fā)生碰撞。由此可見(jiàn)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(duì)運(yùn)動(dòng)，這樣水流就會(huì)對(duì)顆粒運(yùn)動(dòng)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(duì)運(yùn)動(dòng)呢？好的辦法是改變水流的速度。因?yàn)樗膽T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(duì)運(yùn)動(dòng)。所以說(shuō)絮凝的動(dòng)力學(xué)致因是慣性效應(yīng)。

2、渦旋在混凝處理中的作用

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(lái)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(dòng)時(shí)不斷地在改變自己的運(yùn)轉(zhuǎn)方向。當(dāng)水流作渦旋運(yùn)動(dòng)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(duì)運(yùn)動(dòng)，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(gè)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(jiàn)湍流中的微小渦旋的離心慣性效應(yīng)是絮凝的重要的動(dòng)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，就可以大幅度地增加顆粒碰撞次數(shù)，有效地改善絮凝效果。因而我們可以在池體重科學(xué)地布置小孔眼網(wǎng)格，由于過(guò)網(wǎng)水流的慣性作用，使過(guò)網(wǎng)水流的大渦旋變成小渦旋，小渦旋變成更小的渦旋。

根據(jù)這一理論發(fā)明了小孔眼網(wǎng)格絮凝設(shè)備，增設(shè)小孔眼網(wǎng)格后有如下作用：

 （1）水流通過(guò)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)強(qiáng)、顆粒碰撞幾率高的區(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(guò)網(wǎng)水流的慣性作用，礬花產(chǎn)生強(qiáng)烈的變形，使礬花中處于吸附能級(jí)低的部分，由于其變形揉動(dòng)作用達(dá)到高吸能級(jí)的部位，這樣就使得通過(guò)網(wǎng)格之后礬花變得更密實(shí)。絮凝效果更好。因?yàn)榇蠓鹊奶岣吡朔磻?yīng)效率，絮凝時(shí)間可縮短至5~10min；

 （4）出水質(zhì)量?jī)?yōu)，在投加相同混凝劑的情況下，微渦流混凝工藝所產(chǎn)生的絮體質(zhì)量明顯地優(yōu)于傳統(tǒng)工藝，因而具有很好的沉降性能。筆者在澄清池改造的實(shí)踐中，在沉淀區(qū)體積不變的情況下，產(chǎn)水量提高一倍，出水濁度穩(wěn)定在3度以下，濾池工作周期延長(zhǎng)，節(jié)約了大量的反沖洗水。

     撫順市東洲水廠設(shè)計(jì)能力為2萬(wàn)立方米/天，原處理工藝流程為：原水→一級(jí)泵站→虹吸濾池→清水池→管網(wǎng)。該水廠原水取自大伙房水庫(kù)，1994年以前水質(zhì)濁度常年在20NTU以內(nèi)，因此一直未建濾前處理設(shè)施。1995年“七·二九”特大洪水之后，水庫(kù)水質(zhì)發(fā)生顯著變化，

     該水廠持續(xù)幾個(gè)月出水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)，對(duì)此用戶反映極為強(qiáng)烈，因此公司決定完善處理工藝，增加反應(yīng)沉淀工藝。

     東洲凈水廠反應(yīng)沉淀池?cái)U(kuò)建工程于1996年5月開(kāi)始施工，7月27日竣工。反應(yīng)采用小孔眼網(wǎng)格絮凝設(shè)備，反應(yīng)時(shí)間為10min；7月28日，突降暴雨，原水濁度達(dá)500NTU以上，該設(shè)備在此情況下開(kāi)始啟動(dòng)，經(jīng)2h調(diào)試運(yùn)行以后，沉后水濁度達(dá)到3NTU以下，確保了水廠的正常運(yùn)行。

從運(yùn)行情況來(lái)看，該項(xiàng)技術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn)：

 （1）經(jīng)濟(jì)效益顯著。由于反應(yīng)時(shí)間短，沉淀池上升流速高，大大節(jié)省了反應(yīng)沉淀池面積，從而節(jié)省基建投資達(dá)30%以上；

 （2）處理水質(zhì)好，沉后水濁度可穩(wěn)定在3NTU以下；

 （3）啟動(dòng)方便，抗沖擊負(fù)荷強(qiáng)，運(yùn)行操作簡(jiǎn)單；

 （4）日常運(yùn)行費(fèi)用低，由于絮凝沉淀后水水質(zhì)好，節(jié)約了反沖洗水量，延長(zhǎng)了濾料的更換周期。

      小孔眼網(wǎng)格絮凝設(shè)備，具有投資省、占地少，處理效率高、水質(zhì)好、工期短、見(jiàn)效快，制水成本低、適應(yīng)廣泛等特點(diǎn)，不僅對(duì)低溫低濁、汛期高濁水處理效果好，同時(shí)對(duì)其它特殊原水也具有較好的處理效果。

      網(wǎng)格絮凝工藝不僅對(duì)于新建水廠，對(duì)老水廠技術(shù)改造也具有優(yōu)勢(shì)。但是，網(wǎng)格絮凝工藝需要通過(guò)更多的工程實(shí)踐來(lái)證明其，在設(shè)計(jì)理論和系列化、標(biāo)準(zhǔn)化方面也有待進(jìn)一步的完善。