原水处理主要是去除水中的悬浮物和胶体物质。常规净水处理工艺存在效率低、占地大、出水水质不高等问题。新一代高效混凝沉淀净水技术克服了现有技术的局限性，推出了更趋完善的管式微涡混合器、微涡折板絮凝设备、高效复合斜板沉淀设备等技术产品。工程实践证明，采用此项技术可使沉淀池出水浊度稳定低于3NTU，滤后水接近0 度，节省药剂投加量30%，节省滤池反冲洗水量50%，大大降低了运行费用和制水成本，经济效益和社会效益显著提高。
1 工艺流程及工作机理
高效絮凝沉淀净水技术主要包括药剂混合、絮凝反应和沉淀分离三大主要工艺步骤，具体如图1所示。
图1 高效絮凝沉淀净水技术的工艺流程
1．1 混合部分
混合过程也可称为初级混凝，其实质是混凝剂水解产物在水中的扩散过程。水中胶体颗粒同时脱稳凝聚，是取得较好絮凝效果的先决条件，也是节省投药量的关键。
在水处理反应中起决定性作用的动力学因素是亚微观扩散［1］。当研究尺度接近湍流微结构尺度时，亚微观传质主要由惯性效应引发的物质迁移造成。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克服亚微观传质阻力，增加亚微观传质速率。
1．2 絮凝部分
1．2．1 絮凝动力学致因
絮凝长大过程是微小颗粒接触与碰撞的过程。絮凝效果的好坏取决于以下2 个因素: 一是混凝剂水解后产生的高分子络合物形成吸附架桥的联结能力，由混凝剂的性质决定; 二是微小颗粒碰撞的几率和如何控制其进行合理的有效碰撞，由设备的动力学条件决定。在絮凝池中大幅度地增加湍流微涡旋的比例，可大幅度地增加颗粒碰撞次数，改善絮凝效果。可通过在絮凝池流动通道上，增设多层小孔眼格网或微涡折板的办法来实现。
1．2．2 矾花合理的有效碰撞
使颗粒凝聚起来的碰撞称之为有效碰撞。在絮凝中矾花过快凝聚长大会出现2 个问题: ①矾花强度减弱，在流动过程中遇到强剪切力就会使吸附架桥被剪断，剪断后很难再连续，应绝对禁止; ②矾花比表面积急剧减少，反应不完全的小颗粒失去反应条件，与大颗粒碰撞几率急剧减小，很难再长大。这些颗粒不仅不能被沉淀池截流，也很难被滤池截流。絮凝池中矾花颗粒也不能长得过慢，矾花长得过慢，会使其到达沉淀池时达不到沉淀尺度，影响出水水质。
矾花的颗粒尺度与密实度取决混凝水解产物形成吸附架桥的联结能力和湍流剪切力。吸附架桥的联结能力由混凝剂性质决定，湍流剪切力由构筑物创造的流动条件决定。絮凝池能有效控制湍流剪切力，就能保证好的絮凝效果。可通过弗罗德数相似准则和科学地布设多层网格，控制絮凝过程中水流的剪切力和湍动度，形成密实度合理、易于沉淀的矾花。
1．3 沉淀部分
传统沉淀理论认为斜板、斜管沉淀池中水流处于层流状态。实际上当斜管中大的矾花颗粒在沉淀时与水产生相对运动，会产生小旋涡，造成水流的脉动。这些脉动不利于反应不完全小颗粒的沉淀，影响出水水质。为克服这一现象，高效絮凝装置采用了小间距斜板沉淀设备。
2 工艺特点
2．1 与传统混凝沉淀工艺比较
传统工艺中与本设备最为接近的工艺形式为管式静态混合器→折板絮凝→斜管沉淀。这种工艺效率较高，但存在混凝动力学机理认识上的局限，与高效混凝沉淀新技术比较，在处理效率与效果上有着显著的差距。二者工艺形式上的差别如图2 所示。
图2 高效混凝沉淀技术与传统混凝沉淀工艺的比较
与传统工艺比较，高效混凝沉淀新技术具有以下优点: ①利用微涡强化亚微观扩散，混合迅速充分，可使药剂充分发挥作用，节省投药量30% 以上，且水量变化对其影响小; ②利用扰流翼片强化微涡传质，控制颗粒的合理有效碰撞，反应时间大幅度缩短; ③克服了斜管蜂窝结构排泥的缺陷，进一步发挥浅池的优势，显著提高沉淀效率与出水水质。
2．2 与澄清池工艺比较
澄清池是我国长期使用的一种工艺形式，至今仍在很多工业企业中广泛使用。表1 是以设计水量60 000m3 /d 的工程为例，对高效混凝沉淀工艺与澄清池进行比较。
2．3 与国外高效工艺比较
法国得利满(Degremont) 与威立雅(VeoliaWater)先后推出的高密度澄清池(DENSADEG) 与微砂回流高速斜管澄清池(ACTIFLO)等技术，被认为是“第三代澄清池”的典范。表2 以某海水淡化发电预处理工程为例，对高效混凝沉淀工艺与国外先进技术进行比较。
2．4 总体特点
高效混凝沉淀净水技术是对国内外混凝沉淀技术的总结与发展，它具有以下突出的特点。
表1 高效混凝沉淀新技术与澄清池工艺的比较
1) 处理效率高，占地面积小，经济效益显著。
2) 处理水质优，社会效益好，水质效益可观。
3) 抗冲击能力强，适用广泛，对低温低浊、高浊、微污染等水质均可得到较好处理效果。
4) 节省投药量与自耗水量，制水成本降低。
5) 工期短，见效快，易维护。
3 工程应用
陕西黄陵煤化工有限责任公司的原水预处理工艺采用了高效混凝沉淀净水技术，设计水量为2 ×500m3 /h，来水取自沮河。从2010 年12 月至今，在低温、低浊情况下，运行效果稳定，出水水质浊度＜3NTU，实际运行成本只有0．037 元/t 水，完全达到设计要求。。
4 结论
高效混凝沉淀净水技术克服了传统水处理技术的缺陷和不足，具有更为显著的技术优势，并对低温低浊、汛期高浊水、微污染原水等特殊水质均可达到理想处理效果。运行结果表明，利用该技术大大降低了运行费用和制水成本，经济效益和社会效益显著提高。
