微絮凝一体化净水技术

微絮凝一体化净水技术突破传统的净水工艺使用微絮凝净水器，实现高效一体化净水。

水流在投加絮凝剂后依次进入微絮凝净水器的凝聚层、絮凝层和过滤层，历时10～15分钟，无需沉淀工艺即可达到出水浊度1NTU以下（一般在0.5NTU左右）的要求。

微絮凝净水器是上海同诺环境科技有限公司的专利产品，实用新型专利号为200420037477.9。

微絮凝净水器的构造微絮凝净水器虽然在外形上与一般的压力滤罐类似，由罐体、阀门、连接管道及仪表等组成，但罐体内采用了与普通压力滤罐不同的构造，由上下滤板、凝聚层、絮凝层与过滤层组成。

微絮凝净水器的功能与普通滤罐也不同。

微絮凝净水器的工作原理（1）凝聚：水流在投加絮凝剂后进入凝聚层，凝聚层采用特殊的材料，其形状能使水流产生大量微小涡流，促进水中胶体杂质与絮凝剂颗粒相互碰撞，产生脱稳和凝聚，生成絮体。

但是，由于凝聚层中水流水力半径小（传统工艺为其数百倍），水流剪力大，无法生成较大絮体，同时因为特殊的凝聚层材料表面光滑，不会吸附絮体，因而微小絮体能顺利通过凝聚层而进入絮凝层。

微絮凝工艺的“微”即指凝聚层中的微小涡流和微小絮体。

（2）絮凝：絮凝层采用另一种特殊的材料，其孔隙率大，表面粗糙，具有很强的吸附能力和含污能力。

进入絮凝层的水流挟带大量微小絮体，当它们在水流紊动下接近絮凝层材料表面时，被吸附并与水流分离，被吸附的絮体颗粒又吸附水中絮体，这一过程称为絮凝。

当吸附层达到一定厚度，其吸附力不足以抵抗水流剪力时，到达吸附平衡，水中絮体向下层移动，继续在下层产生絮凝作用。

当原水浊度较高时，应设计较厚的絮凝层。

微絮凝工艺的“絮凝”即指絮凝层中的吸附絮凝作用。

（3）过滤：过滤层采用优质石英砂材料，与传统滤池相同，其工作机理也与传统快滤池相同。

然而其作用机理与絮凝层是不完全相同的，絮凝初期主要依靠絮凝材料表面吸附水中细小絮体，这与过滤机理相同，但当絮凝材料表面吸附了絮体后，已经吸附的絮体应进一步吸附水中絮体，使絮凝层达到较大含污量，否则微絮凝工艺就不能处理高浊度原水。

而对于过滤层，则不应该依赖絮体间的吸附，其原因是过滤层必须起到水质保障作用（这与传统工艺中的滤池相同），当絮凝剂投加量不当、胶体脱稳凝聚效果不佳或水中存在某些无法凝聚的杂质时，则会造成部分杂质无法在絮凝层絮凝而穿透（这和传统工艺沉淀池出水仍有一定浊度的原因相同），这些杂质应该由过滤层去除。

例如，当投药量不当时，部分胶体无法脱稳，它们之间无法相互吸附絮凝，但滤料表面较强的吸附力则可以将它们去除。

因此，过滤层也可以称为保护层，在运行时应控制使它不过量含污。

应用条件适于源水浊度1000NTU以下。

当原水浊度很低时，微絮凝净水器的作用与直接过滤设备类似，浊度越低，出水质量越好，工作周期越长，反洗水浊度越低，絮凝剂耗量越少。

然而，微絮凝净水器的效果优于直接过滤设备，其原因是：特殊设计的凝聚层可以提高混凝效果，并可防止出现滤池的表面堵塞现象；絮凝层与过滤层的总厚度远大于直接过滤的滤层厚度，因此含污能力强，工作周期长，且反洗水利用效率高，耗水量降低；设计反洗强度大，过滤层清洗更干净，初期出水质量好。

当原水浊度较高时，由于特殊设计，高效微絮凝净水器仍能保证出水质量。

经测试，当原水浊度为1000NTU时，在16m/h滤速下的工作周期约3.5小时，按反洗强度25L/m2S和每次反洗2分钟计算，反洗耗水量约为制水量的5%，与传统工艺自耗水量相当。

因此，可以认为微絮凝净水器可以适用于1000NTU以下中低浊度的原水净化。

如果水源只是因为暴雨造成短时间浊度偏高，即使浊度短时间内达到1000NTU 以上，仍然可以采用高效微絮凝净水器，其出水质量仍可以保证，只是在短期内自耗水量会超过5%。

适用于低温低浊原水净化。

低温低浊原水处理是传统工艺面临的难题，但微絮凝净水器不存在低温低浊水处理的困难。

在传统水处理过程中，当原水低温时，水的粘性提高，造成水流紊动性降低，水流剪力也提高，加之原水浊度低，杂质颗粒之间平均距离大，不利于水中颗粒的碰撞反应脱稳，更不利于絮体的增大，由于细小絮体不易沉淀，所以显著影响净水效果。

而在微絮凝净水器中，其净水机理不需要生成大的絮体，细小的絮体它仍然可以有效地去除，所以不会因低温低浊水影响净水效果。

在传统工艺处理低温低浊水时，可以通过增大絮凝剂投加量改进净水效果，其机理是通过加大水中絮凝剂的密度，缩短药剂颗粒与杂质颗粒的平均距离，增加碰撞反应机率，即所谓的“网捕作用”。

对于高效微絮凝净水器，絮凝材料颗粒就是大絮体，它们充满絮凝层，与杂质颗粒距离非常近，所以勿需增加絮凝剂，也能够保证净水效果。

但是，当水温降低时（无论原水浊度如何），由于水流剪力加大，将影响絮凝层的吸附层厚度，因而会降低含污能力，致使净水工作周期有所下降，自耗水量也会略有增加。

适应于原水流量的大范围变化。

当原水流量大范围变化时，传统工艺往往不能适应（机械加速澄清池除外），因为当流量远小于设计值时，水的流速和紊动性降低，使絮凝效果大大降低，从而影响净水质量。

而对于高效微絮凝净水器，因为微小涡流和高密度吸附作用，可以适应很小的原水流量。

适于含有一定有机物及其它有害物质的源水。

我国水源受有机物污染越来越多，对于常规水处理，有机物不易去除，通过提高絮凝剂投量的强化混凝是有一定效果的方法，在微絮凝净水器中絮凝层相当于高浓度絮体，有利于有机物的吸附和去除，另外高效率地去除胶体，也同时去除了被胶体吸附的有机物。

当原水中含有一些不容易絮凝的有害物质，高效微絮凝净水器可以通过高密度吸附去除。

特点与优点1．真正的一体化。

微絮凝净水器将混凝、反应、沉淀和过滤工艺真正地集成于单个罐体内完成，甚至混凝、反应、沉淀和过滤的过程也无法明显区别，它们有时是同时进行着的，这与常规一体化净水设备只是简单地把这些工艺组合在一起不同，是真正的一体化。

2．高效率净水。

传统净水工艺的水流总停留时间一般为90～120分钟，而微絮凝净水器的总停留时间只有10～15分钟，因此，总体效率较传统工艺高出9倍左右。

与常规一体化净水设备相比，效率亦提高了约4～8倍。

在微絮凝净水器中，由于利用微小涡流的高效率凝聚，也因为只需要生成微小絮体，所以凝聚反应只需要约1分钟即可完成。

微絮凝一体化净水工艺省去了沉淀工艺，可以认为沉淀工艺是与絮凝工艺同时进行和完成的，如果把絮凝材料的表面比作沉淀池底，则微絮凝净水器中的沉淀面积相当于传统工艺的80～360倍。

微絮凝净水器的过滤工艺与传统工艺相同，但其结构高度只有传统工艺的1/6～1/3，因此其效率也高于传统快滤池。

3．高质量保障的净水技术。

（1）通过深度混合加强亚微扩散。

原水在投加絮凝剂后，应先经过初步混合（如采用管道混合器，或直接利用长距离管道、取水泵叶轮等混合），使絮凝剂在宏观上实现与水流的均匀混合。

但是，宏观均匀混合并不能达到有利于混凝的最佳效果，因为絮凝剂颗粒还未充分分散，它们与杂质颗粒的平均距离还较大，不利于碰撞凝聚，甚至于会有部分絮凝剂颗粒相互吸附絮凝，不能充分发挥效用。

为此，微絮凝净水器配文丘里管一根，安装于进水管上，在用于检测进水流量的同时，实现第二次深度混合。

混合机理指出，只有加强亚微扩散才能实现絮凝剂颗粒的高度分散，而水分子的布朗运动或高流速梯度是促进亚微扩散的条件，在处理低温水时几乎只能依靠高流速梯度，文丘里管缩小了管径，使水流通过时形成很高的流速和流速梯度，从而强化亚微扩散，实现深度混合，这是混凝及净水效果的有力保障。

（2）通过压力进水实现深层过滤。

传统过滤构筑物或设备多为敞开式的，如果增加滤层厚度而不增大滤料直径或降低滤速，则会造成滤层总阻力加大，构筑物或设备高度大大增加。

微絮凝净水器采用全密封结构，压力进水，使水流可以克服较大的阻力通过总深度很大的凝聚层、絮凝层和过滤层。

净水时，含污是从上向下逐渐向下移的，较厚的絮凝与过滤层是优良水质的保证。

在过滤理论中，一般认为滤层厚度与粒径之比L/d为800～1000时可以得到优良的水质，而微絮凝净水器的L/d按1200～1500设计，可以保证出水浊度在1NTU以下。

微絮凝净水器在工作时，絮凝层会积累大量的泥渣，这些泥渣对净水过程本身是有利的，可以发挥所谓的“接触絮凝”作用，如同传统澄清池中设法提高泥渣浓度以改进絮凝效率与效果一样，或如同正在兴起的新型高密度沉淀池设法提高泥渣浓度以改进絮凝与沉淀效率一样，只是这里的泥渣浓度更高，絮凝效果更好。

但是高浓度泥渣造成较大的过水阻力，必须通过密封与压力进水来克服。

（3）通过特别的设计优化反洗效果。

采用小膨胀反洗。

由于受上滤板限制，从上滤板到净水材料表面只留有30～50cm空间，反洗时净水材料从上至下逐层小范围膨胀，不产生大的乱层，这样，不会出现上层较脏的絮体或过滤材料与下层较清洁的材料相互交换现象，从而可以保持反洗后初期净水质量。

采用高强度快速反洗。

由于微絮凝净水器内设有上下滤板，反洗时不致使净水材料流失，所以可以采用较大的设计反洗强度，一般为16L/m2.s以上，这有利于反洗的快速完成。

另外，由于是小膨胀反洗，反洗时大部分净水材料处于压实状态，水流过孔流速大，能有效地冲刷清洁净水材料表面泥渣，保证冲洗效果。

采用短时间不完全反洗。

经测试，反洗时间一般以1～2分钟为宜，这样短的时间可以使底部过滤层冲洗干净，但上面的絮凝层不能完全冲洗干净，这样特别的设计不但可以节约反洗水，而且絮凝层未清除的泥渣有利于提高下一个周期的初期净水质量。

短时间不完全反洗一般底部过滤层来不及膨胀，滤料不膨胀则不能发生相互磨擦以清除极少数吸附力很强的泥渣，因此，若干次不完全反洗后，应该进行一次长时间完全反洗。

自动检测优化运行（1）自动控制是水质保障的需要。

微絮凝净水器内部积污能力不如传统工艺强，当原水浊度较高时，其工作周期较短，需要较频繁地进行反洗操作，人工操作劳动强度大，应采用自动反洗控制。

在多个净水器并联工作时，当一个净水器反洗后，过水阻力大幅度降低，可能与其它未反洗净水器的过水阻力形成较大的差异，导致进水流量向刚反洗的净水器集中，流量超过上限，影响初期水质，因此必须控制进水阀限流，该操作由人工完成比较困难，应采用自动控制，通过自动调节可以做到使各净水器进水量基本相等，实现等速运行。

净水器效率高，水流总停留时间短（10～15分钟），絮凝剂投加量不准确会很快影响出水质量，另外投加定量不准确会影响絮凝材料的吸附能力，应实现絮凝剂投加自动控制。

（2）反洗控制原理。

反洗控制通过电动阀的开闭进行，控制依据是进水流量、混凝层（包括凝聚层与絮凝层）和过滤层的差压、出水浊度等的检测值。

通常情况下控制进行小反洗（不完全反洗），在满足一定条件后进行大反洗（完全反洗）。

下列任何一个条件满足则控制反洗开始：1）含污系数大于设定值；2）出水浊度超标；3）过滤层阻力大于设定值；4）净水时间大于设定最大值。