在給水凈化處理的混凝、沉淀、過濾諸多工藝中，混凝是其中的核心。天然水體中分散著相當大部分由無機膠粒組成的雜質(zhì)，如：黏土、金屬氧化物、金屬氫氧化物和金屬碳酸鹽，還有來自腐殖質(zhì)的有機膠體物質(zhì)以及有生命的微生物（藻類或細菌）。城鎮(zhèn)用水及工業(yè)廢水處理中，絮凝（混凝）過程是應用普遍的關鍵環(huán)節(jié)之一。絮凝效果的好壞，直接決定著后續(xù)單元過程的運行工況、處理費用及終出水水質(zhì)。實踐證明，設計時混凝工藝選定的合理，不僅可提高出水水質(zhì)，還能達到節(jié)能節(jié)約降低運行費用的目的。

      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、回轉(zhuǎn)孔室反應以及回轉(zhuǎn)組合式隔板反應的絮凝工藝，水在設備中停留20～30分鐘，水中尚有很多絮凝不完善的小顆粒。近年來，國內(nèi)出現(xiàn)了普通網(wǎng)格反應；國外推出了折板式與波形板反應設備，使絮凝效果有了比較明顯地改善。但由于人們對絮凝的動力學本質(zhì)認不清楚，也就妨礙了絮凝效果的進一步提高。

1、絮凝的動力學致因

絮凝是微小顆粒接觸和碰撞的過程。

顆粒在水中的接觸碰撞，主要有三種途徑：

（1）顆粒的布朗運動；

（2）顆粒間的沉速差異；

（3）流動水體的水力作用。由布朗運動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，而與顆粒尺度無關，實際上只有小顆粒才有布朗運動，隨著顆粒粒徑增大，布朗運動將逐漸減弱，當顆粒粒徑大于1μm時，布朗運動基本消失。

    對于一般絮凝池來說，絮體顆粒一般從微米級增至毫米級以上，因此由布朗運動產(chǎn)生的顆粒接觸碰撞可忽略不計。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，然而在反應池中，由于水流的強烈紊動，相對來說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，因此對于因沉速差異而產(chǎn)生的接觸，在反應池中一般可以忽略不計；基于以上分析可以斷定：流動水體的水力作用對加速顆粒絮凝起主導作用。這是因為水是連續(xù)介質(zhì)，水中的速度分布是連續(xù)的，沒有任何跳躍，水中兩個質(zhì)點相距越近其速度差越小，當兩個質(zhì)點相距為無究小時，其速度差亦為無窮小，即無速度差。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動，由于沒有速度差就不會發(fā)生碰撞。由此可見要想使水流中顆粒相互碰撞，就必須使其與水流產(chǎn)生相對運動，這樣水流就會對顆粒運動產(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)生相對運動呢？好的辦法是改變水流的速度。因為水的慣性（密度）與顆粒的慣性（密度）不同，當水流速度變化時它們的速度變化（加速度）也不同，這就使得水與其中固體顆粒產(chǎn)生了相對運動。所以說絮凝的動力學致因是慣性效應。

2、渦旋在混凝處理中的作用

改變速度方法有兩種：

一是改變水流時平均速度大小。水力脈沖澄清池、波形板反應池、孔室反應池以及濾池的微絮凝主要就是利用水流時平均速度變化形成慣性效應來進行絮凝；

二是改變水流方向。因為湍流中充滿著大大小小的渦旋，因此水流質(zhì)點在運動時不斷地在改變自己的運轉(zhuǎn)方向。當水流作渦旋運動時在離心慣性力作用下固體顆粒沿徑向與水流產(chǎn)生相對運動，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，慣性效應越強絮凝作用就越好。由此可見湍流中的微小渦旋的離心慣性效應是絮凝的重要的動力學致因。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地布置小孔眼網(wǎng)格，由于過網(wǎng)水流的慣性作用，使過網(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)格絮凝設備，增設小孔眼網(wǎng)格后有如下作用：

 （1）水流通過格網(wǎng)的區(qū)段是速度激烈變化的區(qū)段，也是慣性效應強、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，渦旋的離心慣性效應增加，有效地增加了顆粒碰撞次數(shù)；

 （3）由于過網(wǎng)水流的慣性作用，礬花產(chǎn)生強烈的變形，使礬花中處于吸附能級低的部分，由于其變形揉動作用達到高吸能級的部位，這樣就使得通過網(wǎng)格之后礬花變得更密實。絮凝效果更好。因為大幅度的提高了反應效率，絮凝時間可縮短至5~10min；

 （4）出水質(zhì)量優(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，節(jié)約了大量的反沖洗水。

     撫順市東洲水廠設計能力為2萬立方米/天，原處理工藝流程為：原水→一級泵站→虹吸濾池→清水池→管網(wǎng)。該水廠原水取自大伙房水庫，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施。1995年“七·二九”特大洪水之后，水庫水質(zhì)發(fā)生顯著變化，

     該水廠持續(xù)幾個月出水水質(zhì)不達標，對此用戶反映極為強烈，因此公司決定完善處理工藝，增加反應沉淀工藝。

     東洲凈水廠反應沉淀池擴建工程于1996年5月開始施工，7月27日竣工。反應采用小孔眼網(wǎng)格絮凝設備，反應時間為10min；7月28日，突降暴雨，原水濁度達500NTU以上，該設備在此情況下開始啟動，經(jīng)2h調(diào)試運行以后，沉后水濁度達到3NTU以下，確保了水廠的正常運行。

從運行情況來看，該項技術(shù)有以下優(yōu)點：

 （1）經(jīng)濟效益顯著。由于反應時間短，沉淀池上升流速高，大大節(jié)省了反應沉淀池面積，從而節(jié)省基建投資達30%以上；

 （2）處理水質(zhì)好，沉后水濁度可穩(wěn)定在3NTU以下；

 （3）啟動方便，抗沖擊負荷強，運行操作簡單；

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

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

      網(wǎng)格絮凝工藝不僅對于新建水廠，對老水廠技術(shù)改造也具有優(yōu)勢。但是，網(wǎng)格絮凝工藝需要通過更多的工程實踐來證明其，在設計理論和系列化、標準化方面也有待進一步的完善。