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摘要：传统水处理装置占地面积大、耗能高、安装复杂，相比之下一体化水处理装置的安装方式和使用过程中更加便捷，具有良好的发展前景。该装置使用了双向旋流混凝设计以及絮凝设计，在改进动水模型以及斜板结构后，提高了一体化水处理装置的净水能力。本文分析了水处理设备净水的工艺和流程，并探究其应用的理论方法和设计结构。
关键词：一体化净水装置；絮凝技术；控制系统
引言：水处理技术是以降低水污染、保护水资源、改善水体环境为研发目的的实用技术，对我国社会经济有一定的影响。现阶段，其广泛用在工业、农业以及生活污水净化工作中。一体化水处理装置凭借其占地面积小、耗能低、安装简易的特点得到人们认可，有着良好的发展前景。但在设计和使用的过程中，要了解装置的结构和反应机理，这样能发挥出该装置净水的有效作用。
1.方案设计和工艺流程
一体化水处理装置的主要作用是净化污水，通过直流混凝、微絮凝、动态过滤等反应原理，让污水净化中混凝反应、离子分离等方式结合在一起，在短时间内对污水展开多级净化。一体化净水工艺中，原水先进入混凝池，再经过絮凝、过滤、压缩过滤，最后将其中含有的盐分去除，才能达到出水标准。需要注意的净化器无需在混凝池中反应，在靠近泵前吸入充足无机药液，利用泵将其混合，然后在出水直流管位置测量出药液与有机助凝剂混合，加快微絮凝工作，避免在该过程中形成矾花以及质量较大的虚絮体，按照净化器内壁切线位置进入净化器内。
在混凝和微絮凝环节结束后，废水会转移进净化器在水中产生的旋流内，经过压缩双电层、吸附电中和、吸附架桥等反应过程，让絮凝体快速增大，形成矾花。
矾花沿着切线的方向保持高速旋转状态进入罐体，产生一定离心率，废水中含有的较大颗粒会在离心力作用下甩向罐壁，随着下旋流和重力作用，滑至锥形泥斗区域进行浓缩反应，质量较小的颗粒在药剂作用下形成较大的絮体，也会被甩向罐壁位置，再随着旋流和重力作用滑向污泥浓缩区域。经净化的水会逐渐向中心位置靠拢，形成向上旋流进入过滤区域。
污水在上述步骤净化后其中的质量小的颗粒随着净化水一并上升到过滤区域，一般使用悬浮滤料填充过滤区，在旋流产生的离心力下展开动态过滤，可以过滤到颗粒直径大于5μm的粒子，对污水进行二次净化，颗粒中含有的杂质会直接被滤料表面吸收，随着吸附颗粒不断增加，在堆积到一定程度后滤料颗粒还会脱落至污泥区一体化净水装置。
在重力和离心力作用下分离出的污泥会直接进入泥斗区，泥斗区上部位置的污泥会产生一定聚合力，颗粒在聚合力作用下形成完整体，各颗粒之间保持相对不变位置一同下沉。泥斗区中下的位置含有大量的污泥，颗粒之间保持着紧密的状态，颗粒之间相互支撑。下层位置颗粒会受到罐体和上层颗粒的挤压，间隙中含有的液体直接被挤出界面，固体颗粒在经过浓缩压实后，其中的液体会在椎体底部或排泥管中排出。最后在反渗透和电除盐作用下形成纯水。
2.理论和分析
2.1絮凝反应机理
絮凝效果受到两方面因素影响：第一，混凝剂经水解反应后形成的高分子络合物所构成的吸附架桥具有的联结性能，混凝剂的性质直接决定絮凝效果；第二，微小颗粒之间进行充分碰撞，所应用设备的动力学条件决定絮凝效果。
水分是连续的，速度也保持连续状态。水中两个质点的间距越小，两者之间的速度差就越小，当质点之间基本无间距时，速度差也可以忽略不计。因此，想要让水流之间的颗粒进行相互碰撞，需要让水流保持相对运动的状态，运动的颗粒会受到水流的阻力。
最佳絮凝要将絮凝时间控制最短，消耗少量能量达到良好的絮凝效果。在此过程中，水力条件决定了絮凝体成长程度。可以控制水力条件例如：设置扰流装置，调整紊流结构，以此提升有效能耗、提高絮凝速率；合理分配能耗，絮凝过程中形成的矾花尺寸是吸附架桥联结力与紊流剪切力之间的对比，其中涡旋尺寸和强度决定了紊流剪切力作用效果，涡旋尺度越小，涡旋强度越大，涡旋产生的剪切力越大；改善絮凝工艺。投入大量混凝剂，压缩混凝剂的水化壳，水解后产生的阳离子会与有机物形成的阴离子进行中和，消除有机物给无机胶体带来的影响，让无机胶体实现脱稳；使用高分子絮凝剂，加强吸附和架桥效果，让絮体粘附有机物；在反应过程中投入适量的氧化剂，让有机物进行氧化反应。
2.2澄清器结构设计
斜板澄清器在设计中加入了单位容积面积以及产生的沉降面积。让沉降效率得到提升。
设定固体颗粒以自由沉降速度vx到达斜板单元下端a处，并按照速率vα沿一定运动轨迹向上移动到b处进行沉落。在不同的截面位置，水流的速度决定了流速的大小。颗粒会保持着分散的自由沉降状态，沉降过程始终保持着统一速度，其斜板澄清器处理计算方法为：
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公式中：A—斜板总面积；G—悬浊液处理量；U—清液上升速率；α—斜板夹角水平；η—斜板澄清器效率。
斜板总面积：
公式中：A—斜板总面积；n—斜板数量；S—斜板平均面积。
带入
经以上分析可以了解，增加澄清器的沉降面积能够有效提升其处理能力。因为普通斜板设计存在一定缺陷，例如负荷能力差、排泥困难、水质不均匀等特点，这些都会降低沉降效率，所以相关科研人员对逆向流斜板澄清器做出改进，采用人字形斜板，让斜板具有 消能、整流等作用，降低斜板区受到的排泥负荷[2]。
为提升一体化净水装置的处理污水能力，减小占地面积和反渗透环节，综合上述分析，需要将澄清器设置为双向旋流设计，取消反应池，在内部应用韧性斜板结构。
2.3控制系统设计
污水处理设备在进行电力、化工等行业污水净化处理时，需要保证运行的安全性可靠性。其中容易出现的故障问题有：循环冷却水泵出现故障，导致冷却水流中断，进而影响机组的稳定运行；出水水质差，对设备产生一定腐蚀，加快设备的老化速度，形成安全隐患。为此，可以在水处理装置容易出现故障的部位上安装无线传感节点，实时采集各个部位的信息传递给监控主机，进而提升设备的可靠性。
3.结语：综上所述，利用双向旋流混凝设计、絮凝设计来改变进水模型和斜板结构，能够让一体化水处理装置的效率得到有效提升，进而提高出水的水质。经实验研究表明，这种装置可以有效去除废水中盐类和颗粒物，达到规定的出水标准，能够满足工业、农业等行业的用水需求。
参考文献：
[1]杨卫，李阳滢，闫爱萍.一体化给水处理装置设计与应用[J].科学技术创新，2019（28）：177-178.
[2]王磊，李建波.一体化净水装置在水处理系统中的应用[J].化肥工业，2019，46（04）：36-39+72.