專利名稱：絮凝反應器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種水處理設備，尤其涉及一種速度梯度連續變化螺旋流槽絮凝反應 器。
背景技術：
絮凝過程是絮體顆粒逐步長大的過程。在絮凝反應器中速度梯度起著兩種相反的 作用，較大的速度梯度對應較大的碰撞頻率進而促進顆粒的長大，同時速度梯度的增加也 使大尺度顆粒的破碎機率增加。 現有的絮凝反應器，如往復式絮凝反應器、回轉式絮凝反應器和折板式絮凝反應 器等都是通過絮凝反應器的不同構造，來改變水流的流速和方向來起到絮凝效果的。但由 于這類絮凝反應器的速度梯度存在較大波動，變化趨勢呈波浪形或折線型變化，這就造成 現有絮凝反應器在轉彎或過水斷面較小處的速度梯度很大，而在平直管段或過水斷面較大 處的速度梯度很小。尤其在絮凝反應后期，顆粒的尺度較大時，在速度梯度很大的拐角或過 水斷面較小處無疑會增加大顆粒的破碎，最終導致絮凝效果的下降。這就帶來現有的絮凝 反應器能耗高且反應時間長。
發明內容
本發明的目的在于提供一種絮凝反應器，該絮凝反應器可以實現水流速度梯度連 續變化，以降低絮凝反應的能耗，縮短反應時間。 本發明為一種絮凝反應器，包括進水口 、出水口 、位于所述進水口與所述出水口之
間的反應器本體，所述反應器本體包括一個寬度連續變化的螺旋流槽，所述寬度連續變化
的螺旋流槽用于使所述絮凝反應器中水流速度的梯度連續變化且逐漸減小。 上述絮凝反應器，優選所述螺旋流槽的寬度沿進水口至出水口方向螺旋增大。 上述絮凝反應器，優選所述流槽的壁是為水平螺旋線，其半徑沿進水口至出水口
方向逐漸變大，所述水平螺旋線根據圓錐的螺旋線之水平投影確定。 上述絮凝反應器，優選所述螺旋流槽的寬度沿進水口至出水口方向螺旋增大，所 述流槽的寬度依據下式確定<formula>formula see original document page 3</formula> 其中，Ar為螺旋流槽的寬度，單位m; e為極坐標角變量，單位rad ; a 。為所述圓 錐頂角的一半，單位rad ; 13為螺旋角，單位rad ; P 。為圓錐螺旋線初始矢徑，單位m ;通過 調整P、 P。和a。的數值，實現所述絮凝反應器中水流速度的梯度逐漸減小的連續變化規 律符合絮凝動力學的要求。在具體某個螺旋反應器中P、P。和a。均為常數。例如設計一 個進水流量是20000mVd的反應器，進水口水深是2. 2m的螺旋絮凝反應器，所得的P 、 P 。 和a。分別為73° 、2. 5m和12° 。 上述絮凝反應器，優選所述進水口、所述出水口和所述反應器本體由板形材料加
在本發明的絮凝反應器中，由于螺旋流槽寬度的逐漸增大，使絮凝反應器中水流 速度的梯度連續變化，而這種變化近似符合混凝動力學對速度梯度變化的要求，既可以滿 足顆粒的快速增長也能減少大尺度顆粒的破碎，在提高了絮凝效果的同時降低了能耗和反 應時間。
圖1為本發明絮凝反應器實施例的俯視圖； 圖2A為三維圓錐螺旋線與螺旋絮凝反應器流槽壁的水平螺旋線關系示意圖；
圖2B為圖2A中相關參數的示意圖； 圖3為本發明絮凝反應器實施例中，螺旋流槽寬度變化示意具體實施例方式
為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實 施方式對本發明作進一步詳細的說明。 參照圖1，圖1為本發明絮凝反應器實施例的俯視圖。本發明絮凝反應器包括進水 口 1、出水口 2、位于所述進水口 1與出水口 2之間的反應器本體，反應器本體包括一個連續 的流槽3，流槽3的寬度沿進水口 l至出水口2向逐漸增加。流槽3由兩個流槽壁4圍成。 一個寬度連續變化的流槽3用于使所述絮凝反應器中水流速度的梯度實現連續變化。
由于流槽寬度的逐漸增大，使絮凝反應器中水流速度的梯度連續變化。
在具體實施時，流槽3寬度沿進水口 1至出水口 2向按螺旋規律增大，其中，圓錐 螺旋線依據如下螺旋線方程確定 x = sin or0 cos 0 _y = yOsincir0 sinP z = p cos "0
= A exp
sin a,
妙 方程組(1)所表示的螺旋線示意圖見圖2A、圖2B。反應器流槽壁即為方程組(1)
所表示的空間螺旋線的水平投影
、r = p0 sin a0 exp
sm"0
(2) 式中，y為極坐標極徑。式(2)的圖形見圖3。
所述流槽的寬度隨極坐標角度變化 Ar = p0sina0
exp
_cxp
sm 0
<9
(3) 其中Ar-為流槽的寬度，單位m ;
9 _為極坐標角度，單位rad ; a。-為圓錐頂角的一半，單位rad;
4
P-為螺旋角，單位rad;
P 。-為圓錐螺旋曲線初始矢徑，單位m ; 在具體每個螺旋絮凝反應器中，I3、P。和a。均為常數。在設計過程中，通過調整 P 、 P 。和a 。的數值使按照水力學原理計算得到的流槽的水流速度梯度隨時間的變化規律 向絮凝動力學中速度梯度的變化規律擬合。換句話說，通過調整13 、 P 。和a 。的數值，使寬 度由方程(3)所表示的水平螺旋流槽的速度梯度最大限度的接近絮凝動力學中速度梯度 的變化規律。即，通過曲線擬合的方式，確定三維圓錐螺線的三個參數P、 P。和a。，也就 確定了平面螺旋線的參數，從而確定了絮凝反應器中的流槽。 例如，在實際確定流槽壁水平螺旋線的過程中，絮凝動力學中速度梯度的變化規 律可以設定為如方程(4)所示 式中T-時間，單位為S ; G。_初始速度梯度，單位為S—1 ; G-T時刻的速度梯度，單位為S—1 ; KSBS_速度梯度衰減系數，單位為s—1 ; 速度梯度G可按下式計算 其中，g-為重力加速度，9. 81m7s ; h-為水頭損失，在給定的參數13、 P。和a。數值下，通過水力學計算得到；單位 v-為水的運動粘滯性系數，單位m7s ;
t-為水的流行時間，單位s ; 例如，設計一個進水是20000mVd的螺旋絮凝反應器，設進口水深為2. 2m，采用G。 =200s—、 KSBS = 0.01s—、通過水力學計算，所得的使螺旋絮凝反應器速度梯度連續變化規 律與式(3)的速度梯度變化規律最為接近的13、 P。禾P a。值分別為73。 、2.5m和12。。
需要說明的是，絮凝動力學要求的速度梯度變化規律的計算公式并不限于式(4)， 在此只是一個優選示例。只要能夠滿足流槽寬度沿進水口至出水口方向螺旋逐漸均勻增 大，且滿足混凝動力學對速度梯度不斷遞減的規律，即可滿足本發明的基本的發明目的。
參照圖3，圖3為本發明絮凝反應器實施例中，螺旋流槽極徑變化示意圖。該圖中，
以進水口的中心為坐標原點。從圖中可以看出流槽的寬度的變化。該圖根據上述螺旋線方 程和絮凝動力學理論畫出的，根據這種趨勢設計的新型絮凝反應器具有速度梯度連續變
化、能耗低、反應時間短和絮凝效果很好等優點，能夠促使絮凝顆粒的快速長大，而又降低 了顆粒的破碎，是一種高效的絮凝反應器。 綜上所述，本發明絮凝反應器中，由于流槽寬度的逐漸增大，使絮凝反應器中水流 速度的梯度連續變化，而這種變化近似符合混凝動力學對速度梯度變化的要求，既可以滿 足顆粒的快速增長也能減少大尺度顆粒的破碎，在提高了絮凝效果的同時降低了能耗和反 應時間。
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以上對本發明所提供的一種絮凝反應器詳細介紹，本文中應用了具體實施例對本 發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發明的方法及 其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據本發明的思想，在具體實施方式
及應 用范圍上均會有改變之處。綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。
權利要求
一種絮凝反應器，包括進水口、出水口、位于所述進水口與所述出水口之間的反應器本體，其特征在于，所述反應器本體包括一個寬度連續變化的螺旋流槽，所述寬度連續變化的螺旋流槽用于使所述絮凝反應器中水流速度的梯度連續變化且逐漸減小。
2. 根據權利要求1所述的絮凝反應器，其特征在于，所述流槽的寬度沿進水口至出水 口方向螺旋增大。
3. 根據權利要求2所述的絮凝反應器，其特征在于，所述流槽的壁是為水平螺旋線，其 極坐標極徑沿進水口至出水口方向逐漸變大，所述水平螺旋線根據圓錐螺旋線的水平投影 確定。
4. 根據權利要求2所述的絮凝反應器，其特征在于，所述流槽的寬度沿進水口至出水口方向螺旋增大，所述螺旋流槽的寬度依據下式確定= /90 sin "oexp(0人其中，Ar為螺旋流槽的寬度，單位m ; e為極坐標角變量，單位rad ; a 。為所述圓錐頂 角的一半，單位rad ; 13為螺旋角，單位rad ; P 。為所述圓錐螺旋線初始矢徑，單位m。通過調整13 、 P 。和a 。的數值使螺旋流槽的水流速度梯度隨時間的變化規律最大限度 地接近絮凝動力學中速度梯度的變化規律。
5.根據權利要求1所述的絮凝反應器，其特征在于，所述進水口、所述出水口和所述反 應器本體由板形材料加工制成。
全文摘要
本發明公開了一種絮凝反應器，包括進水口、出水口、位于所述進水口與所述出水口之間的反應器本體，所述反應器本體包括一個寬度連續變化的螺旋流槽，所述寬度連續變化的螺旋流槽用于使所述絮凝反應器中水流速度的梯度連續變化且逐漸減小。本發明設計的絮凝反應器符合混凝動力學對速度梯度變化的要求，既可以滿足顆粒的快速增長也能減少大尺度顆粒的破碎，在提高了絮凝效果的同時降低了能耗和反應時間。
文檔編號C02F1/52GK101786706SQ20101011075
公開日2010年7月28日 申請日期2010年2月9日 優先權日2010年2月9日
發明者年躍剛, 趙宗升 申請人:北京交通大學