絮凝反应器 【技术领域】
本发明涉及一种水处理设备，尤其涉及一种速度梯度连续变化螺旋流槽絮凝反应器。
背景技术
絮凝过程是絮体颗粒逐步长大的过程。在絮凝反应器中速度梯度起着两种相反的作用，较大的速度梯度对应较大的碰撞频率进而促进颗粒的长大，同时速度梯度的增加也使大尺度颗粒的破碎机率增加。
现有的絮凝反应器，如往复式絮凝反应器、回转式絮凝反应器和折板式絮凝反应器等都是通过絮凝反应器的不同构造，来改变水流的流速和方向来起到絮凝效果的。但由于这类絮凝反应器的速度梯度存在较大波动，变化趋势呈波浪形或折线型变化，这就造成现有絮凝反应器在转弯或过水断面较小处的速度梯度很大，而在平直管段或过水断面较大处的速度梯度很小。尤其在絮凝反应后期，颗粒的尺度较大时，在速度梯度很大的拐角或过水断面较小处无疑会增加大颗粒的破碎，最终导致絮凝效果的下降。这就带来现有的絮凝反应器能耗高且反应时间长。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种絮凝反应器，该絮凝反应器可以实现水流速度梯度连续变化，以降低絮凝反应的能耗，缩短反应时间。
本发明为一种絮凝反应器，包括进水口、出水口、位于所述进水口与所述出水口之间的反应器本体，所述反应器本体包括一个宽度连续变化的螺旋流槽，所述宽度连续变化的螺旋流槽用于使所述絮凝反应器中水流速度的梯度连续变化且逐渐减小。
上述絮凝反应器，优选所述螺旋流槽的宽度沿进水口至出水口方向螺旋增大。
上述絮凝反应器，优选所述流槽的壁是为水平螺旋线，其半径沿进水口至出水口方向逐渐变大，所述水平螺旋线根据圆锥的螺旋线之水平投影确定。
上述絮凝反应器，优选所述螺旋流槽的宽度沿进水口至出水口方向螺旋增大，所述流槽的宽度依据下式确定：
Δr=ρ0sinα0[exp(sinα0×(θ+2π)tgβ)-exp(sinα0tgβθ)];]]>
其中，Δr为螺旋流槽的宽度，单位m；θ为极坐标角变量，单位rad；α0为所述圆锥顶角的一半，单位rad；β为螺旋角，单位rad；ρ0为圆锥螺旋线初始矢径，单位m；通过调整β、ρ0和α0的数值，实现所述絮凝反应器中水流速度的梯度逐渐减小的连续变化规律符合絮凝动力学的要求。在具体某个螺旋反应器中β、ρ0和α0均为常数。例如设计一个进水流量是20000m3/d的反应器，进水口水深是2.2m的螺旋絮凝反应器，所得的β、ρ0和α0分别为73°、2.5m和12°。
上述絮凝反应器，优选所述进水口、所述出水口和所述反应器本体由板形材料加工制成。
在本发明的絮凝反应器中，由于螺旋流槽宽度的逐渐增大，使絮凝反应器中水流速度的梯度连续变化，而这种变化近似符合混凝动力学对速度梯度变化的要求，既可以满足颗粒的快速增长也能减少大尺度颗粒的破碎，在提高了絮凝效果的同时降低了能耗和反应时间。
【附图说明】
图l为本发明絮凝反应器实施例的俯视图；
图2A为三维圆锥螺旋线与螺旋絮凝反应器流槽壁的水平螺旋线关系示意图；
图2B为图2A中相关参数的示意图；
图3为本发明絮凝反应器实施例中，螺旋流槽宽度变化示意图；
【具体实施方式】
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参照图1，图1为本发明絮凝反应器实施例的俯视图。本发明絮凝反应器包括进水口1、出水口2、位于所述进水口1与出水口2之间的反应器本体，反应器本体包括一个连续的流槽3，流槽3的宽度沿进水口1至出水口2向逐渐增加。流槽3由两个流槽壁4围成。一个宽度连续变化的流槽3用于使所述絮凝反应器中水流速度的梯度实现连续变化。
由于流槽宽度的逐渐增大，使絮凝反应器中水流速度的梯度连续变化。
在具体实施时，流槽3宽度沿进水口1至出水口2向按螺旋规律增大，其中，圆锥螺旋线依据如下螺旋线方程确定：
x=ρsinα0cosθy=ρsinα0sinθz=ρcosα0ρ=ρ0exp(sinα0tgβθ)---(1)]]>
方程组(1)所表示地螺旋线示意图见图2A、图2B。反应器流槽壁即为方程组(1)所表示的空间螺旋线的水平投影：
r=ρ0sinα0exp(sinα0tgβθ)---(2)]]>
式中，γ为极坐标极径。式(2)的图形见图3。
所述流槽的宽度随极坐标角度变化：
Δr=ρ0sinα0[exp(sinα0×(θ+2π)tgβ)-exp(sinα0tgβθ)]---(3)]]>
其中：Δr-为流槽的宽度，单位m；
θ-为极坐标角度，单位rad；
α0-为圆锥顶角的一半，单位rad；
β-为螺旋角，单位rad；
ρ0-为圆锥螺旋曲线初始矢径，单位m；
在具体每个螺旋絮凝反应器中，β、ρ0和α0均为常数。在设计过程中，通过调整β、ρ0和α0的数值使按照水力学原理计算得到的流槽的水流速度梯度随时间的变化规律向絮凝动力学中速度梯度的变化规律拟合。换句话说，通过调整β、ρ0和α0的数值，使宽度由方程(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动力学中速度梯度的变化规律。即，通过曲线拟合的方式，确定三维圆锥螺线的三个参数β、ρ0和α0，也就确定了平面螺旋线的参数，从而确定了絮凝反应器中的流槽。
例如，在实际确定流槽壁水平螺旋线的过程中，絮凝动力学中速度梯度的变化规律可以设定为如方程(4)所示：
G=G01+KSBST---(4)]]>
式中：T-时间，单位为s；
G0-初始速度梯度，单位为s-1；
G-T时刻的速度梯度，单位为s-1；
KSBS-速度梯度衰减系数，单位为s-1；
速度梯度G可按下式计算：
G=ghvt]]>
其中，g-为重力加速度，9.81m2/s；
h-为水头损失，在给定的参数β、ρ0和α0数值下，通过水力学计算得到；单位m；
v-为水的运动粘滞性系数，单位m2/s；
t-为水的流行时间，单位s；
例如，设计一个进水是20000m3/d的螺旋絮凝反应器，设进口水深为2.2m，采用G0＝200s-1，KSBS＝0.01s-1，通过水力学计算，所得的使螺旋絮凝反应器速度梯度连续变化规律与式(3)的速度梯度变化规律最为接近的β、ρ0和α0值分别为73°、2.5m和12°。
需要说明的是，絮凝动力学要求的速度梯度变化规律的计算公式并不限于式(4)，在此只是一个优选示例。只要能够满足流槽宽度沿进水口至出水口方向螺旋逐渐均匀增大，且满足混凝动力学对速度梯度不断递减的规律，即可满足本发明的基本的发明目的。
参照图3，图3为本发明絮凝反应器实施例中，螺旋流槽极径变化示意图。该图中，以进水口的中心为坐标原点。从图中可以看出流槽的宽度的变化。该图根据上述螺旋线方程和絮凝动力学理论画出的，根据这种趋势设计的新型絮凝反应器具有：速度梯度连续变化、能耗低、反应时间短和絮凝效果很好等优点，能够促使絮凝颗粒的快速长大，而又降低了颗粒的破碎，是一种高效的絮凝反应器。
综上所述，本发明絮凝反应器中，由于流槽宽度的逐渐增大，使絮凝反应器中水流速度的梯度连续变化，而这种变化近似符合混凝动力学对速度梯度变化的要求，既可以满足颗粒的快速增长也能减少大尺度颗粒的破碎，在提高了絮凝效果的同时降低了能耗和反应时间。
以上对本发明所提供的一种絮凝反应器详细介绍，本文中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。