折板絮凝池的構(gòu)造是在池內(nèi)放置一定數(shù)量的平行折板或波紋板。主要運用折板的縮放或轉(zhuǎn)彎造成的邊界層分離而產(chǎn)生的附壁紊流耗能方式,在絮凝池內(nèi)沿程保持橫向均勻,縱向分散地輸入微量而足夠的能量,有效地提高輸入能量利用率和混凝設(shè)備容積利用率,增加液流相對運動,以縮短絮凝時間,提高絮凝體沉降性能。
絮凝的數(shù)學(xué)描述一般分為兩個立的過程:遷移和粘附。遷移過程產(chǎn)生顆粒的碰撞。遷移是由水中顆粒的速度差異引起。在折板絮凝池中,速度差異認(rèn)為是以下3種因素造成:(1)顆粒的布朗運動(異向絮凝中起主要作用;(2)紊流渦旋(同向絮凝);(3)顆粒間沉降速度的差異(差速絮凝)。粘附作用取決于和顆粒物本身表面性質(zhì)有關(guān)的瞬時作用力。
同時,大尺度的渦旋從主流吸取動能,在運動過程中傳遞給較小尺度的渦旋,這樣逐級傳遞,一直到微尺度的渦旋。在較大尺度的渦運動中,流體粘性幾乎不起作用,可忽略不計,因而在動能傳遞中幾乎沒有能耗;而在微尺度的渦旋運動中,流體粘性將起主要作用,傳送到這些低級渦旋的能量就會通過粘性作用轉(zhuǎn)化為熱能。水流中同時存在無數(shù)大大小小的渦旋,產(chǎn)生一系列的脈動頻率,具有連續(xù)的頻譜。
眾多的水處理工作者均認(rèn)為:只有具有與顆粒尺寸相同數(shù)量級的渦旋才對碰撞有效,其它的不起作用。由于實際的絮體顆粒尺寸變化幅度是1-1000um,因此,有很大一段的渦旋起作用,不能嚴(yán)格劃分大小渦旋的界限。紊動的擴(kuò)散作用主要取決于大尺度的紊動。大渦旋的尺度可以認(rèn)為與折板單元的尺度數(shù)量級相同。折板單元連續(xù)的縮放,使水流形成大量不同尺度的渦旋,促進(jìn)了水流內(nèi)部絮體顆粒間的相對運動,增加了碰撞機(jī)會,所以相對于隔板絮凝池,絮凝效果大大提高。
開發(fā)新型、、安全的絮凝劑,深入研究絮凝基礎(chǔ)理論及其控制技術(shù),現(xiàn)已成為一門迅速發(fā)展的科學(xué)與技術(shù)。絮凝過程是一個復(fù)雜的動態(tài)過程,盡管要地表達(dá)某一水質(zhì)、絮凝劑和水流流態(tài)特性因素對絮凝效果的影響還存在很大的困難,但隨著多學(xué)科技術(shù)集成度的提高以及實際應(yīng)用的需要,預(yù)計折板絮凝研究將在如下方面有所發(fā)展:
好的絮凝效果不僅需要大量的顆粒碰撞,還需要控制顆粒進(jìn)行合理有效的碰撞,使顆粒聚集起來。速度梯度是絮凝過程中常用的控制動力學(xué)因素。根據(jù)絮凝動力學(xué)理論得知,絮凝過程中的速度梯度值是逐漸減小的;而且開始時刻的速度梯度值要求能與混合階段銜接上,所以一般要求較大。這時的絮凝也要求接觸和碰撞,但是由微渦旋理論可知要求的水力半徑要適合于自身的直徑,才能發(fā)生有效碰撞。理論上,攪拌強(qiáng)度越大,速度梯度越大,相互接觸碰撞的機(jī)會越多。但攪拌強(qiáng)度大(G值大),水流的剪切力就大,松散的絮體受到水流剪切會二次斷開成為小絮體。因此要求攪拌的強(qiáng)度(也就是速度梯度)隨著絮凝的進(jìn)行而逐漸變小。整個混凝的過程中,G值是遞減的。但是速度梯度遞減規(guī)律,國內(nèi)外的還沒有定論。
在往復(fù)式折板后面能夠形成渦旋,伴隨著顆粒粒徑在增加,渦旋的尺度由小變大,符合絮凝動力學(xué)規(guī)律;通過比較得出,圓弧形渠道絮凝池的湍流強(qiáng)度變化緩慢,分布更加均勻合理,不僅能夠滿足絮凝前期較大湍流強(qiáng)度的需要,也能滿足絮凝后期顆粒碰撞的湍流強(qiáng)度,證明圓弧轉(zhuǎn)彎渠道形比矩形轉(zhuǎn)彎渠道有更好的絮凝效果。
傳統(tǒng)往復(fù)式絮凝池在矩形渠道拐彎處速度方向改變?yōu)?80°直接轉(zhuǎn)變,而圓弧形渠道拐彎處的速度方向則是逐漸變化,變化比矩形拐彎渠道平緩的多。而其圓弧形拐彎渠道能夠產(chǎn)生慣性離心力,進(jìn)而產(chǎn)生各種微渦旋,根據(jù)王紹文教授提出的“慣性效應(yīng)是絮凝的動力學(xué)致因”可知,圓弧形渠道能夠提高絮凝效率,即絮凝效率較高
通過混凝動力學(xué)的研究,得到了混凝動力學(xué)中速度梯度與時間的關(guān)系G=G(0)/1+Kt;并通過擬合得到往復(fù)式絮凝池速度梯度的變化規(guī)律近似符合混凝動力學(xué)對速度梯度變化的要求;同時參考了往復(fù)式絮凝池的新研究成果—將往復(fù)式絮凝池轉(zhuǎn)彎處的矩形渠道變成圓弧形狀,設(shè)計出一種的往復(fù)式絮凝池。通過數(shù)學(xué)模擬發(fā)現(xiàn):優(yōu)化后的往復(fù)式絮凝池拐彎處的圓弧形渠道能夠消除傳統(tǒng)往復(fù)式絮凝池轉(zhuǎn)彎處的死水區(qū),而且圓弧形渠道處的水流速度比矩形渠道處的分布均勻,有利于節(jié)約能耗。