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(yùn)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(duì)運(yùn)動(dòng),以縮短絮凝時(shí)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(gè)立的過(guò)程:遷移和粘附。遷移過(guò)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(yùn)動(dòng)(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(shí)作用力。
同時(shí),大尺度的渦旋從主流吸取動(dòng)能,在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中傳遞給較小尺度的渦旋,這樣逐級(jí)傳遞,一直到微尺度的渦旋。在較大尺度的渦運(yùn)動(dòng)中,流體粘性幾乎不起作用,可忽略不計(jì),因而在動(dòng)能傳遞中幾乎沒(méi)有能耗;而在微尺度的渦旋運(yùn)動(dòng)中,流體粘性將起主要作用,傳送到這些低級(jí)渦旋的能量就會(huì)通過(guò)粘性作用轉(zhuǎn)化為熱能。水流中同時(shí)存在無(wú)數(shù)大大小小的渦旋,產(chǎn)生一系列的脈動(dòng)頻率,具有連續(xù)的頻譜。
折板絮凝池的設(shè)計(jì)主要控制參數(shù)是水流速度、水頭損失和絮凝時(shí)間,但建成后往往發(fā)現(xiàn)實(shí)際運(yùn)行參數(shù)與設(shè)計(jì)值相差甚遠(yuǎn)。以水頭損失的計(jì)算為例,設(shè)計(jì)手冊(cè)中,其計(jì)算采用的是明渠漸擴(kuò)和漸縮公式,有人通過(guò)研究發(fā)現(xiàn),豎流折板絮凝池水頭損失實(shí)測(cè)值與設(shè)計(jì)計(jì)算值相差較大,實(shí)測(cè)值明顯小于設(shè)計(jì)計(jì)算值。
絮凝效果的好壞主要依據(jù)形成的礬花情況。實(shí)際生產(chǎn)中,絮凝的效果大都依據(jù)后續(xù)的沉淀出水濁度進(jìn)行評(píng)價(jià),但這已不是絮凝階段結(jié)果的直接反映,沉淀出水濁度還與沉淀效果有很大關(guān)系。另一方面,即使對(duì)絮凝效果進(jìn)行直接評(píng)價(jià),評(píng)價(jià)大多也只是停留在對(duì)礬花大小和密實(shí)與否的感官描述上,缺少可操作的量化評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),這與當(dāng)前還比較缺乏相對(duì)合理的絮凝評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)有關(guān) [3] 。
加強(qiáng)絮凝控制設(shè)備研制及絮凝效果評(píng)價(jià)參數(shù)的制定。開(kāi)發(fā)研制新型可定量、實(shí)時(shí)測(cè)定絮凝過(guò)程水流動(dòng)力學(xué)參數(shù)和礬花多形態(tài)參數(shù)(如大小、密實(shí)度、沉降速率等),并參與水廠運(yùn)行控制的設(shè)備儀器;利用所開(kāi)發(fā)的新型設(shè)備儀器,評(píng)估判斷特性水體絮凝效果,研究制定新型實(shí)用的微觀與宏觀相結(jié)合的絮凝效果綜合評(píng)估參數(shù)。
合理地選定和優(yōu)化混凝工藝,不僅會(huì)提高出水水質(zhì),還能達(dá)到節(jié)能、節(jié)藥及降低運(yùn)行費(fèi)用的目的。往復(fù)式隔板絮凝池是依靠水流在廊道間的往返流動(dòng),使顆粒碰撞聚集。實(shí)際運(yùn)行資料表明,有些絮凝池在運(yùn)行過(guò)程中絮凝效果不佳,致使后續(xù)工藝的出水水質(zhì)遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)水平。國(guó)內(nèi)外常用的方法是將CFD 模型應(yīng)用到絮凝過(guò)程中,并已經(jīng)證明CFD對(duì)絮凝模擬的實(shí)用有效性。通過(guò)絮凝動(dòng)力學(xué)的研究,得到了絮凝中重要參數(shù)速度梯度值(G值)隨時(shí)間的變化規(guī)律,并將CFD模型應(yīng)用到往復(fù)式隔板絮凝池的設(shè)計(jì)過(guò)程中,通過(guò)流體力學(xué)軟件FLUENT的數(shù)值模擬,得到了往復(fù)式隔板絮凝池內(nèi)部水流的狀態(tài)和內(nèi)部的流場(chǎng),并對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行了深入的分析,定性分析水流狀態(tài)對(duì)絮凝處理效果的影響。
通過(guò)混凝動(dòng)力學(xué)的研究,得到了混凝動(dòng)力學(xué)中速度梯度與時(shí)間的關(guān)系G=G(0)/1+Kt;并通過(guò)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(dòng)力學(xué)對(duì)速度梯度變化的要求;同時(shí)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(jì)出一種的往復(fù)式絮凝池。通過(guò)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。
池的圓弧形轉(zhuǎn)彎渠道改變了矩形渠道轉(zhuǎn)彎處180°速度方向變化帶來(lái)的能耗,降低了能耗;同時(shí)圓弧形渠道處的水流方向是逐漸變化的,從而產(chǎn)生慣性離心力,進(jìn)而產(chǎn)生大量微渦旋,提高了絮凝效率 。