折板絮凝池的構造是在池內放置一定數(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。
折板絮凝池的設計主要控制參數(shù)是水流速度、水頭損失和絮凝時間,但建成后往往發(fā)現(xiàn)實際運行參數(shù)與設計值相差甚遠。以水頭損失的計算為例,設計手冊中,其計算采用的是明渠漸擴和漸縮公式,有人通過研究發(fā)現(xiàn),豎流折板絮凝池水頭損失實測值與設計計算值相差較大,實測值明顯小于設計計算值。
絮凝效果的好壞主要依據(jù)形成的礬花情況。實際生產(chǎn)中,絮凝的效果大都依據(jù)后續(xù)的沉淀出水濁度進行評價,但這已不是絮凝階段結果的直接反映,沉淀出水濁度還與沉淀效果有很大關系。另一方面,即使對絮凝效果進行直接評價,評價大多也只是停留在對礬花大小和密實與否的感官描述上,缺少可操作的量化評價標準,這與當前還比較缺乏相對合理的絮凝評價標準有關 [3] 。
加強絮凝控制設備研制及絮凝效果評價參數(shù)的制定。開發(fā)研制新型可定量、實時測定絮凝過程水流動力學參數(shù)和礬花多形態(tài)參數(shù)(如大小、密實度、沉降速率等),并參與水廠運行控制的設備儀器;利用所開發(fā)的新型設備儀器,評估判斷特性水體絮凝效果,研究制定新型實用的微觀與宏觀相結合的絮凝效果綜合評估參數(shù)。
合理地選定和優(yōu)化混凝工藝,不僅會提高出水水質,還能達到節(jié)能、節(jié)藥及降低運行費用的目的。往復式隔板絮凝池是依靠水流在廊道間的往返流動,使顆粒碰撞聚集。實際運行資料表明,有些絮凝池在運行過程中絮凝效果不佳,致使后續(xù)工藝的出水水質遠低于設計水平。國內外常用的方法是將CFD 模型應用到絮凝過程中,并已經(jīng)證明CFD對絮凝模擬的實用有效性。通過絮凝動力學的研究,得到了絮凝中重要參數(shù)速度梯度值(G值)隨時間的變化規(guī)律,并將CFD模型應用到往復式隔板絮凝池的設計過程中,通過流體力學軟件FLUENT的數(shù)值模擬,得到了往復式隔板絮凝池內部水流的狀態(tài)和內部的流場,并對模擬結果進行了深入的分析,定性分析水流狀態(tài)對絮凝處理效果的影響。
矩形往復式絮凝池中普遍存在死水區(qū),死水區(qū)的存在,不僅容易形成沉積物的堆積,而且嚴重阻礙了水流的運動。特別是在絮凝后期,水流速度逐漸減小時,死水區(qū)對水流有越來越大的的負面影響。而圓弧形渠道,幾乎不存在死水區(qū),可以有效的消除死水區(qū)帶來的負面影響。且圓弧區(qū)的水流速度也比矩形渠道的分布均勻,有利于節(jié)約能耗。
在往復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,符合絮凝動力學規(guī)律;通過比較得出,圓弧形渠道絮凝池的湍流強度變化緩慢,分布更加均勻合理,不僅能夠滿足絮凝前期較大湍流強度的需要,也能滿足絮凝后期顆粒碰撞的湍流強度,證明圓弧轉彎渠道形比矩形轉彎渠道有更好的絮凝效果。
傳統(tǒng)往復式絮凝池在矩形渠道拐彎處速度方向改變?yōu)?80°直接轉變,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,進而產(chǎn)生各種微渦旋,根據(jù)王紹文教授提出的“慣性效應是絮凝的動力學致因”可知,圓弧形渠道能夠提高絮凝效率,即絮凝效率較高
通過混凝動力學的研究,得到了混凝動力學中速度梯度與時間的關系G=G(0)/1+Kt;并通過擬合得到往復式絮凝池速度梯度的變化規(guī)律近似符合混凝動力學對速度梯度變化的要求;同時參考了往復式絮凝池的新研究成果—將往復式絮凝池轉彎處的矩形渠道變成圓弧形狀,設計出一種的往復式絮凝池。通過數(shù)學模擬發(fā)現(xiàn):優(yōu)化后的往復式絮凝池拐彎處的圓弧形渠道能夠消除傳統(tǒng)往復式絮凝池轉彎處的死水區(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。