折板單元本身的水力特性對絮體顆粒碰撞的影響主要表現在:折板單元的造渦作用和連續(xù)均勻的單元設置改善了紊動能耗的分布,從而提高了絮凝方式的數值,因此提高了絮凝效果。水流通過折板單元,在漸擴段與漸縮段的作用下,可以形成對稱渦旋及單側渦旋。波峰處水流邊界層的分離是產生渦旋的動因。根據渦旋的擴散性,會進一步分解為小尺度的渦旋,直到與水流微團相關的雷諾數低到不能再產生更小的渦旋為止。
絮凝效果的好壞主要依據形成的礬花情況。實際生產中,絮凝的效果大都依據后續(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] 。
開發(fā)新型、、安全的絮凝劑,深入研究絮凝基礎理論及其控制技術,現已成為一門迅速發(fā)展的科學與技術。絮凝過程是一個復雜的動態(tài)過程,盡管要地表達某一水質、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,但隨著多學科技術集成度的提高以及實際應用的需要,預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因素。根據絮凝動力學理論得知,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,攪拌強度越大,速度梯度越大,相互接觸碰撞的機會越多。但攪拌強度大(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。因此要求攪拌的強度(也就是速度梯度)隨著絮凝的進行而逐漸變小。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,國內外的還沒有定論。
圓弧形渠道能夠減小渠道轉彎處的速度,減少能耗。而且,圓弧形渠道能夠產生很多復雜的渦旋結構,提高絮凝效率。通過兩個方案中轉彎處X 方向速度的對比證明,圓弧形拐彎往復式絮凝器的速度梯度變化規(guī)律更加合理,混凝效果更好。
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。通過數學模擬發(fā)現: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。