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。
眾多的水處理工作者均認為: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,不能嚴格劃分大小渦旋的界限。紊動的擴散作用主要取決于大尺度的紊動。大渦旋的尺度可以認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,促進了水流內(nèi)部絮體顆粒間的相對運動,增加了碰撞機會,所以相對于隔板絮凝池,絮凝效果大大提高。
折板絮凝池的設(shè)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(shè)計值相差甚遠。以水頭損失的計算為例,設(shè)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(shè)計計算值相差較大,實測值明顯小于設(shè)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(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(guān) [3] 。
合理地選定和優(yōu)化混凝工藝,不僅會提高出水水質(zhì),還能達到節(jié)能、節(jié)藥及降低運行費用的目的。往復(fù)式隔板絮凝池是依靠水流在廊道間的往返流動,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(zhì)遠低于設(shè)計水平。國內(nèi)外常用的方法是將CFD 模型應(yīng)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(xué)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(yīng)用到往復(fù)式隔板絮凝池的設(shè)計過程中,通過流體力學(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,并對模擬結(jié)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。
為使水流中的顆粒相互碰撞,就使其與水流產(chǎn)生相對運動。水中的顆粒與水流產(chǎn)生相對運動好的辦法是改變水流的速度。改變速度的方法有兩種:①改變水流速度時造成的慣性效應(yīng)來進行凝聚;②改變水流方向。在湍流中充滿著大大小小的渦旋。其中大渦旋能夠使流體進一步的摻混,使顆粒均勻擴散于流體中;同時創(chuàng)造大量的小漩渦,并將能量輸出給小渦旋。而小渦旋的作用是促進顆粒的碰撞,提高絮凝效率。微渦旋理論認為:水中微渦旋尺度與礬花顆粒尺度相近時混凝反應(yīng)充分。而小渦旋的動力學(xué)致因是慣性效應(yīng),特別是湍流渦旋的離心慣性效應(yīng),由此可見湍流中微小渦旋的離心慣性效應(yīng)是絮凝的重要動力學(xué)致因。
矩形往復(fù)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。
圓弧形渠道能夠減小渠道轉(zhuǎn)彎處的速度,減少能耗。而且,圓弧形渠道能夠產(chǎn)生很多復(fù)雜的渦旋結(jié)構(gòu),提高絮凝效率。通過兩個方案中轉(zhuǎn)彎處X 方向速度的對比證明,圓弧形拐彎往復(fù)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(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。