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(xiàn)在:折板單元的造渦作用和連續(xù)均勻的單元設(shè)置改善了紊動能耗的分布,從而提高了絮凝方式的數(shù)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(cè)渦旋。波峰處水流邊界層的分離是產(chǎn)生渦旋的動因。根據(jù)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(guān)的雷諾數(shù)低到不能再產(chǎn)生更小的渦旋為止。
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。
以來,全國大部分地表水源受污染,水體中藻類等有機物含量明顯增多,常規(guī)混凝處理效果并不理想。絮凝強化時,對因池體自身結(jié)構(gòu)缺陷等因素造成的混凝動力不足、水力條件不當(dāng)?shù)葐栴}往往不夠重視。
往復(fù)式絮凝池也稱隔板絮凝池。為一般常規(guī)的水平或垂直式水力絮凝反應(yīng)池。即在流水渠中加裝了橫折或豎折檔板,使加藥混合后的水流形成近似于弦形彎曲。池內(nèi)擋板或隔板的間距的安置使水流的速度梯度位分布呈逐步遞減。底部還有一定的坡度以保持水深。此種形式的池可在相當(dāng)寬廣的流量范圍內(nèi)得到合理的成效。機械絮凝器相比,絮凝時間由于更為均勻的剪力場,故而常只需要前者的一半。隔板可由各種建筑材料一般可由磚砌成或薄形鋼筋混凝土預(yù)制板構(gòu)成。
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(dá)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(yuǎn)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。
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(yán)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(fù)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(fù)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。
池的圓弧形轉(zhuǎn)彎渠道改變了矩形渠道轉(zhuǎn)彎處180°速度方向變化帶來的能耗,降低了能耗;同時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,進而產(chǎn)生大量微渦旋,提高了絮凝效率 。
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