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,增加液流相對運(yùn)動(dòng),以縮短絮凝時(shí)間,提高絮凝體沉降性能。
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(dòng)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(kuò)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(dòng)因。根據(jù)渦旋的擴(kuò)散性,會(huì)進(jìn)一步分解為小尺度的渦旋,直到與水流微團(tuán)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(shí)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(dòng)的擴(kuò)散作用主要取決于大尺度的紊動(dòng)。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(jìn)了水流內(nèi)部絮體顆粒間的相對運(yùn)動(dòng),增加了碰撞機(jī)會(huì),所以相對于隔板絮凝池,絮凝效果大大提高。
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,即使對絮凝效果進(jìn)行直接評價(jià),評價(jià)大多也只是停留在對礬花大小和密實(shí)與否的感官描述上,缺少可操作的量化評價(jià)標(biāo)準(zhǔn),這與當(dāng)前還比較缺乏相對合理的絮凝評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)有關(guān) [3] 。
加強(qiáng)絮凝動(dòng)力學(xué),特別是水流狀態(tài)對絮凝沉淀效果的影響方面的深入研究。運(yùn)用PIV技術(shù)研究折板絮凝池內(nèi)部流場將是一個(gè)較好的實(shí)驗(yàn)測試方法。該技術(shù)突破了空間單點(diǎn)測量技術(shù)的局限性,可在同一時(shí)刻記錄下整個(gè)測量平面的有關(guān)信息,從而可以獲得流動(dòng)的瞬時(shí)平面速度場、脈動(dòng)速度場、渦量場和雷諾應(yīng)力分布等,因此非常適于研究渦流、湍流等復(fù)雜的流動(dòng)結(jié)構(gòu)。河海大學(xué)已運(yùn)用PIV進(jìn)行了往復(fù)隔板絮凝池內(nèi)部流場的研究,海軍工程大學(xué)進(jìn)行了靜態(tài)混合器的PIV實(shí)驗(yàn)研究。另外可利用近年不斷出現(xiàn)的CFD(Com-putational Fluid Dynamics)商業(yè)軟件,如FLUENT,ANSYS,CFX等模擬分析流場流動(dòng),特別是FLUENT軟件推出的多種優(yōu)化的物理模型如定常和非定常流動(dòng)、層流、紊流、不可壓縮和可壓縮流動(dòng)、傳熱、化學(xué)反應(yīng)等等,可達(dá)到縮短設(shè)計(jì)過程,減少實(shí)驗(yàn)室測定試驗(yàn)的數(shù)目,減少產(chǎn)品開發(fā)成本的目的。
加強(qiáng)絮凝控制設(shè)備研制及絮凝效果評價(jià)參數(shù)的制定。開發(fā)研制新型可定量、實(shí)時(shí)測定絮凝過程水流動(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;利用所開發(fā)的新型設(shè)備儀器,評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(shí)用有效性。通過絮凝動(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(jìn)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(yùn)動(dòng)。特別是在絮凝后期,水流速度逐漸減小時(shí),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。
在往復(fù)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(dòng)力學(xué)規(guī)律;通過比較得出,圓弧形渠道絮凝池的湍流強(qiáng)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(qiáng)度的需要,也能滿足絮凝后期顆粒碰撞的湍流強(qiáng)度,證明圓弧轉(zhuǎn)彎渠道形比矩形轉(zhuǎn)彎渠道有更好的絮凝效果。