折板絮凝池的構造是在池內放置一定數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。
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,對因池體自身結構缺陷等因素造成的混凝動力不足、水力條件不當等問題往往不夠重視。
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:
往復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寬廣的流量范圍內得到合理的成效。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制板構成。
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。
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。
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。