折板絮凝池的構造是在池內(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(xiàn)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(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。
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?shù)葐栴}往往不夠重視。
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] 。
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(nèi)外常用的方法是將CFD 模型應用到絮凝過程中,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(shù)值模擬,得到了往復式隔板絮凝池內(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(jù)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(nèi)外的還沒有定論。
矩形往復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。
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(shù)學模擬發(fā)現(xiàn):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(tǒng)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。