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(duì)運(yùn)動(dòng),以縮短絮凝時(shí)間,提高絮凝體沉降性能。
同時(shí),大尺度的渦旋從主流吸取動(dòng)能,在運(yùn)動(dòng)過程中傳遞給較小尺度的渦旋,這樣逐級(jí)傳遞,一直到微尺度的渦旋。在較大尺度的渦運(yùn)動(dòng)中,流體粘性幾乎不起作用,可忽略不計(jì),因而在動(dòng)能傳遞中幾乎沒有能耗;而在微尺度的渦旋運(yùn)動(dòng)中,流體粘性將起主要作用,傳送到這些低級(jí)渦旋的能量就會(huì)通過粘性作用轉(zhuǎn)化為熱能。水流中同時(shí)存在無數(shù)大大小小的渦旋,產(chǎn)生一系列的脈動(dòng)頻率,具有連續(xù)的頻譜。
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(duì)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(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行了深入的分析,定性分析水流狀態(tài)對(duì)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(duì)運(yùn)動(dòng)。水中的顆粒與水流產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)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(shí)造成的慣性效應(yīng)來進(jìn)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(jìn)一步的摻混,使顆粒均勻擴(kuò)散于流體中;同時(shí)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(jìn)顆粒的碰撞,提高絮凝效率。微渦旋理論認(rèn)為:水中微渦旋尺度與礬花顆粒尺度相近時(shí)混凝反應(yīng)充分。而小渦旋的動(dòng)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?jiǎng)恿W(xué)致因。
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。
通過混凝動(dòng)力學(xué)的研究,得到了混凝動(dòng)力學(xué)中速度梯度與時(shí)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(dòng)力學(xué)對(duì)速度梯度變化的要求;同時(shí)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(jì)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。