絮凝的數學描述一般分為兩個立的過程:遷移和粘附。遷移過程產生顆粒的碰撞。遷移是由水中顆粒的速度差異引起。在折板絮凝池中,速度差異認為是以下3種因素造成:(1)顆粒的布朗運動(異向絮凝中起主要作用;(2)紊流渦旋(同向絮凝);(3)顆粒間沉降速度的差異(差速絮凝)。粘附作用取決于和顆粒物本身表面性質有關的瞬時作用力。
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。
折板絮凝池的設計主要控制參數是水流速度、水頭損失和絮凝時間,但建成后往往發現實際運行參數與設計值相差甚遠。以水頭損失的計算為例,設計手冊中,其計算采用的是明渠漸擴和漸縮公式,有人通過研究發現,豎流折板絮凝池水頭損失實測值與設計計算值相差較大,實測值明顯小于設計計算值。
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] 。
加強絮凝動力學,特別是水流狀態對絮凝沉淀效果的影響方面的深入研究。運用PIV技術研究折板絮凝池內部流場將是一個較好的實驗測試方法。該技術突破了空間單點測量技術的局限性,可在同一時刻記錄下整個測量平面的有關信息,從而可以獲得流動的瞬時平面速度場、脈動速度場、渦量場和雷諾應力分布等,因此非常適于研究渦流、湍流等復雜的流動結構。河海大學已運用PIV進行了往復隔板絮凝池內部流場的研究,海程大學進行了靜態混合器的PIV實驗研究。另外可利用近年不斷出現的CFD(Com-putational Fluid Dynamics)商業軟件,如FLUENT,ANSYS,CFX等模擬分析流場流動,特別是FLUENT軟件推出的多種優化的物理模型如定常和非定常流動、層流、紊流、不可壓縮和可壓縮流動、傳熱、化學反應等等,可達到縮短設計過程,減少實驗室測定試驗的數目,減少產品開發成本的目的。
加強絮凝控制設備研制及絮凝效果評價參數的制定。開發研制新型可定量、實時測定絮凝過程水流動力學參數和礬花多形態參數(如大小、密實度、沉降速率等),并參與水廠運行控制的設備儀器;利用所開發的新型設備儀器,評估判斷特性水體絮凝效果,研究制定新型實用的微觀與宏觀相結合的絮凝效果綜合評估參數。
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