折板单元本身的水力特性对絮体颗粒碰撞的影响主要表现在:折板单元的造涡作用和连续均匀的单元设置改善了紊动能耗的分布,从而提高了絮凝方式的数值,因此提高了絮凝效果。水流通过折板单元,在渐扩段与渐缩段的作用下,可以形成对称涡旋及单侧涡旋。波峰处水流边界层的分离是产生涡旋的动因。根据涡旋的扩散性,会进一步分解为小尺度的涡旋,直到与水流微团相关的雷诺数低到不能再产生更小的涡旋为止。
折板絮凝池的设计主要控制参数是水流速度、水头损失和絮凝时间,但建成后往往发现实际运行参数与设计值相差甚远。以水头损失的计算为例,设计手册中,其计算采用的是明渠渐扩和渐缩公式,有人通过研究发现,竖流折板絮凝池水头损失实测值与设计计算值相差较大,实测值明显小于设计计算值。
开发新型、、安全的絮凝剂,深入研究絮凝基础理论及其控制技术,现已成为一门迅速发展的科学与技术。絮凝过程是一个复杂的动态过程,尽管要地表达某一水质、絮凝剂和水流流态特性因素对絮凝效果的影响还存在很大的困难,但随着多学科技术集成度的提高以及实际应用的需要,预计折板絮凝研究将在如下方面有所发展:
加强絮凝动力学,特别是水流状态对絮凝沉淀效果的影响方面的深入研究。运用PIV技术研究折板絮凝池内部流场将是一个较好的实验测试方法。该技术突破了空间单点测量技术的局限性,可在同一时刻记录下整个测量平面的有关信息,从而可以获得流动的瞬时平面速度场、脉动速度场、涡量场和雷诺应力分布等,因此非常适于研究涡流、湍流等复杂的流动结构。河海大学已运用PIV进行了往复隔板絮凝池内部流场的研究,海程大学进行了静态混合器的PIV实验研究。另外可利用近年不断出现的CFD(Com-putational Fluid Dynamics)商业软件,如FLUENT,ANSYS,CFX等模拟分析流场流动,特别是FLUENT软件推出的多种优化的物理模型如定常和非定常流动、层流、紊流、不可压缩和可压缩流动、传热、化学反应等等,可达到缩短设计过程,减少实验室测定试验的数目,减少产品开发成本的目的。
加强絮凝控制设备研制及絮凝效果评价参数的制定。开发研制新型可定量、实时测定絮凝过程水流动力学参数和矾花多形态参数(如大小、密实度、沉降速率等),并参与水厂运行控制的设备仪器;利用所开发的新型设备仪器,评估判断特性水体絮凝效果,研究制定新型实用的微观与宏观相结合的絮凝效果综合评估参数。
好的絮凝效果不仅需要大量的颗粒碰撞,还需要控制颗粒进行合理有效的碰撞,使颗粒聚集起来。速度梯度是絮凝过程中常用的控制动力学因素。根据絮凝动力学理论得知,絮凝过程中的速度梯度值是逐渐减小的;而且开始时刻的速度梯度值要求能与混合阶段衔接上,所以一般要求较大。这时的絮凝也要求接触和碰撞,但是由微涡旋理论可知要求的水力半径要适合于自身的直径,才能发生有效碰撞。理论上,搅拌强度越大,速度梯度越大,相互接触碰撞的机会越多。但搅拌强度大(G值大),水流的剪切力就大,松散的絮体受到水流剪切会二次断开成为小絮体。因此要求搅拌的强度(也就是速度梯度)随着絮凝的进行而逐渐变小。整个混凝的过程中,G值是递减的。但是速度梯度递减规律,国内外的还没有定论。
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