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:
为使水流中的颗粒相互碰撞,就使其与水流产生相对运动。水中的颗粒与水流产生相对运动好的办法是改变水流的速度。改变速度的方法有两种:①改变水流速度时造成的惯性效应来进行凝聚;②改变水流方向。在湍流中充满着大大小小的涡旋。其中大涡旋能够使流体进一步的掺混,使颗粒均匀扩散于流体中;同时创造大量的小漩涡,并将能量输出给小涡旋。而小涡旋的作用是促进颗粒的碰撞,提高絮凝效率。微涡旋理论认为:水中微涡旋尺度与矾花颗粒尺度相近时混凝反应充分。而小涡旋的动力学致因是惯性效应,特别是湍流涡旋的离心惯性效应,由此可见湍流中微小涡旋的离心惯性效应是絮凝的重要动力学致因。
圆弧形渠道能够减小渠道转弯处的速度,减少能耗。而且,圆弧形渠道能够产生很多复杂的涡旋结构,提高絮凝效率。通过两个方案中转弯处X 方向速度的对比证明,圆弧形拐弯往复式絮凝器的速度梯度变化规律更加合理,混凝效果更好。
传统往复式絮凝池在矩形渠道拐弯处速度方向改变为180°直接转变,而圆弧形渠道拐弯处的速度方向则是逐渐变化,变化比矩形拐弯渠道平缓的多。而其圆弧形拐弯渠道能够产生惯性离心力,进而产生各种微涡旋,根据王绍文教授提出的“惯性效应是絮凝的动力学致因”可知,圆弧形渠道能够提高絮凝效率,即絮凝效率较高
通过混凝动力学的研究,得到了混凝动力学中速度梯度与时间的关系G=G(0)/1+Kt;并通过拟合得到往复式絮凝池速度梯度的变化规律近似符合混凝动力学对速度梯度变化的要求;同时参考了往复式絮凝池的新研究成果—将往复式絮凝池转弯处的矩形渠道变成圆弧形状,设计出一种的往复式絮凝池。通过数学模拟发现:优化后的往复式絮凝池拐弯处的圆弧形渠道能够消除传统往复式絮凝池转弯处的死水区,而且圆弧形渠道处的水流速度比矩形渠道处的分布均匀,有利于节约能耗。
池的圆弧形转弯渠道改变了矩形渠道转弯处180°速度方向变化带来的能耗,降低了能耗;同时圆弧形渠道处的水流方向是逐渐变化的,从而产生惯性离心力,进而产生大量微涡旋,提高了絮凝效率 。