絮凝的數(shù)學(xué)描述一般分為兩個(gè)立的過程:遷移和粘附。遷移過程產(chǎn)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(rèn)為是以下3種因素造成:(1)顆粒的布朗運(yùn)動(dòng)(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(zhì)有關(guān)的瞬時(shí)作用力。
眾多的水處理工作者均認(rèn)為:只有具有與顆粒尺寸相同數(shù)量級(jí)的渦旋才對(duì)碰撞有效,其它的不起作用。由于實(shí)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(yán)格劃分大小渦旋的界限。紊動(dòng)的擴(kuò)散作用主要取決于大尺度的紊動(dòng)。大渦旋的尺度可以認(rèn)為與折板單元的尺度數(shù)量級(jí)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(jìn)了水流內(nèi)部絮體顆粒間的相對(duì)運(yùn)動(dòng),增加了碰撞機(jī)會(huì),所以相對(duì)于隔板絮凝池,絮凝效果大大提高。
折板絮凝池的設(shè)計(jì)主要控制參數(shù)是水流速度、水頭損失和絮凝時(shí)間,但建成后往往發(fā)現(xiàn)實(shí)際運(yùn)行參數(shù)與設(shè)計(jì)值相差甚遠(yuǎn)。以水頭損失的計(jì)算為例,設(shè)計(jì)手冊(cè)中,其計(jì)算采用的是明渠漸擴(kuò)和漸縮公式,有人通過研究發(fā)現(xiàn),豎流折板絮凝池水頭損失實(shí)測(cè)值與設(shè)計(jì)計(jì)算值相差較大,實(shí)測(cè)值明顯小于設(shè)計(jì)計(jì)算值。
往復(fù)式絮凝池也稱隔板絮凝池。為一般常規(guī)的水平或垂直式水力絮凝反應(yīng)池。即在流水渠中加裝了橫折或豎折檔板,使加藥混合后的水流形成近似于弦形彎曲。池內(nèi)擋板或隔板的間距的安置使水流的速度梯度位分布呈逐步遞減。底部還有一定的坡度以保持水深。此種形式的池可在相當(dāng)寬廣的流量范圍內(nèi)得到合理的成效。機(jī)械絮凝器相比,絮凝時(shí)間由于更為均勻的剪力場(chǎng),故而常只需要前者的一半。隔板可由各種建筑材料一般可由磚砌成或薄形鋼筋混凝土預(yù)制板構(gòu)成。
傳統(tǒng)往復(fù)式絮凝池在矩形渠道拐彎處速度方向改變?yōu)?80°直接轉(zhuǎn)變,而圓弧形渠道拐彎處的速度方向則是逐漸變化,變化比矩形拐彎渠道平緩的多。而其圓弧形拐彎渠道能夠產(chǎn)生慣性離心力,進(jìn)而產(chǎn)生各種微渦旋,根據(jù)王紹文教授提出的“慣性效應(yīng)是絮凝的動(dòng)力學(xué)致因”可知,圓弧形渠道能夠提高絮凝效率,即絮凝效率較高
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。