折板絮凝池的构造是在池内放置一定数量的平行折板或波纹板。主要运用折板的缩放或转弯造成的边界层分离而产生的附壁紊流耗能方式,在絮凝池内沿程保持横向均匀,纵向分散地输入微量而足够的能量,有效地提高输入能量利用率和混凝设备容积利用率,增加液流相对运动,以缩短絮凝时间,提高絮凝体沉降性能。
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。
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。
矩形往复式絮凝池中普遍存在死水区,死水区的存在,不仅容易形成沉积物的堆积,而且严重阻碍了水流的运动。特别是在絮凝后期,水流速度逐渐减小时,死水区对水流有越来越大的的负面影响。而圆弧形渠道,几乎不存在死水区,可以有效的消除死水区带来的负面影响。且圆弧区的水流速度也比矩形渠道的分布均匀,有利于节约能耗。
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。
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。