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絮凝的数学描述一般分为两个立的过程:迁移和粘附。迁移过程产生颗粒的碰撞。迁移是由水中颗粒的速度差异引起。在折板絮凝池中,速度差异认为是以下3种因素造成:(1)颗粒的布朗运动(异向絮凝中起主要作用;(2)紊流涡旋(同向絮凝);(3)颗粒间沉降速度的差异(差速絮凝)。粘附作用取决于和颗粒物本身表面性质有关的瞬时作用力。
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。
絮凝效果的好坏主要依据形成的矾花情况。实际生产中,絮凝的效果大都依据后续的沉淀出水浊度进行评价,但这已不是絮凝阶段结果的直接反映,沉淀出水浊度还与沉淀效果有很大关系。另一方面,即使对絮凝效果进行直接评价,评价大多也只是停留在对矾花大小和密实与否的感官描述上,缺少可操作的量化评价标准,这与当前还比较缺乏相对合理的絮凝评价标准有关 [3] 。
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。
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。
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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