?最好的办法是改变水流的速度。因为水惯性(密度)与颗粒的惯性(密度)不同,当水流速度变化时它们的速度变化(加速度)也不同,这就使得水与其中固体颗粒产生了相对运动,为相邻不同尺度颗粒碰撞提供了条件。改变速度方法有两种:(1)是改变水流时平均速度大小,水力脉冲澄清池,波形反应池、孔室反应池以及滤池的微絮凝作用,主要就是利用水流时平均速度变化造成的惯性效应来进行絮凝;(2)是改变水流方向,因为湍流中充满着大大小小的涡旋,因此水流质点在运动时不断地在改变自己的运动方向。当水流作涡旋运动时在离心惯性力作用下固体颗粒沿径向与水流产生相对运动,为不同尺度颗粒沿流涡旋的径向碰撞提供了条件。不同尺度颗粒在湍流涡旋中单位质量所受离心惯性力是不同的。这个作用将增加不同尺度颗粒在湍流涡旋径向碰撞的几率。下面来讨论这个问题。在湍流涡旋中取一个小的脱离体,显然沿径向方向作用在该脱离体上有两个力:一是离心力;二是压力的合力。两者相平衡。如果把坐标原点取在运动的涡旋的中心上,则可写成如下方程:(略)
由上面的理论论述可以看出,如果能在絮凝池中大幅度地增加湍流微涡旋的比例,就可以大幅度地增加颗粒碰 数,有效地改善絮凝效果。这可以在絮凝池的流动通道上增设多层小孔眼格网的办法来实现。由于过网水流的惯性作用,使过网水流的大涡旋变成小涡旋,小涡旋变成更小的涡旋。不设网格的絮凝池湍流的最大涡旋尺度与絮凝池通道尺度同一数量级。当增设格网之后,最大涡旋尺度与网眼尺度同一数量级。
增设小孔眼格网之后有如下作用:(1)水流通过格网的区段是速度激烈变化的区段,也是惯性效应最强,颗粒碰撞几率最高的区段;(2)小孔眼格网之后湍流的涡旋尺度大幅度减少。微涡旋比例增强,涡旋的离心惯性效应增加,有效地增加了颗粒碰撞次数;(3)由于过网水流的惯性作用,矾花产生强烈的变形,使矾花中处于吸附能级低的部分,由于其变形揉动作用达到高吸能级的部位,这样就使得通过网格之后矾花变得更密实。
三、矾花的合理的有效碰撞
要达到好的絮凝效果除有颗粒大量碰撞之外,还需要控制颗粒合理的有效碰撞,使颗粒凝聚起来的碰撞称之为有效碰撞,使颗粒凝聚起来的碰撞称之为有效碰撞。如果在絮凝中颗粒凝聚长大得过快会出现两个问题:(1)矾花长得过快其强度则减弱,在流动过程中遇到强的剪切就会使吸咐架桥被剪断,被剪断的吸咐架桥很难再连续起来,这种现象称之为过反应现象,应该被绝对禁止;(2)一些矾花过快的长大水中矾花比表面积急剧减少,一些反应不完善的小颗粒失去了反应条件,这些小颗粒与大颗粒碰撞几率急剧减小,很难再长大起来。这些颗粒不仅不能为沉淀池所截留,也很难为滤池截留。絮凝池中矾花颗粒也不能长得过慢虽然密实,但当其达到沉淀池时,还有很多颗粒没有长到沉淀尺度,出水水质也不会好。由此看到在絮凝池设计中应控制矾花颗粒的合理长大。
矾花的颗粒尺度与其密实度取决两方面因素:其一是混凝水解产物形成的吸咐架桥的联结能力;其二是湍流剪切力。正是这两个力的对比关系决定了矾花颗粒尺度与其密实度。吸咐架桥的联结能力是由混凝剂性质决定的,而湍流的剪切力是由构筑物创造的流动条件所决定的。如果在絮凝池的设计中能有效的控制湍流剪切力,就能很好的保证絮凝效果。
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