往复式絮凝池

水平或垂直式水力絮凝反应池

往复式絮凝池也称隔板絮凝池。为一般常规的水平或垂直式水力絮凝反应池。即在流水渠中加装了横折或竖折档板，使加药混合后的水流形成近似于弦形弯曲。池内挡板或隔板的间距的安置使水流的速度梯度位分布呈逐步递减。底部还有一定的坡度以保持水深。此种形式的池可在相当宽广的流量范围内得到合理的成效。机械絮凝器相比，絮凝时间由于更为均匀的剪力场，故而常只需要前者的一半。隔板可由各种建筑材料一般可由砖砌成或薄形钢筋混凝土预制板构成。

简介

合理地选定和优化混凝工艺，不仅会提高出水水质，还能达到节能、节药及降低运行费用的目的。往复式隔板絮凝池是依靠水流在廊道间的往返流动，使颗粒碰撞聚集。实际运行资料表明，有些絮凝池在运行过程中絮凝效果不佳，致使后续工艺的出水水质远低于设计水平。国内外常用的方法是将CFD 模型应用到絮凝过程中，并已经证明CFD对絮凝模拟的实用有效性。通过絮凝动力学的研究，得到了絮凝中重要参数速度梯度值（G值）随时间的变化规律，并将CFD模型应用到往复式隔板絮凝池的设计过程中，通过流体力学软件FLUENT的数值模拟，得到了往复式隔板絮凝池内部水流的状态和内部的流场，并对模拟结果进行了深入的分析，定性分析水流状态对絮凝处理效果的影响。

絮凝动力学机理

为使水流中的颗粒相互碰撞，就必须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最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最充分。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，国内外的专家还没有定论。

往复式絮凝池数值模拟

（1）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。

（2）在往复式折板后面能够形成涡旋，伴随着颗粒粒径在增加，涡旋的尺度由小变大，符合絮凝动力学规律；通过比较得出，圆弧形渠道絮凝池的湍流强度变化缓慢，分布更加均匀合理，不仅能够满足絮凝前期较大湍流强度的需要，也能满足絮凝后期颗粒碰撞的湍流强度，证明圆弧转弯渠道形比矩形转弯渠道有更好的絮凝效果。

（3）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。

（4）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。

总结

（1）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最新研究成果—将往复式絮凝池转弯处的矩形渠道变成圆弧形状，设计出一种高效的往复式絮凝池。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。

（2）优化后的往复式絮凝

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巨大能耗，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。

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