做座絮凝动力致因分析

絮凝动力致因分析

在给水净化和废水物化处理的混凝、沉淀、过滤诸工艺中，混凝是其中的关键。实践证明，设计时混凝工艺选定的合理，不仅可提高出水水质，还能达到节能节约降低运行费用的目的。搞清絮凝动力致因是提高絮凝效率的关键，而导致水流中微小颗粒碰撞的动力学致因一直未能搞清楚，因此有必要对此进行深入研究。1 絮凝动力因素 絮凝一般是指水中的胶体在加入混凝剂进行脱稳之后，相互接触碰撞，在吸引力作用下合并成长为大絮凝体的过程。研究絮凝的动力学过程，也就是研究絮凝过程中颗粒状态的变化，颗粒是怎样从粒径较细数量较多，逐步演变为粒径较大而数量较少的。使颗粒产生絮凝的首要条件是接触碰撞，颗粒在水中的接触碰撞，主要有3种途径：颗粒的布朗运动；颗粒间的沉速差异；流动水体的水力作用。

单位体积单位时间内，由于布朗运动所产生的颗粒接触碰撞次数NB可表示为： (1)式中：K为波尔茨曼常数；T为绝对温度；μ为水的动力粘度，n为单位体积内的颗粒数。

由布朗运动所造成的颗粒碰撞速率与水温成正比，与颗磨损率（V） Wear粒浓度平方成正比，而与颗粒尺度无关，实际上只有小颗粒才有布朗运动，随着颗粒粒径增大，布朗运动将逐渐减弱，当颗粒粒径大于1微米时，布朗运动基本消失［2］。对于一般絮凝池来说，絮体颗粒一般从微米级增至毫米级以上，因此由布朗运动产生的颗粒接触碰撞可忽略不计。

单位体积单位时间内由沉速差异所产生的颗粒接触碰撞次数NC可表示为： （2） 至于因沉速差异而造成的颗粒接触碰撞，在沉淀池中往往具有一定的作用，而在絮凝池中，由于水流的强烈紊动，相对来说沉速差异的作用将是微小的。特别是在絮凝的开始阶段，颗粒尚属细小，本身的沉速就不大不合格就显示红色的“不合格”3个字且发出报警声，因而不同颗粒间的沉速差异也就更小，因此对于因沉速差异而产生的接触碰撞，在絮凝池中一般可以忽略不计［2］。基于以上分析可以断定，流动水体的水力作用对加速颗粒絮凝起主导作用。2 絮凝动力致因 紊流是一种随机的不规则运动，对这种不规则的运动作真实的描述是了解紊流特性的重要途径。但对紊流这种复杂运动很难做出完整描述，只能提出反映主要特点的某种近似的理想化的模式，目前已为大家接受的是理查孙—柯尔莫罗夫(Richarson—Колмогоров)的紊流图像。描述如下：在很高雷诺数的充分发展的紊流中存在着各种频率、振幅、周期的脉动或涡体或扰动，即充分发展的紊流是由各种不同尺度的涡体组成。平均流丧失稳定性，分解为一级尺度的涡体，并由平均流给它提供能量；一级尺度的涡体分解成次一级尺度的涡体，并提供给它能量，直至最小尺度的涡将能量耗首先散，即由机械能转变为非机械能。由这种紊流图象可得紊流运动，可以看成是各种不同尺度的涡旋运动迭加于平均流速束的结果，而涡旋运动产生的剪切力和惯性离心力是颗粒产生接触碰撞的主要动力致因。 2.1 涡旋剪切絮凝

紊流运动中的涡旋运动规律可用下式表达： （3）式中：u为计算点的切向速度；k为常数；m为指数，一般m＝0．5～0．9；R为计算点到原点的距离，即涡旋半径。则半径R处的速度梯度，即塑变形Sr为： （4）Heisenbery提出，即便是湍流也可把它看成是平均流来研究它的特征，这与Cross提出的紊流流动可模型化为一些复杂层流运动的组合的观点一致。借助坎布(Camp)的絮凝方程式，由涡旋速度梯度引起的单位温度在950～1250℃时体积水中单位时间内，i和j颗粒碰撞次数Nij可表示为： （5）式中：ni为i颗粒浓度；nj为j颗粒浓度；ri为i颗粒半径；rj为j颗粒半径；其余符号同前。&n