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。
同时,大尺度的涡旋从主流吸取动能,在运动过程中传递给较小尺度的涡旋,这样逐级传递,一直到微尺度的涡旋。在较大尺度的涡运动中,流体粘性几乎不起作用,可忽略不计,因而在动能传递中几乎没有能耗;而在微尺度的涡旋运动中,流体粘性将起主要作用,传送到这些低级涡旋的能量就会通过粘性作用转化为热能。水流中同时存在无数大大小小的涡旋,产生一系列的脉动频率,具有连续的频谱。
开发新型、、安全的絮凝剂,深入研究絮凝基础理论及其控制技术,现已成为一门迅速发展的科学与技术。絮凝过程是一个复杂的动态过程,尽管要地表达某一水质、絮凝剂和水流流态特性因素对絮凝效果的影响还存在很大的困难,但随着多学科技术集成度的提高以及实际应用的需要,预计折板絮凝研究将在如下方面有所发展:
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。
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。
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。