混合和絮凝池設(shè)計

1、混合和絮凝池設(shè)計1.機(jī)械攪拌混合池的設(shè)計設(shè)計基本要求漿板式攪拌器的設(shè)計參數(shù)攪拌所需功率例1-1機(jī)械攪拌混合池計算2.機(jī)械攪拌絮凝池設(shè)計設(shè)計基本要求設(shè)計規(guī)定設(shè)計計算攪拌器轉(zhuǎn)速計算攪拌器功率計算例2-1水平軸式漿板攪拌絮凝池計算例2-2垂直軸式漿板攪拌絮凝池計算混合和絮凝池設(shè)計存在于水和廢水中的膠體物質(zhì)一般都具有負(fù)的表面電荷，膠體的尺寸約在0.011.0um,顆粒間的吸引力大大小于同性電荷的相斥力，在穩(wěn)定的條件下，由于布朗運動使顆粒處于懸浮狀態(tài)，為了除去水中的膠體顆粒，在水處理工藝常使用投加化學(xué)藥劑-混凝劑，使膠體顆粒脫穩(wěn)并形成絮體，這一過程稱之為“混凝”；為促使“混凝”過程產(chǎn)生的細(xì)而密的絮體顆粒

2、間的接觸碰撞凝聚成較大的絮體顆粒，這一過程稱之為“絮凝”。只有當(dāng)膠體顆粒獲得完善的絮凝過程產(chǎn)生稠密的大顆粒絮體之后，才能在后序的沉淀池中藉重力被有效地除去。絮凝作用有兩種形式：（1）微絮凝和大絮凝。兩種絮凝的基本區(qū)別在于涉及的粒子尺寸。微絮凝的粒子圍為0.0011.0pm,其顆粒的絮凝是基于布朗運動或隨機(jī)熱運動而完成的；大絮凝系指大于1-2pm粒子的絮凝，則是通過誘發(fā)的速度梯度和粒子沉降速度差來完成。為了強(qiáng)化絮凝過程，可投加絮凝劑，絮凝劑可為天然的或有機(jī)合成的聚合物。由于“混凝”和“絮凝”兩個過程所要求的水力條件是不相同的，在設(shè)計中常被置于混合池和絮凝池兩個不同的單元去完成。1.機(jī)械攪拌混合池

3、的設(shè)計設(shè)計基本要求對混合池設(shè)計的基本要使投加的化學(xué)混凝劑與水體達(dá)到快速而均勻的混合，要在水流造成劇烈紊動的條件下投入混凝劑，一般混合時時間530秒，不大于2分鐘。但對于高分子絮凝劑而言，只要達(dá)到均勻混合即可，并不苛求快速?；旌铣氐脑O(shè)計以控制池水流的平均速度梯度G值為依據(jù)，G值一般控制在5001000秒-i圍，過度的（G值超過1000S-1）和長時間的攪拌，會給后序的絮凝過程帶來負(fù)面的影響。機(jī)械混合所使用的漿板，多數(shù)采用結(jié)構(gòu)簡單、制作容易的葉片式漿板混合攪拌器。圖1為漿板式攪拌混合池示圖。圖1機(jī)械攪拌混合池混合池通常設(shè)計成圓形或方形，水深與池徑之比一般為0.81.5,干弦為0.30.5m?；旌铣?/p>

4、應(yīng)加設(shè)擋板，擋板的作用是消除被攪拌液體的整體旋轉(zhuǎn)，將液體的切向流動轉(zhuǎn)變?yōu)檩S向或徑向流動，增大液體的湍動程度，后而加強(qiáng)了混合效果。擋板一般設(shè)為4塊，每塊寬度B=（丄丄）D（池徑）。1012若池形為方池，則以當(dāng)量直徑De替代D,當(dāng)量直徑De=1.13,QW式中L、W為邊長。漿板式攪拌器的設(shè)計參數(shù)葉漿式攪拌器設(shè)計參數(shù)如表1所示：表1漿式攪拌器設(shè)計參數(shù)項目攪拌器外緣線速度符號V單位m/s推薦參數(shù)1.05.0攪拌器直徑攪拌器距池底高度(0.51.0)d攪拌器葉漿數(shù)2,4攪拌器寬度(0.10.25)d攪拌器層數(shù)當(dāng)Hw1.21.3時，e=1；當(dāng)H>DD1.21.3時，e>1攪拌器層間距離(1.0

5、1.5)d安裝位置要求相鄰兩層葉漿交叉90o安裝攪拌所需功率為達(dá)到混合池某一速度梯度G所需的攪拌功率可按式計算P=G2pV式中：P-攪拌功率（W）；G速度梯度（S-1）；M-被攪拌液體的動力粘度（NS/m2）；V-混合池有效容積。V=Qt其中Q-攪拌流量（m"s）,t-停留時間（s）。根據(jù)表1設(shè)計參數(shù)而設(shè)計的攪拌器，其軸功率可按式計算:(KW)psZebR4N二C-OD408g式中：C阻力系數(shù)，C0.20.5；DDP-液體密度，（kg/m3）;3-一攪拌器旋轉(zhuǎn)角速度，（rad/s）兀n3=30其中：n-攪拌器轉(zhuǎn)速，（r/min）；Z-攪拌器漿葉數(shù)，（片）；e-攪拌器層數(shù)；b-攪拌器漿

6、葉寬度，（m）；R-攪拌器半徑，（m）；g一一一重力加速度，（m/S2）。設(shè)計時要檢查根據(jù)式計算的結(jié)果是否與式的要求相接近，否則應(yīng)調(diào)整漿板直徑、漿板外緣線速度以及攪拌器層數(shù)，如仍不能使之接近，就應(yīng)考慮選用另外類型的攪拌器，如推進(jìn)式攪拌器。例機(jī)械攪拌混合池計算混合流量Q=5000m3/d=0.058m3/s，水溫為15°C，試設(shè)計混合池及攪拌器尺寸。解：取混合時間"30池平均速度梯度G=600S-115°C時，水的動力粘度1.142x10-3(Ns/m2)混合池體積V=Qt=0.058x30=1.75m3G2屮V1000為達(dá)到設(shè)定的G值，所需的攪拌功率根據(jù)式6002

7、X1山2決10一3決0.°58X30=0.7i5kw1000設(shè)混合池水深與混合池直徑之比為D=1-15，H"5D，V=0.785D2H=0.785D2X1.15D二0.9D3亍：175Dr：09飛而=1.25mH=1.15x1.25=1.43m取攪拌器直徑d=3D=3X1.25=0.95m，®d=0-9m漿葉寬度b=0.2d=0.2x0.9=0.18m葉片數(shù)Z=2,單層設(shè)置。取葉漿外緣線速度v=3.5m/so攪拌器轉(zhuǎn)速n=60V=60X3.5=74(r/min)nd兀x0.9攪拌器旋轉(zhuǎn)角速度o=nn=7.75rad/s30攪拌器軸功率：按式N=CP"3Z

8、ebR4oD408g取C=0.5Dp=1000kg/m3N=0.5x1°°°%2%1xO8x0.454o408x9.81=0.858(kw)>P=0.715kw,可）此時池的平均速度梯度G。°858X1000x103=655G=rv1.142x1.75s-1)>600(s-1)設(shè)擋板4塊每塊寬度B=D=125=0.1m1212長度B=1H=1.43x0.5=0.7m2攪拌器距池底高度E=0.6d=0.6x0.9=0.54m2.機(jī)械攪拌絮凝池設(shè)計設(shè)計基本要求承接于混合池出水的絮凝池，要求其在池的水流速度由大變小逐漸轉(zhuǎn)換。在較大的反應(yīng)速度下使水中

9、的膠體粒子發(fā)生較充分的碰撞吸附凝聚，在較小的反應(yīng)速度下使水中的膠體顆粒結(jié)成較大而稠密的絮體（絨體），以便在沉淀池除去。為了確保沉淀池的沉淀效果，在絮凝池結(jié)成較大的絮體需要有足夠的絮凝時間及相應(yīng)的水力條件。一般的絮凝時間為10-30分鐘，并控制絮凝速度使其平均速度梯度G值達(dá)到1075s-i（-般控制在3050s-i），使GT值在1041。5圍以保證絮凝過程的充分和完善。也有相關(guān)的報導(dǎo)稱，在廢水處理中的典型絮凝過程其停留時間在3060min,速度梯度為50100s-i。絮凝池宜與沉淀池合建，可避免已形成的絮體在水流經(jīng)過連接管道時被打碎。如確需分建，則連接管道的水流速度應(yīng)小于0.2m/s，并且要避免

10、流速的突然升高或水頭跌落。目前常用的機(jī)械攪拌絮凝池有水平軸式和垂直軸式漿板攪拌器兩種形式。設(shè)計規(guī)定池數(shù)應(yīng)與沉淀池相協(xié)調(diào)，通常不小于2座；絮凝池攪拌器排數(shù)一般為3-4排（不少于3排），水平式攪拌軸應(yīng)設(shè)于池中水深的1/2處，垂直式攪拌軸應(yīng)設(shè)于池中間；葉輪漿板中心處的線速度，第一排采用o.4o.6m/s，最后一排采用0.2m/s，各排線速度應(yīng)逐漸減??；水平軸式葉輪直徑應(yīng)比池深小0.3m，葉輪盡端與池子倒壁間距不應(yīng)大于o.2m； 垂直軸式葉輪上層漿板頂端應(yīng)設(shè)于池子水面下0.3m處，下層漿板底端應(yīng)設(shè)于距池底0.5m處；攪拌葉輪的漿板數(shù)目一般為46塊，漿板長度不大于葉輪直徑的75；每根攪拌軸上漿板總面積宜

11、為水流截面積的1020%，不宜超過25%。每塊漿板寬度為漿板長的1/101/15，般采用1030cm； 必須注意不要產(chǎn)生水流短流現(xiàn)象，此外，為避免池子水流與漿板同步旋轉(zhuǎn)，垂直軸式攪拌器應(yīng)在池壁設(shè)固定擋板，其做法與混合池設(shè)計同；絮凝池深度應(yīng)按水力高程系統(tǒng)的布置確定，一般為34m，立式絮凝池的深度可視具體情況適當(dāng)加大； 為適應(yīng)水量、水質(zhì)以及藥劑品種的變化，宜采用變速轉(zhuǎn)動裝置； 置于池的攪拌裝置必須做防腐處理。設(shè)計計算攪拌器轉(zhuǎn)速計算常用的有兩種計算方法：a根據(jù)已定的攪拌器線速度計算設(shè)n檔攪拌器，第n檔攪拌器轉(zhuǎn)速應(yīng)為:60vn=nnnD0式中：v-第n檔攪拌器漿葉中心處的線速度（m/s）nD-攪拌器漿

12、葉中心處直徑（m）0中間幾檔攪拌器的轉(zhuǎn)速可直接計算：=»-i如設(shè)三檔不同攪拌強(qiáng)度的攪拌機(jī)，第二檔攪拌器轉(zhuǎn)速為：n=,：nn213r/min)如設(shè)四檔不同攪拌強(qiáng)度的攪拌機(jī)，第二、第三檔的攪拌器的轉(zhuǎn)速分別為：n=*n2n(r/min)214n=3nn2（r/min）314b.根據(jù)已知速度梯度計算設(shè)n檔攪拌器，第n檔攪拌器轉(zhuǎn)速，按下式計算：r/min)3，RVG2=n123960C(1-K)3A工R3'4nPn式中：G-第n檔攪拌速度梯度（S-1）；nM一一液體的動力粘度（Ns/m2）；V絮凝池每格容積（m3）；C4拖拽系數(shù)，與流體狀態(tài)和運動物體和流體面積形狀有關(guān)，紊流狀態(tài)下，C=

13、0.2-2.0,對于正交運動的柱體和薄板C=442.0；K二第n檔液體旋轉(zhuǎn)速度與漿葉旋轉(zhuǎn)速度的比值，各檔K值自n第一檔的0.24逐漸變化至末檔0.32；A每片漿葉的面積(m2)；R-第n片漿葉中心點的旋轉(zhuǎn)半徑(m),Pn(工R3=R3+R3+R3)oPnP1P2Pn各檔攪拌機(jī)漿葉的形式是相同的，如第一檔攪拌器的轉(zhuǎn)速為n，則第n檔1攪拌器的轉(zhuǎn)速為：G21Kn=(n)3(-i)n(r/min)nG1K11n攪拌功率計算絮凝攪拌功率計算有兩種方法：a一般計算法：N=ZCDZRPE3(R14R2)(kw)408g式中：Z-同-旋轉(zhuǎn)半徑上的漿葉數(shù)；RP-水的密度，y=1000kg/mi3；L漿葉長度，(

14、m)；R-攪拌器漿葉外緣的半徑，(m)；1R-S拌器漿葉緣的半徑，(m)；2g重力加速度，(g=9.81m/S2)；C-阻力系數(shù)；D3-攪拌器旋轉(zhuǎn)角速度，(rad/s)C值的確定方法一是采用0.20.5,二是根據(jù)漿葉寬度b與長度L之比確D定，見下表2：表2阻力系數(shù)CD值D/L小于1122.544.51010.5-18>18CD0.550.5750.5950.6450.701.00b.TRCamp計算法：N二C4eAP工v3(kw)102gPn式中：C-一拖拽系數(shù)，取C=2；44e-攪拌器層數(shù)；v-第n片漿葉中心點線速度,(m/s);pnA-每片漿葉的面積，(m2)；p攪拌液體的密度，(k

15、g/m3)；g一一一重力加速度，g=9.81m/S2。兀Rnv=(m/s)Pn30工v3=v3+v3+v3PnP1P2Pn設(shè)計時考慮到橫梁及斜拉桿的拖拽和機(jī)械消耗，每檔攪拌功率須在式計算值基礎(chǔ)上再增加20。例2-1水平軸式漿板攪拌絮凝池計算已知設(shè)計流量Q=60000m3/d=2500m3/h，采用兩座絮凝池，每座設(shè)計流量1250m3/h。解:絮凝池尺寸：絮凝時間取20min,則絮凝池有效容積:V=QT=125°X206060=417m3根據(jù)水力高程布置，水深H取3.6m，并采用三排攪拌器，絮凝池長度:L>aZH式中：Z-攪拌器排數(shù)a系數(shù)，一般米用1.01.5H-絮凝池水深(m)

16、®a=1.3池寬L=1.3x3x3.6=14mB丄=王=8.3mLH14x3.6攪拌器尺寸每排米用三個攪拌器，每個攪拌器長度1=(8.3-4x0.2)/3=2.5m式中：0.2-為攪拌器之間的凈距和距池壁的距離0.2m。攪拌器外徑：D=3.6-2x0.15=3.3m式中：0.15-一為攪拌器上緣離水面及下緣距池底的距離0.15m。每個攪拌器上設(shè)有4塊葉片(如圖2所示)；葉片寬度b=0.18m，每根軸上漿板總面積A二2.5x0.18x4x3=5.4m2，占水流截面積8.3x3.6=29.88m2的18。圖2水平軸式機(jī)械絮凝池計算示意每個攪拌器旋轉(zhuǎn)時克服水阻力所消耗的功率計算：設(shè)各排葉輪

17、漿板中心點線速度分別取為：V二0.5m/s；v=0.35m/s和v二1230.2m/s。葉輪漿板中心點旋轉(zhuǎn)直徑D=3.3-0.18=3.12m，葉輪轉(zhuǎn)速及角速度分別0為：第一排：第二排：第三排：1兀D0兀x3.12兀n=130兀x3.063060v2-60x0.35兀D0兀x3.12兀nC兀x2.14厶303060v3-60x0.260v60x0.5n11n22n兀x3.12兀D0.322.140.221.223.06(r/min)；(rad/s)(r/min)；(rad/s)(r/min)；兀n=3330兀X1.2230=0.13(rad/s)第一排每個葉輪所消耗功率：CZpLe3(R4-R

18、4)0.5X4X1000x2.5x0.323(1.654-1.474)N二zD_R12二3X1408g408x9.81二3x0.112二0.336kw用同樣方法求得：第二排所需功率：N二3x0.042=0.125kw2第三排所需功率：N二3x0.008=0.024kw3總功率：N=N+N+N=0.336+0.125+0.024=0.485kw123核算平均速度梯度G值及GT值（按水溫20°C計，p=1.0x1.0-3Ns/m2）第一排：=49(s-1)N,'336x103x3G=4=1卩V1.0X4171第二排：G2吞=討=302(s-1)0第三排：(s-1)小耐24x103

19、x31oG=4=133rV1.0x4173絮凝池平均速度梯度：(s-1)G更.H8=34卩V1.0x417GT=34x20x60=4.1x104經(jīng)核算，G值與GT值均較合適。例2-2垂直軸式漿板攪拌絮凝池計算設(shè)計數(shù)據(jù)設(shè)計流量Q=6000m3/d=250m3/h；設(shè)三檔絮凝攪拌器，絮凝池分為三格；絮凝時間取t=20min；各檔攪拌速度梯度G值在2070s-i之間；絮凝池水的平均溫度取20°C，動力粘度1.00x10-3(Ns/m2)。解：絮凝池尺寸V=QT=250x20=83.3m36060根據(jù)水力高程布置取有效水深H=3.8m，絮凝池分為3格，每格尺寸：長x寬乂深=2.7x2.7x3

20、.8m，容積27.7m3。計算示圖見圖3，漿葉：R=0.55m,R=0.43m,r=0.49m12P2c攪拌器轉(zhuǎn)速計算根據(jù)設(shè)定的速度梯度計算：第一檔：G=70S-1，K=0.2411A工R3=(1.4x0.12)(1.04)3+(0.49)3x4二0.83P3n=1-1.142x10-3x27.7x702123690x2(1-0.24)3x0.83=0.12(r/s)=7.2(r/min)第二檔：G=45S-1，K=0.2822G、2(1-K)-)3(4)n1-K12=(蘭)；(123690C(1K)3A工R3=41P-0.24)x7.2=5.65(r/min)701-0.28第三檔：G=20S-1，K=0.32332021-0.