混合和絮凝池設(shè)計

1、混 合 和 絮 凝 池 設(shè) 計混 合 和 絮 凝 池 設(shè) 計18 of 18目 錄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0.011.0m，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(yùn)動使顆粒處于懸浮狀態(tài)，為了除去水中的膠體顆粒，在水處理工藝中通常使用投加化學(xué)藥劑-混

2、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：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。微絮凝的粒子范圍為0.0011.0m，其顆粒的絮凝是基于布朗運(yùn)動或隨機(jī)熱運(yùn)動而完成的；大絮凝系指大于1-2m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

3、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內(nèi)去完成。1. 機(jī)械攪拌混合池的設(shè)計設(shè)計基本要求對混合池設(shè)計的基本要求是使投加的化學(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)計以控制池內(nèi)水流的平均速度梯度G值為依據(jù)，G值一般控制在5001000秒-1范圍，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)

4、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?；旌铣貎?nèi)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（）D（池徑）。若池形為方池，則以當(dāng)量直徑De替代D，當(dāng)量直徑De1.13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 目符 號單 位推薦參數(shù)攪拌器外緣線速度m/s1.05.0攪拌器直徑dm()D攪拌器距池底高度Em(0.51.0)d攪拌器葉漿數(shù)Z2,4攪拌器寬度bm(0.10.25)

5、d攪拌器層數(shù)e當(dāng)1.21.3時，e1；當(dāng)1.21.3時，e1攪拌器層間距離S0m（1.01.5）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)到混合池內(nèi)某一速度梯度G所需的攪拌功率可按式計算：PG2··V 式中：P-攪拌功率（W）； G-速度梯度（S-1）； -被攪拌液體的動力粘度（N·S/m2）； V-混合池有效容積。VQ·t其中Q-攪拌流量（m3/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）式中：CD-阻力系數(shù)，CD0.20.5； -液體密度，（kg/m3）; -攪拌器旋轉(zhuǎn)角速度，（rad/s）其

6、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-攪拌器漿葉寬度，（m）；R-攪拌器半徑，（m）；g-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Q5000m3/d0.058m3/s，水溫為15，試設(shè)計混合池及攪拌器尺寸。解：取混合時間t30 池內(nèi)平均速度梯度G600s-1 15時，水的動力粘度1.142×10-3（N·s/m2） 混合池體積VQ·t0.0

7、58×301.75m3為達(dá)到設(shè)定的G值，所需的攪拌功率根據(jù)式 設(shè)混合池水深與混合池直徑之比為，H1.15D，V0.785D2·H0.785D2×1.15D0.9D3H1.15×1.251.43m取攪拌器直徑，取d0.9m漿葉寬度 b0.2d0.2×0.90.18m葉片數(shù)Z2，單層設(shè)置。取葉漿外緣線速度v3.5m/s。攪拌器轉(zhuǎn)速 攪拌器旋轉(zhuǎn)角速度 rad/s攪拌器軸功率：按式 取CD0.5 1000kg/m3 (kw) > P0.715 kw，（可）此時池內(nèi)的平均速度梯度G。 （s-1）>600 （s-1）設(shè)擋板4塊每塊寬度 長度 攪

8、拌器距池底高度 E0.6d0.6×0.90.54m2. 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，要求其在池內(nèi)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），以便在沉淀池內(nèi)除去。為了確保沉淀池的沉淀效果，在絮凝池內(nèi)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-1（一般控制在3050s-1），使GT值在104105范圍內(nèi)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

9、絮凝過程其停留時間在3060min，速度梯度為50100s-1。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，則連接管道內(nèi)的水流速度應(yīng)小于0.2m/s，并且要避免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；· 絮凝池內(nèi)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0.40.6m/s，最后一排采用0.2m/s，各排線速度應(yīng)逐漸減??；·

10、 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0.2m；· 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1/101/15，一般采用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

11、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；· 置于池內(nèi)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： （r/min）式中：vn-第n檔攪拌器漿葉中心處的線速度（m/s） D0-攪拌器漿葉中心處直徑（m）中間幾檔攪拌器的轉(zhuǎn)速可直接計算： 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： （r/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： （r/min） （r/min） b 根據(jù)已知速度梯度計算設(shè)n檔攪拌器

12、，第n檔攪拌器轉(zhuǎn)速，按下式計算： （r/min） 式中：Gn-第n檔攪拌速度梯度（s-1）；-液體的動力粘度（N·s/m2）；V-絮凝池每格容積（m3）；C4-拖拽系數(shù)，與流體狀態(tài)和運(yùn)動物體和流體面積形狀有關(guān)，紊流狀態(tài)下，C40.22.0，對于正交運(yùn)動的柱體和薄板C42.0；Kn第n檔液體旋轉(zhuǎn)速度與漿葉旋轉(zhuǎn)速度的比值，各檔K值自第一檔的0.24逐漸變化至末檔0.32；A-每片漿葉的面積（m2）；RPn-第n片漿葉中心點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)半徑（m），（）。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n1，則第n檔攪拌器的轉(zhuǎn)速為： （r/min） 攪拌功率計算絮凝攪拌功率計算有兩種方法：a

13、一般計算法： (kw)式中：ZR-同一旋轉(zhuǎn)半徑上的漿葉數(shù)；-水的密度，1000kg/m3；L-漿葉長度，(m)；R1-攪拌器漿葉外緣的半徑，(m)；R2-攪拌器漿葉內(nèi)緣的半徑，(m)；g-重力加速度，(g9.81m/s2）；CD-阻力系數(shù)；-攪拌器旋轉(zhuǎn)角速度，(rad/s）CD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之比確定，見下表2：表2 阻力系數(shù)CD值D/L小于1122.544.51010.518>18CD0.550.5750.5950.6450.701.00b T·R·Camp計算法： (kw) 式中：C4-拖拽系數(shù)，取C42； e-攪拌器層

14、數(shù)； vn-第n片漿葉中心點(diǎn)線速度，(m/s); A-每片漿葉的面積，(m2)； -攪拌液體的密度，(kg/m3)； g-重力加速度，g9.81m/s2。 (m/s)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Q60000m3/d2500m3/h，采用兩座絮凝池，每座設(shè)計流量1250 m3/h。解： 絮凝池尺寸：絮凝時間取20min，則絮凝池有效容積：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：式中：Z-攪拌器排數(shù) -系數(shù)，一般采用1.01.5 H-絮凝池水深 (m)取1.3L1.3&

15、#215;3×3.614m池寬 攪拌器尺寸每排采用三個攪拌器，每個攪拌器長度l (8.3-4×0.2)/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：D3.6-2×0.153.3m式中： 0.15-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b0.18m，每根軸上漿板總面積A2.5×0.18×4×35.4m2，占水流截面積8.3×3.629.88m2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

16、排葉輪漿板中心點(diǎn)線速度分別取為：v10.5m/s；v20.35m/s和v30.2m/s。葉輪漿板中心點(diǎn)旋轉(zhuǎn)直徑D03.3-0.183.12m，葉輪轉(zhuǎn)速及角速度分別為：第一排： (r/min)； (rad/s)第二排： (r/min)； (rad/s)第三排： (r/min)； (rad/s)第一排每個葉輪所消耗功率： 用同樣方法求得：第二排所需功率：N23×0.0420.125 kw第三排所需功率：N33×0.0080.024 kw總功率：NN1N2N30.336+0.125+0.0240.485 kw 核算平均速度梯度G值及GT值（按水溫20計，1.0×1.0-

17、3 N·s/m2）第一排： (s-1)第二排： (s-1)第三排： (s-1)絮凝池內(nèi)平均速度梯度： (s-1)GT=34×20×604.1×104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 Q6000m3/d=250m3/h； 設(shè)三檔絮凝攪拌器，絮凝池分為三格； 絮凝時間取t20min； 各檔攪拌速度梯度G值在2070s-1之間； 絮凝池內(nèi)水的平均溫度取20，動力粘度1.00×10-3（ N·s/m2）。解： 絮凝池尺寸：根據(jù)水力高程布置取有效水深H3.8m，絮凝池分為3格，每格尺寸：長×寬×深2.7×2.7×3.8m，容積27.7m3。計算示圖見圖3，圖3 垂直軸式漿板絮凝池計算示圖漿葉設(shè)計a 每檔設(shè)二層漿式攪拌器，每層設(shè)4塊漿板，二層攪拌器90°交叉安裝。漿葉寬度b0.12m，長度L1.4m，漿葉總面積A0.12×1.4×4×21.344m2，占水流截面積2.7×2.77.29m2的18.4。取液體旋轉(zhuǎn)速度與漿葉旋轉(zhuǎn)速度的比值K10.24；K30.32，則b 漿葉旋轉(zhuǎn)半徑外漿葉：R11.1m，R2=0.98m，1.04m內(nèi)漿葉：R10.55m，R20.43m，0.49m