混合和絮凝池设计

混合和絮凝池设计

1.机械搅拌混合池的设计

设计基本要求

浆板式搅拌器的设计参数

搅拌所需功率

例1-1 机械搅拌混合池计算

2.机械搅拌絮凝池设计

设计基本要求

设计规定

设计计算

搅拌器转速计算

搅拌器功率计算

例 2-1 水平轴式浆板搅拌絮凝池计算

例 2-2 垂直轴式浆板搅拌絮凝池计算

混合和絮凝池设计

存在于水和废水中的胶体物质一般都具有负的表面电荷，胶体的尺寸约在0.01～1.0μm，颗粒间的吸引力大大小于同性电荷的相斥力，在稳定的条件下，由于布朗运动使颗粒处于悬浮状态，为了除去水中的胶体颗粒，在水处理工艺中通常使用投加化学药剂---混凝剂，使胶体颗粒脱稳并形成絮体，这一过程称之为“混凝”；为促使“混凝”过程产生的细而密的絮体颗粒间的接触碰撞凝聚成较大的絮体颗粒，这一过程称之为“絮凝”。只有当胶体颗粒获得完善的絮凝过程产生稠密的大颗粒絮体之后，才能在后序的沉淀池中藉重力被有效地除去。

絮凝作用有两种形式：⑴微絮凝和⑵大絮凝。两种絮凝的基本区别在于涉及的粒子尺寸。微絮凝的粒子范围为0.001～1.0μm，其颗粒的絮凝是基于布朗运动或随机热运动而完成的；大絮凝系指大于1-2μm粒子的絮凝，则是通过诱发的速度梯度和粒子沉降速度差来完成。

为了强化絮凝过程，可投加絮凝剂，絮凝剂可为天然的或有机合成的聚合物。

由于“混凝”和“絮凝”两个过程所要求的水力条件是不相同的，在设计中常被置于混合池和絮凝池两个不同的单元内去完成。

1.机械搅拌混合池的设计

设计基本要求

对混合池设计的基本要求是使投加的化学混凝剂与水体达到快速而均匀的混合，要在水流造成剧烈紊动的条件下投入混凝剂，一般混合时时间5～30秒，不大于2分钟。但对于高分子絮凝剂而言，只要达到均匀混合即可，并不苛求快速。混合池的设计以控制池内水流的平均速度梯度G值为依据，G值一般控制在500～1000秒-1范围，过度的（G值超过1000S-1）和长时间的搅拌，会给后序的絮凝过程带来负面的影响。

机械混合所使用的浆板，多数采用结构简单、制作容易的叶片式浆板混合搅拌器。图1为浆板式搅拌混合池示图。

图1 机械搅拌混合池

混合池通常设计成圆形或方形，水深与池径之比一般为0.8～1.5，干弦为0.3～0.5m 。混合池内应加设挡板，挡板的作用是消除被搅拌液体的整体旋转，将液体的切向流动转变为轴向或径向流动，增大液体的湍动程度，后而加强了混合效果。挡板一般设为4块，每块宽度B ＝（

101～12

1

）D （池径）。 若池形为方池，则以当量直径De 替代D ，当量直径De ＝1.13W L ·

式中L 、W 为边长。

浆板式搅拌器的设计参数

叶浆式搅拌器设计参数如表1所示：

表1 浆式搅拌器设计参数

搅拌所需功率

为达到混合池内某一速度梯度G 所需的搅拌功率可按式⑴计算：

P ＝G 2·μ·V …… ⑴

式中：P---搅拌功率（W ）； G---速度梯度（S -1）；

μ---被搅拌液体的动力粘度（N ·S/m 2）； V---混合池有效容积。

V ＝Q ·t

其中Q---搅拌流量（m 3/s ），t---停留时间（s ）。

根据表1设计参数而设计的搅拌器，其轴功率可按式⑵计算：

g

bR C N D O 408Ze 4

3ρω= （KW ）……⑵

式中：C D ---阻力系数，C D ≈0.2～0.5； ρ---液体密度，（kg/m 3）; ω---搅拌器旋转角速度，（rad/s ）

30

n

πω＝

其中 ： n---搅拌器转速，（r/min ）；

Z---搅拌器浆叶数，（片）； e---搅拌器层数；

b---搅拌器浆叶宽度，（m ）； R---搅拌器半径，（m ）； g---重力加速度，（m/s 2）。

设计时要检查根据式⑵计算的结果是否与式⑴的要求相接近，否则应调整浆板直径、浆板外缘线速度以及搅拌器层数，如仍不能使之接近，就应考虑选用另外类型的搅拌器，如推进式搅拌器。

例 ㈠ 机械搅拌混合池计算

混合流量Q ＝5000m 3/d ＝0.058m 3/s ，水温为15℃，试设计混合池及搅拌器尺寸。

解：取混合时间t ＝30″

池内平均速度梯度G ＝600s -1

15℃时，水的动力粘度μ＝1.142×10-3（N ·s/m 2） 混合池体积V ＝Q ·t ＝0.058×30＝1.75m 3 为达到设定的G 值，所需的搅拌功率根据式 ⑴

kw 715.01000

30058.010142.16001000V ··322＝＝⨯⨯⨯⨯=-μG P

设混合池水深与混合池直径之比为

15.1D

H

＝，H ＝1.15D ， V ＝0.785D 2·H ＝0.785D 2×1.15D ＝0.9D 3

m V D 25.19

.075.19.033

===

H ＝1.15×1.25＝1.43m

取搅拌器直径m D d 95.025.13

2

32=⨯==，取d ＝0.9m

浆叶宽度 b ＝0.2d ＝0.2×0.9＝0.18m 叶片数Z ＝2，单层设置。 取叶浆外缘线速度v ＝3.5m/s 。 搅拌器转速 min)/(749

.05.36060r d v n =⨯⨯==

ππ

搅拌器旋转角速度 75.730

==

nn

ω rad/s 搅拌器轴功率：按式 ⑵

g

ZebR C N D

o 4084

3ρω=

取C D ＝0.5 ρ＝1000kg/m 3

858.081

.940845.018.01275.710005.04

3=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=o N (kw) > P ＝0.715 kw ，

（可）

此时池内的平均速度梯度G 。

6551075

.1142.11000858.03=⨯⨯⨯==

v P G μ （s -1）>600 （s -1） 设挡板4块 每块宽度 m D B 1.012

25.1121===