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工业废水处理厂絮凝搅拌机的设计工业废水处理厂絮凝搅拌机的设计 -- 20 元

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I摘要搅拌机在搅拌设备中处于核心地位。在搅拌机设计及使用过程中,合理的选取搅拌机的结构,运动和工作参数,直接关系到搅拌质量和搅拌效率。完成絮凝经过的絮凝池一般常称反映池,井水除氟设备海扬,在净水料理中占据重要的名望。自然水中的悬浮精神及肢体精神的粒径分外微细。为去除这些精神平日借助于混凝的权谋,也就是说在原水中参与适当的混凝剂,经过充塞混和,使胶体安静性被坏脱稳)并与混凝剂水介后的聚合物相吸附,使颗粒具有絮凝本能机能。而絮凝池的目的就是创造合适的水力条件使这种具有絮凝性能的颗粒在相互接触中聚集,以形成较大的絮凝体絮粒。因此,反应池设计是否确当,关系到絮凝的效果,而絮凝的效果又直接影响后续处理的沉淀效果。絮凝搅拌机是絮凝池机械搅拌的装置,它主要用于废水处理的搅拌过程。本设计提到了反应池的结构设计,搅拌机的结构设计,电动机及减速器的选型,搅拌机支架设计,密封设计以及其工艺流程。在设计过程中,我们应该充分考虑桨叶距离絮凝池顶端、底端以及侧壁预留的距离,还有就是轴的密封问题。关键词絮凝池混凝剂沉淀效果絮凝性能AbstractThemixerisatthecorepositioninthemixingequipment.Inagitatordesignanduseoftheprocess,selectthereasonablestructureofthemixer,motionparametersandwork,directlyrelatedtothemixingqualityandefficiencyofstirring.Accomplishflocculationpooloftencalledtheflocculationafterreflectingpool,waterfluorideremovalequipmentHIYOUNG,occupytheimportantpositioninwaterpurificationcuisine.Suspendedspiritandspiritofnaturalwaterbodysizeisfine.Toremovethesespiritualweekdaysbycoagulationoftrickery,thatistosayintheappropriatecoagulantinwater,afterfullmixing,sothatcolloidalquietisbaddestabilizationandphaseadsorptionandmixedpolymercoagulantwaterafter,theparticleswithflocculationperformance.Theflocculationpoolpurposeistocreateappropriatewaterpowerconditionmakesthisaggregationwithflocculationpropertiesofparticlesincontactwitheachother,toformalargeflocsflocs.Therefore,thereactionpooldesignisappropriate,inrelationtotheeffectofflocculation,sedimentationandflocculationeffecthasdirectimpacttofollowuptreatment.Theflocculationmixerisflocculationpoolmechanicalrabbledevice,whichismainlyusedformixingprocessinwastewatertreatment.Thisdesigntostructuredesignreactiontank,thestructuredesignofmixer,selectionofmotorandreducer,mixerstentdesign,sealdesignanditsprocesses.Inthedesignprocess,weshouldgivefullconsiderationtobladedistanceflocculationpoolatthetop,bottomandsidewallreserveddistance,thereistheproblemofshaftseal.KeywordsFlocculationpoolCoagulantPrecipitayioneffectFlocculationfunctionIII目录摘要..................................................................................................................................................IABSTRACT...................................................................................................................................II目录...............................................................................................................................................III1绪论.............................................................................................................................................11.1絮凝搅拌机的研究内容和意义...........................................................................................11.1.1设计絮凝搅拌机的目的、意义....................................................................................11.1.2絮凝搅拌机的研究范围................................................................................................11.1.3絮凝搅拌机的要达到的技术要求................................................................................11.2国内外的发展概况...............................................................................................................21.2.1国内外发展概述............................................................................................................21.2.2国内外发展状况............................................................................................................21.2.3存在问题........................................................................................................................41.3设计搅拌机应达到的要求...................................................................................................41.3.1反应搅拌机的工作原理................................................................................................41.3.2絮凝的工作原理............................................................................................................51.3.3水处理中的搅拌设备....................................................................................................51.3.4絮凝搅拌机的适应条件和构造....................................................................................61.3.5设计思路........................................................................................................................72反应池的结构设计.....................................................................................................................82.1引言.......................................................................................................................................82.2絮凝反应理论知识...............................................................................................................92.3反应池的工艺性分析.........................................................................................................122.4反应池的技术要求及设计效果.........................................................................................163搅拌机的结构设计...................................................................................................................183.1设计数据.............................................................................................................................183.2设计要求.............................................................................................................................183.3设计计算数据.....................................................................................................................193.4桨叶的设计.........................................................................................................................203.4.1桨叶结构尺寸确定......................................................................................................203.4.2搅拌器转速计算..........................................................................................................203.4.3搅拌功率计算..............................................................................................................224电动机及减速器的选型...........................................................................................................234.1减速器和电动机的选型条件.............................................................................................234.2电动机与减速器的选择.....................................................................................................234.3联轴器的选型.....................................................................................................................254.4搅拌轴的设计.....................................................................................................................26IV4.5轴与桨叶、联轴器的连接.................................................................................................274.5.1桨式搅拌器与轴的连接..............................................................................................274.5.2联轴器与轴的连接......................................................................................................274.6轴承的选型以及轴的最终确定.........................................................................................275搅拌机支架设计.......................................................................................................................285.1搅拌机的支承部分.............................................................................................................285.1.1机座..............................................................................................................................285.1.2轴承装置......................................................................................................................285.2水下支撑座的设计.............................................................................................................295.2.1轴承的选型..................................................................................................................295.2.2支撑套的设计..............................................................................................................306密封设计...................................................................................................................................316.1密封装置的类型.................................................................................................................316.2填料密封.............................................................................................................................316.2.1填料的种类..................................................................................................................316.2.2填料的选择..................................................................................................................326.2.3填料的合理装填..........................................................................................................326.2.4成型填料密封..............................................................................................................326.3机械密封.............................................................................................................................336.3.1机械密封的工作原理..................................................................................................336.3.2机械密封前的准备工作..............................................................................................346.3.3机械密封材料..............................................................................................................346.3.4机械密封与软填料密封比较......................................................................................356.4轴的密封选择.....................................................................................................................357结论.........................................................................................................................................37参考文献.......................................................................................................................................39谢辞.............................................................................................................................................38工业废水处理厂絮凝搅拌机的设计11绪论搅拌可以使两种或多种不同的物质在彼此之中互相分散,从而达到均匀混合也可以加速传热和传质过程。在工业生产中,搅拌操作时从化学工业开始的,围绕食品、纤维、造纸、石油、水处理等,作为工艺过程的一部分而被广泛应用。本章主要对絮凝搅拌机的研究内容和意义、国内外的发展概况以及设计搅拌机应达到的要求进行了阐述。1.1絮凝搅拌机的研究内容和意义本节讲述了设计絮凝搅拌机的目的、意义,絮凝搅拌机的研究范围以及要达到的技术要求。1.1.1设计絮凝搅拌机的目的、意义废水处理中反应搅拌机的目的是由电机作为驱动装置,经减速器联轴器带到直桨叶旋转使胶体颗粒絮凝形成较大的颗粒,以利沉淀,以满足水处理中水质净化的要求。废水处理中反应搅拌机的意义是在絮拟池中加入絮拟剂,在絮拟剂的作用下,通过搅拌机的作用,使原水中的悬浮物质及胶体物质凝聚,形成较大的颗粒,以利于沉淀,达到净水的目的。1.1.2絮凝搅拌机的研究范围本题目主要涉及水处理中絮凝工艺中反应搅拌机的设备设计,主要解决的问题是水处理中该设备的设计,包括主轴、絮凝搅拌机、电动机及减速器的选型、支撑装置设计、轴的密封设置、絮凝池的设计,并画出相应的设备图。1.1.3絮凝搅拌机的要达到的技术要求搅拌机分为常规饲料搅拌机和添加剂搅拌机两种。常规饲料搅拌机有立式和卧式两种。立式搅拌机搅拌时间一般为15min20min,卧式机则为10min左右,搅拌配合饲料时应分批搅拌。立式搅拌机的优点是混合均匀,动力消耗少,缺点是混合时间长,生产率低,装料、出料不充分。卧式搅拌机主要工作部件为搅动叶片,叶片分为内外两层,它们的螺旋方向相反。在工作时叶片搅动饲料,使内外两层饲料作相对运动,以达到混合的目的。卧式搅拌机的优点是效率高,装料、出料迅速,缺点是动力消耗较大,占地面积大,价格也较高,因此一般较少采用。在絮凝过程中,搅拌的作用有两点一是混合,促进细微颗粒之间的碰撞,使颗粒逐渐长大二是固体悬浮,使凝聚的颗粒能均匀地悬浮在液体中,防止其在絮凝池中沉淀。另外,絮凝搅拌过程还有一个重要的制约因素,即由剪切速率产生的剪切应力,将对絮凝颗粒造成破碎作用,这就是为什么在进行絮凝搅拌设计时通常要考虑叶尖速度的限制。FRF系列搅拌机专用于絮凝过程,很低的转速、高排液量,高效轴流型桨叶,所以传统的G值或GT值也同样仅作为参考。从搅拌技术观点看,流体搅拌可分为五种基本搅拌应用,而每一种搅拌应用又可根据无锡太湖学院学士学位论文2物理过程和化学过程分为两种类型。因此,总共有十种基本的搅拌应用。每一种基本搅拌应用都有各自的搅拌特点,过程要求和放大设计准则。实际应用时,每种搅拌应用往往会有几种基本搅拌应用组成,如絮凝搅拌过程由液液混合和固体悬浮两个基本搅拌应用组成。搅拌机产生较高的流动作用和较低的压头,而小直径桨叶配以高转速则产生较高的压头和较低的流动作用。在搅拌槽中,要使微团相互碰撞,唯一的办法是提供足够的剪切速率。从搅拌机理看,正是由于流体速度差的存在,才使流体各层之间相互混合,因此,凡搅拌过程总是涉及到流体剪切速率。剪切应力是一种力,是搅拌应用中气泡分散和液滴破碎等的真正原因。必须指出的是,整个搅拌槽中流体各点剪切速率的大小并不是一致的。通过对剪切速率分布的研究表明,在一个搅拌槽中至少存在四种剪切速率数值,它们是实验研究表明,就桨叶区而言,无论何种浆型,当桨叶直径一定时,最大剪切速率和平均剪切速率都随转速的提高而增加。高效轴流型桨叶快混搅拌机的设计方法是以搅拌机的排液量为基础,以平均停留时间内搅拌桨叶产生的排液量与快混池的有效体积之比值(N)作为选型设计快速搅拌机的依据。由于受到加药量、搅拌槽几何尺寸形状以其他因素的影响,该比值不是固定不变的,但一般要求1.5n。同一种桨叶在达到同样的搅拌效果(即同样的比值n)时,搅拌功率将随D/T(T为槽体直径或等效直径)值的增大而下降,换句话讲,适合一个搅拌过程的搅拌机不止一种,可以有多种搅拌功率,搅拌转速和桨叶直径的组合。1.2国内外的发展概况本节讲述了絮凝搅拌机的国内外发展概述,国内外发展概况以及存在的问题。1.2.1国内外发展概述搅拌机的操作性能直接关系到产品的质量、能耗和生产成本,工程界和学术界对搅拌混合都非常重视,进行了大量的研究工作,取得了不少的研究成果。搅拌器是化学工程和生物工程中最常见也是最重要的单元设备之一。目前,搅拌器的选型和内构件的设计在很大程度上依赖试验和经验,对放大规模还缺乏深入的认识,对于能耗和生产成本只能在一定规模的生产装置上对比后才能得出结论,由于对产品的回收率和质量要求越来越高,对搅拌器的研究日趋深入,已从早期对搅拌功率和混合时间的研究,20世纪80年代对反应釜内的流体速度场分布的研究,进入20世纪90年代以来的搅拌釜内三维流场的数值模拟研究。流场数值模拟必须在深入进行流体力学研究的基础上,综合考虑流体流动的三维性、随机性、非线性和边界条件不确定性。通过数值模拟不但可以解决反应器的放大机理,而且可以优化设计开发新型高效搅拌器,使机械搅拌器的设计理论更加完善。1.2.2国内外发展状况(1)国产污水处理设备发展现状国产污水处理设备的生产始于20世纪70年代中后期,当时产品的标准化、成套化、工业废水处理厂絮凝搅拌机的设计3系列化水平很低,定型产品较少。进人20世纪90年代以来,国家有关部门先后对主要污水处理设备制造企业进行了技术改造,提高了制造能力和制造水平,城市污水处理专用设备和与之配套的通用设备的生产水平都有了很大提高。目前,日处理5、10、25、50吨的城市污水处理厂的全部或主要设备都可实现国产化。其中,国产的微孔曝气器、高强度曝气机、带式压滤机、各类格栅除污机、刮泥机、刮砂机、曝气转刷、曝气鼓风机、大型污水泵、潜水电泵等已基本上能够适应国内市场需求,还有部分产品出口。在产品设计方面,从日处理5万吨到50万吨规模的污水污泥提升系统、机械过滤沉淀系统、曝气处理系统、污泥脱水处理系统等国产设备,已相当于国际20世纪80年代水平,并能够提供成套设备。但在沼气发电系统、在线监控系统等方面,国产设备与国外发达国家相比,尚存在较大差距。在一些国际20世纪90年代最新形技术装备领域,还存在空白有待填补。在产品水平方面,能耗较大的鼓风机、水泵等产品,单机设备效率已接近国际20世纪80年代水平。成套产品的总体水平相当于国际20世纪七八十年代的水平。(2)发达国家污水处理设备发展现状发达国家污水处理设备目前已达到高度现代化水平,具有以下特点1)城市污水和工业废水处理设备已实现标准化、定型化、系列化和成套化,已构成门类齐全、商品化程度高的水处理设备工业2)水处理单元设备,如沉淀、过滤、萃取、吸附、微滤、电渗析等已形成专业化规模生产,品种、规格、质量相对稳定,性能参数可靠,用户选择十分方便3)城市污水成套设备向大型化发展,工业废水处理设备随着工艺的成熟而趋于专门化、成套化4)与水处理相配套的风机、水泵、阀门等通用设备已逐步实现专门化设计,并组织生产,以满足特殊需要5)水资源紧张、水体富营养化、饮水安全导致废水深度处理设备和消毒设备有相当程度的发展6)厌氧处理技术重新引起重视,促进了厌氧处理设备在高浓度有机废水处理上的应用。我国污水处理事业的历史始于1921年,到改革开放的近二十年来取得了迅速的发展,但仍然滞后于城市发展的需要。污水处理厂的建设,极大地提高了城市污水的处理水平,但处理量的增加仍远远滞后于污水排放量的增长,我国的污水处理事业的实际情况是污水处理率低,很多老城区的排水管网甚至不成系统。城市污水处理能力增长缓慢和污水处理率低是造成我国水环境污染的主要原因,由此导致了水环境的持续恶化,并严重的制约了我国经济与社会的发展。我国城市污水处理能力增长缓慢的主要原因可以归结为污水处理技术落后城市污水处理技术是城市污水处理设施能否高效运转的关键,就目前的发展状况来看,在中小城市污水处理方面,尚缺乏适合我国实际国情的污水处理技术和设备。因此,探索和发展适合我国国情的中小城市(镇)污水处理工艺,掌握一批在中小城市(镇)具有代表性的污染源的治理技术和城市无锡太湖学院学士学位论文4污水处理技术,就势在必行。由于现在的水污染大部分是来自分散的非点源,对于这些非点源污染,控制措施和相关费用都具有很高的不确定性,今后城市在污水处理方面能够或应该做到什么程度,目前正在进行激烈的争论。合流制污水管网的老城市需要大量投资,来减少在雨季的污水溢流,而迅速发展的新兴城市又临着处理能力不足,导致生活污水管网溢流的问题。1.2.3存在问题现在搅拌机被广泛应用于石化,化工,矿业,制药,发酵,造纸,食品,水处理,环保,以及精细化工等行业,同时因其发展时间较短,故在搅拌器的应用过程中,存在一些问题,常见问题有1)齿轮箱泄漏2)由于轴在机械密封处偏摆量大,致使机械密封使用寿命短,泄漏3)系统振动较大,噪音强烈4)维护维修成本较高等。通常齿轮箱漏油可以换密封圈解决机械密封可以更换易损件使其得以继续沿用系统振动可以靠加固减弱之,但这些无疑是治标之策,也是成本的消耗。1.3设计搅拌机应达到的要求本节从反应搅拌机的工作原理,絮凝的工作原理,水处理中的搅拌设备以及絮凝搅拌机的适应条件和构造充分考虑了设计反应搅拌机应达到的要求,总结了设计反应搅拌机的设计思路和方法。1.3.1反应搅拌机的工作原理对于不同的介质,不同的化学反应过程,要求搅拌装置的结构和搅拌速度不同,根据不同的场合一般分为以下几种情况(1)液液互溶系统的场合一般采用低速搅拌就能足够完成,这种场合常用浆叶式搅拌装置。(2)液液互不相溶系统的场合这种场合则需要强烈的上下翻滚,常用浆叶搅拌器,在釜体内加有一定形状的挡板,或采用推进式搅拌器。(3)固液相系统的场合反应介质里有少量的固体且不易沉降时可采用比较缓和的搅拌,反之当反应介质或反应过程的生成物中固体较多,且容易沉降时必须采用强烈的上下的翻动的搅拌,这些搅拌均属于固液相的搅拌系统。在本人设计的课题中搅拌器中所搅拌的介质是废水,废水处理中反应搅拌机的目的是由电机作为驱动装置,经减速器联轴器带到直桨叶旋转使胶体颗粒絮凝形成较大的颗粒,以利沉淀,以满足水处理中水质净化的要求,如图1.1所示。工业废水处理厂絮凝搅拌机的设计5图1.1搅拌机搅拌示意图1.3.2絮凝的工作原理胶体的脱稳阶段是第一阶段,絮凝是第二阶段,而絮凝指胶体脱稳以后结成大颗粒絮体的阶段。第一阶段相当于给水处理中加药混合后的极短的一段时间,可能在一秒钟内,而絮凝则主要是在反应设备中完成的,这是水处理中常用的方法,其工作原理如图1.2。废水投药混合反应沉淀分离急速搅拌慢速搅拌沉淀出水絮凝剂图1.2絮凝沉淀处理流程示意图1.3.3水处理中的搅拌设备水处理中的搅拌设备,分成溶药搅拌,混合搅拌,絮凝搅拌,澄清池搅拌,消化池搅拌和水下搅拌六种类型。絮凝搅拌是水处理的重要方法之一或基本单元操作之一,而且往往是必不可少的。它在生活饮用水、工业用水、工业废水及生活污水的处理中都有广泛的应用,因而学习和研究絮凝科学及其在水处理中的应用具有十分重要的意义。其中絮凝搅拌机分为刚性连接搅拌机和弹性连接搅拌机。本设计主要讨论的是刚性连接搅拌机。刚性连接搅拌机由电动机,减速器,刚性联轴器,机座,轴承,搅拌轴,搅拌器。搅拌设备的工作部分,有搅拌器,搅拌轴和搅拌附件组成。无锡太湖学院学士学位论文61.3.4絮凝搅拌机的适应条件和构造(1)絮凝搅拌机的适应条件絮凝搅拌机用于给水排水主力中混凝过程中的絮凝阶段。絮凝搅拌的作用是促使水中的胶体颗粒发生碰撞,吸附并逐渐结成一定大小的帆花,试绝大部分帆花截留在沉淀池内。搅拌强度和搅拌时间是决定絮凝效果的关键。絮凝池内搅拌强度即搅拌速度梯度值G应递减,各档搅拌器桨叶中心处的线速度依次逐渐减慢,且要有足够的搅拌时间来完成絮凝过程。絮凝搅拌机可满足絮凝规律的要求,使絮凝过程中各段具有不同的搅拌强度,可以适合水量和水温的变化,优点是水头损坏小,池体结构简单,外加能量组合方便。絮凝搅拌机设置无级调速后可随水量,原水浊度和投药量的变化而调整搅拌强度,达到满意的絮凝效果,节约药剂的用量。絮凝搅拌机根据搅拌轴的安装分式分为立式搅拌机和卧失搅拌机两种。卧式絮凝搅拌机的桨板接近池底旋转,一般絮凝池不存在积泥问题。(2)絮凝搅拌机的构造絮凝立式搅拌机有工作部分垂直搅拌轴,框式搅拌器,支承部分轴承装置,机座和驱动部分电动机,摆线针轮减速机组成,如图1.3所示。图1.3立体搅拌机总体结构图1减速机2螺栓3垫圈4螺母5机架6螺栓7垫圈8垫板9桨板10主轴11螺栓12垫圈13螺母14螺栓15垫圈16螺母17水下轴承座框式搅拌器分直桨叶,斜桨叶和网桨叶三种。直桨叶是最常用的一种普通桨叶,其结构如图1.4。工业废水处理厂絮凝搅拌机的设计7图1.4直桨叶框式搅拌器示意图1.3.5设计思路1)反应池的结构尺寸的确定2)搅拌机大小的确定及转速和功率的计算3)由搅拌机功率来做电机的选型设计4)由电机的型号尺寸来做联轴器的选型设计5)由联轴器的型号尺寸来决定轴径以及对所决定的轴径进行计算验证6)由轴径来做轴承的选型7)由轴承的尺寸来做机座及支撑座的选型设计。无锡太湖学院学士学位论文82反应池的结构设计天然水中的悬浮物质及肢体物质的粒径非常细小。为去除这些物质通常借助于混凝的手段,也就是说在原水中加入适当的混凝剂,经过充分混和,使胶体稳定性被坏脱稳)并与混凝剂水介后的聚合物相吸附,使颗粒具有絮凝性能。而反应池的目的就是创造合适的水力条件使这种具有絮凝性能的颗粒在相互接触中聚集,以形成较大的絮凝体絮粒。因此,反应池设计是否确当,关系到絮凝的效果,而絮凝的效果又直接影响后续处理的沉淀效果。本章主要介绍了反应池的一些理论知识,对反应池的工艺性分析,提到了反应池的技术要求以及技术效果。2.1引言完成絮凝过程的反应池一般常称絮凝池,在净水处理中占有重要的地位。如图2.1,图2.1絮凝池示意图天然水中的悬浮物质及肢体物质的粒径非常细小。为去除这些物质通常借助于混凝的手段,也就是说在原水中加入适当的混凝剂,经过充分混和,使胶体稳定性被坏脱稳)并与混凝剂水介后的聚合物相吸附,使颗粒具有絮凝性能。而反应池的目的就是创造合适的水力条件使这种具有絮凝性能的颗粒在相互接触中聚集,以形成较大的絮凝体絮粒。因此,反应池设计是否确当,关系到絮凝的效果,而絮凝的效果又直接影响后续处理的沉淀效果。当然,为了获得良好的絮凝效果,混凝剂的合理选择是重要的,但是也不能忽视絮凝池设计的重要性。在生产实践中,不少水厂由于改进了絮凝池的布置,从而提高了出水水质,降低了药耗,或者增加了制水能力。在混凝沉淀的设计中,也出现了宁可延长一些反应时间以缩短沉淀时间的看法。这些都说明絮凝反应在净水处理中的重要作用。近年来,由于高效能沉淀以及过滤装置的出现,使水厂的平面布置包括构筑物尺寸及占地面积大为缩小。相对来说絮凝池所占比例就有所增加。例如,在原平流式沉淀池中,絮凝只占较小的体积。然而在斜管沉淀池中,絮凝部分的体积几乎与沉淀部分的体积相仿。工业废水处理厂絮凝搅拌机的设计9为此,国内不少同志在这方面进行着如何改进絮凝构筑物的研究,并提出了不少设想。对设计工作者来说,亦迫切要求有一个科学的评价方法,以解决如何合理选择絮凝形式的问题。絮凝反应是一个很复杂的过程,它不仅受絮凝池水力条件的控制,而且还与原水性质、混凝剂品种和加药量以及混和过程都有密切关系。从目前国内外的研究情况来看,尚没有一个能定量地反映絮凝过程的完整数学模式,甚至作为定性分析,也还存在不少问题。这些情况就给具体设计工作者带来很多困难。严格地说,目前不少絮凝池的设计,仅是水力的验算,并没有对絮凝过程作完整的分析。因此,往往出现即使原水的絮凝性质很不相同,而其絮凝池的布置却完全相同的情况。根据规范或设计手册规定的设计数据,进行水力计算,是目前絮凝池设计中应用最广泛的方法。应该说它在大多数场合下是可行的,但并不一定是最优的,况且,这些规定也只规定一些主要指标,至于具体的布置还需由设计者确定。例如,一般规定隔板絮凝池的流速由0.6/ms渐减至0.2/ms。至于流速如何递减,以及隔板转折的布置和道数等等,都未作明确规定。因而尽管所用主要指标完全相同,却可设计成很不相同的布置形式,至于它们的效果差异则更难以鉴别。为了探讨絮凝池设计的合理方法,福建省净水工艺试验组曾提出了应用模型絮凝池的概念。其基本出发点就是认为合理的反应速度应符合流速渐变的原则,即反应速度由大到小呈直线变化,且反应池进口流速应大于或者等于1/ms。凡符合这二个条件的所谓模型絮凝池则被认为是理想的絮凝池布置。模型絮凝池作为探讨整个絮凝过程变化规律的设想,是有其积极意义的。但是,要把模型絮凝池作为理想的絮凝形式,则尚缺乏足够的依据。作为问题之一,它脱离了原水性质的考虑。速度渐变原则应对不同水质条件有不同的要求,而不宜取作常量。譬如,对于原水颗粒浓度不足以及絮凝体不易破碎的情况,将较高流速区的反应时间增加些,显然是有好处的。反之,则应增加较低流速区的比例。另外,隔板絮凝的转折,从模型絮凝池的要求考虑,显然是不符合要求的。但是实际上在絮凝的最初阶段,它往往起到了促进絮凝的效果。模型絮凝池用流速作为比较的相似关系,与絮凝理论所采用的以速度梯度作为相似关系有所区别。随着絮凝形式的不同,同样的流速,其速度梯度可相差达数倍。因此关于模型絮凝池的设想尚有不少问题需要进一步深入研究。目前絮凝池设计中一个普遍问题就是没有考虑进入絮凝池的处理水水质。众所周知,良好的絮凝反应必须具备二个条件,即具有充分絮凝能力的颗粒以及合适的反应水力条件。实际上,它们就是絮凝过程中的内因和外因。水力条件只有适合欲絮凝颗粒的絮凝要求时,才能促进絮凝的进行。反之则不仅不能促进絮凝的进行,甚至使已经絮凝的颗粒破坏。因此作为具体的絮凝池设计,就必须考虑到处理水的水质条件。但是这却是目前絮凝池设计中最薄弱的环节。2.2絮凝反应理论知识所谓合理设计,无非是从许多可供选择的方案中,选定一种最能符合要求的方案。同无锡太湖学院学士学位论文10样,絮凝池的合理设计,就是要从诸多的絮凝形式,以及不同的指标中,选择一种最能适合具体絮凝条件而又切实可行的形式和指标。鉴于目前的研究水平,仅用理论的方法还无法解答上述课题,因此还需借助于实验手段。实验的目的就是可以在较小规模下模拟实际的效果,以便对可供选择的方案加以比较。和其它许多实验一样,絮凝的实验也需要解决一个模拟的相似问题。也就是说需要解决怎样在较小规模的试验中,获得与真实絮凝池同样的絮凝结果。对于絮凝反应来说,需待解决的相似关系主要有二个,即处理水的水质条件和絮凝池的水力条件。关于水质条件,一般采用真实水样还是容易办到的。例如选择若干具有代表性处理对象的原水,加注适量混凝剂,并经充分混和,即可供作絮凝的实验。至于水力条件,则不能依靠实际絮凝池来作试验。因设计的目的是要对多种方案进行对比,而这在实际絮凝池中是难以完全实现的。为此,需要寻找合适的水力条件作模拟相似。对于水力条件,一般可以采用雷诺数或弗鲁特数相似,也可采用其它相似准则。至于采用何种相似方法则应视研究对象而定。为此有必要就絮凝过程中水力条件的作用作一分析,以确定相似关系。絮凝的目的是使细小颗粒彼此聚集。除了颗粒具有絮凝能力外,还必须创造颗粒彼此接触,或者接近达到颗粒吸附的作用范围以内的机会。否则,若保持颗粒间的相对位置不变,即使颗粒的絮凝性能极为良好,也无法聚集。可以通过三个途径,使颗粒达到彼此的接触水分子的热力运动、颗粒的沉速差异和水体的流动。所谓热力运动产生的颗粒碰撞,是由于水分子进行的杂乱而没有规则的运动布朗运动,不断撞击附近的胶体颗粒,使颗粒也进行着杂乱而没有规则的运动,从而获得了颗粒彼此碰撞的机会。这种接触机会与温度有关,而与液体的流动无关。因而只要保持温度和时间的因素相同,热力运动造成的碰撞也是相同的。至于沉速差异产生的颗粒碰撞,往往在沉淀池中有明显的作用。然而在絮凝池中,由于其颗粒一般尚属细小,沉速不大,可以说差异所产生的碰撞作用在絮凝池中,不占统治地位可予忽略。一般认为在絮凝池中,对颗粒碰撞起主导作用的主要是水体的流动,也就是由于水体流动所产生的能量损耗而造成的。一般关于水体流动所产生的碰撞公式可表示为322/3JGdN(2.1)式中J单位时间单位体积内颗粒接触的机会D颗粒的有效粒径单位mN单位体积内的颗粒数G计算范围内的绝对平均速度梯度单位1S。平均速度梯度值可用下式计算0.5/GW(2.2)式中W单位体积单位时间所消耗的功,单位KW液体的动力粘滞系数。工业废水处理厂絮凝搅拌机的设计11一般认为式1只适用于层流,而大多数絮凝池的水源均属紊流。对于紊流条件下颗粒的碰撞频率,Levich提出了如下公式0.533012/Jdn(2.3)式中系数0有效能量消耗率,单位KW。比较式(2.1)与式(2.3),除了系数差别外,主要是式(2.3)所用的功为有效能量,而式(2.1)则采用计算的能量,两者相差一个效率系数。而在实用上有效能量是难以确定的,仍需用计算的能量来表示。因此,无论是式(2.1)或式(2.3),作为单位时间单位体积内颗粒碰撞的因素都是颗粒的粒径、浓度以及水流的速度梯度。实际上,这里包含了二个方面的内容,即以颗粒的粒径及浓度为代表的参与絮凝的水质条件和以G为代表的絮凝池水力条件。由于粒径和浓度已由真实水样来模拟,因而只要保持G值相似,理论上即可得到同样的颗粒碰撞条件。但是应该指出,颗粒的碰撞并不就是颗粒的聚集。对于不同絮凝能力的颗粒,在同样碰撞次数时,应该得到程度不同的聚集。也就是说它们的有效聚集比例是各不相同的。但是,如采用真实水样作为絮凝的模拟,则这一因素同样可在实验中获得反映。另外,在模拟絮凝水力条件时还需考虑一个重要的现象,即絮凝体的破碎,或絮凝体大小的限制条件。絮凝体所能承受的水流剪力是有限度的。随着絮凝体的增大,相应的抗剪能力会减弱。与水流共同运动的絮凝体,受到液体切应力的作用。因此,当液体的切应力大于絮凝体的抗剪能力时,絮凝体将被破碎。因此在模拟絮凝反应时,除了模拟颗粒碰撞而产生的聚集外,还需要模拟因液体的切应力而产生的破碎。众所周知,液体的切应力可由二部分组成,即粘滞阻力及混掺阻力。对于层流条件,切应力纯由粘滞阻力产生。对于紊流条件,则主要由混掺阻力产生除边界层附近外。这二种切应力的大小都决定于液体的速度梯度。在速度梯度G中,所谓消耗的功,也就是指切应力所做的功。因为只有切应力所做的功是不可逆的,也就是由机械能转化为热能。丹保宪仁教授在分析絮凝过程中,考虑到水流切应力对絮粒的破碎影响,引入了颗粒最大成长度mS的概念,也就是说mS代表在一定的水流条件下,能形成最大粒径的原始颗粒数。丹保教授通过试验得出,在原水水质条件不变时,mS是有效能量消耗率0或速度梯度G的函数。通过对絮凝过程中一些主要现象的分析,包括颗粒的碰撞,因碰撞产生的聚集、絮凝体尺寸的限制以及水流对絮凝体的剪切,我们得到了可用真实水样模拟水质特征以及用G值模拟水流特征这样两个关系。采用G值来模拟絮凝池的水流絮凝特征,至少在二方面是有用处的,一是可以把真实絮凝池的研究缩小到在实验室内进行,也就是只要维持实验条件的G值与真实池相同。其结果也应相同。另一是可以用作不同絮凝形式的比较,也就是即使絮凝池的水流形态相差甚大,只要其过程的G值相同,当然还应考虑不同絮凝池形式有效能量利用的差别效果无锡太湖学院学士学位论文12也应相同。2.3反应池的工艺性分析作为研究的方法可以是微观的,也可以是宏观的。大多理论研究都以微粒作为对象。由于实际的原水是由不同颗粒所组成,不仅粒径呈一定分布,而且其性质也各不相同。对于水流条件来说,同样存在一个断面内的速度梯度各不相同。可能在同一时刻同一断面上,既有颗粒的絮凝,又有颗粒的破碎。因此,采用微粒的分析方法,问题要复杂的多。甚至在很多情况下难以办到。微观现象的分析,可以帮助我们对问题的考虑如前节所作的那样,但试验还应以整个悬浊液在絮凝过程中的平均效果作代表。这样,我们就不必去分析诸如颗粒大小的组成分布,断面各点的速度梯度分布以及絮凝颗粒的沉速分布等等。而分别用平均粒径、平均速度梯度以及平均沉速来表示。对于絮凝效果的评价,一般可以采用颗粒粒径、颗粒沉速以及沉淀后浊度去除率等来表示。无论是颗粒粗径的加大,沉速的加快以及沉淀后浊度去除率的增加都能反映絮凝效果的提高。在理论研究方面,一般以粒径为指标的居多。许多理论公式都与粒径有关。对于后续处理的沉淀计算来说,采用沉速的概念较为有利。因为沉淀池设计希望提供反应后的沉速数据。然而对于测定来说,采用浊度指标最为方便。实际上这三个指标都是相互关联的。沉淀后浊度去除率可以间接地表达悬浊液的平均沉速。为了探讨方便起见,我们在研究设想方案时,仍以平均沉速作为指标而作为实验的手段,则以沉淀后浊度去除率为指标。此外,我们还作了一个假设,就是由不同方式获得相同絮凝效果的悬浊液,在其进一步作絮凝反应时,应获得同样的结果,例如采用1G值的速度梯度反应1T时间后,得到了悬浊液的平均沉速为V,而用另一2G值反应2T时间后也可得到平均沉速为V,我们就认为这二者效果相同,同时,尽管它们形成的条件各不相同,但在进一步絮凝时,二者应该获得同等的絮凝条件。根据以上对絮凝过程以及基本假设的分析,我们就可以进而讨论絮凝池合理设计的设想方案。如果把单位体积中颗粒所占的比例用来表示,即3/6Nd (2.4)则参照式(2.1)及式(2.3),并假定颗粒的每一次碰撞均产生聚集,那么颗粒浓度的时间变化率就应为/sdNdtKN(2.5)式中sK取决于G和,即sKkG=。将式(2.5)积分,可得0sNNeKt(2.6)
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QQ401339828上传于2014-04-07

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