混合和絮凝池设计

混混 合合 和和 絮絮 凝凝 池池 设设 计计 精品文档 2欢迎下载2欢迎下载2欢迎下载 目目 录录 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 精品文档 3欢迎下载3欢迎下载3欢迎下载 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 0 m 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 微絮凝和 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 0 m 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 2 m 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 1 机械搅拌混合池的设计机械搅拌混合池的设计 设计基本要求设计基本要求 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 精品文档 4欢迎下载4欢迎下载4欢迎下载 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 D 池径 10 1 12 1 若池形为方池 则以当量直径 De 替代 D 当量直径 De 1 13式中WL L W 为边长 精品文档 5欢迎下载5欢迎下载5欢迎下载 浆板式搅拌器的设计参数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 项 目符 号单 位推荐参数 搅拌器外缘线速度 m s1 0 5 0 搅拌器直径 dm D 3 1 3 2 搅拌器距池底高度 Em 0 5 1 0 d 搅拌器叶浆数 Z2 4 搅拌器宽度 bm 0 1 0 25 d 搅拌器层数 e 当 1 2 1 3 时 e 1 当 D H 1 2 1 3 时 e 1 D H 搅拌器层间距离 S0m 1 0 1 5 d 安装位置要求相邻两层叶浆交叉 90o安装 搅拌所需功率搅拌所需功率 为达到混合池内某一速度梯度 G 所需的搅拌功率可按式 计算 P G2 V 式中 P 搅拌功率 W G 速度梯度 S 1 被搅拌液体的动力粘度 N S m2 V 混合池有效容积 V Q t 其中 Q 搅拌流量 m3 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 计算 KW g bR CN DO 408 Ze 43 式中 CD 阻力系数 CD 0 2 0 5 精品文档 6欢迎下载6欢迎下载6欢迎下载 液体密度 kg m3 搅拌器旋转角速度 rad s 30 n 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 s2 设计时要检查根据式 计算的结果是否与式 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 机械搅拌混合池计算 混合流量 Q 5000m3 d 0 058m3 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 1 142 10 3 N s m2 混合池体积 V Q t 0 058 30 1 75m3 为达到设定的 G 值 所需的搅拌功率根据式 kw715 0 1000 30058 0 10142 1 600 1000 V 322 G P 设混合池水深与混合池直径之比为 H 1 15D 15 1 D H V 0 785D2 H 0 785D2 1 15D 0 9D3 精品文档 7欢迎下载7欢迎下载7欢迎下载 m V D25 1 9 0 75 1 9 0 33 H 1 15 1 25 1 43m 取搅拌器直径 取 d 0 9mmDd95 0 25 1 3 2 3 2 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 74 9 0 5 36060 r d v n 搅拌器旋转角速度 rad s75 7 30 nn 搅拌器轴功率 按式 g ZebR CN Do 408 43 取 CD 0 5 1000kg m3 kw P 0 715 858 0 81 9 408 45 0 18 0 1275 7 1000 5 0 43 o N kw 可 此时池内的平均速度梯度 G s 1 600 s 1 65510 75 1 142 1 1000858 0 3 v P G 设挡板 4 块 每块宽度 mDB1 0 12 25 1 12 1 长度 mHB7 05 043 1 2 1 搅拌器距池底高度 E 0 6d 0 6 0 9 0 54m 精品文档 8欢迎下载8欢迎下载8欢迎下载 2 2 机械搅拌絮凝池设计机械搅拌絮凝池设计 设计基本要求设计基本要求 承接于混合池出水的絮凝池 要求其在池内的水流速度由大变小逐渐转换 在较大的反应速度下使水中的胶体粒子发生较充分的碰撞吸附凝聚 在较小的 反应速度下使水中的胶体颗粒结成较大而稠密的絮体 绒体 以便在沉淀池 内除去 为了确保沉淀池的沉淀效果 在絮凝池内结成较大的絮体需要有足够的絮 凝时间及相应的水力条件 一般的絮凝时间为 10 30 分钟 并控制絮凝速度使 其平均速度梯度 G 值达到 10 75s 1 一般控制在 30 50s 1 使 GT 值在 104 105范围内以保证絮凝过程的充分和完善 也有相关的报导称 在废水处 理中的典型絮凝过程其停留时间在 30 60min 速度梯度为 50 100s 1 絮凝池宜与沉淀池合建 可避免已形成的絮体在水流经过连接管道时被打 碎 如确需分建 则连接管道内的水流速度应小于 0 2m s 并且要避免流速的 突然升高或水头跌落 目前常用的机械搅拌絮凝池有水平轴式和垂直轴式浆板搅拌器两种形式 设计规定设计规定 池数应与沉淀池相协调 通常不小于 2 座 絮凝池内搅拌器排数一般为 3 4 排 不少于 3 排 水平式搅拌轴 应设于池中水深的 1 2 处 垂直式搅拌轴应设于池中间 叶轮浆板中心处的线速度 第一排采用 0 4 0 6m s 最后一排采 用 0 2m s 各排线速度应逐渐减小 水平轴式叶轮直径应比池深小 0 3m 叶轮尽端与池子倒壁间距不应 大于 0 2m 垂直轴式叶轮上层浆板顶端应设于池子水面下 0 3m 处 下层浆板底 端应设于距池底 0 5m 处 搅拌叶轮的浆板数目一般为 4 6 块 浆板长度不大于叶轮直径的 75 每根搅拌轴上浆板总面积宜为水流截面积的 10 20 不宜超过 25 每块浆板宽度为浆板长的 1 10 1 15 一般采用 10 30cm 精品文档 9欢迎下载9欢迎下载9欢迎下载 必须注意不要产生水流短流现象 此外 为避免池子水流与浆板同 步旋转 垂直轴式搅拌器应在池壁设固定挡板 其做法与混合池设 计同 絮凝池深度应按水力高程系统的布置确定 一般为 3 4m 立式絮 凝池的深度可视具体情况适当加大 为适应水量 水质以及药剂品种的变化 宜采用变速转动装置 置于池内的搅拌装置必须做防腐处理 设计计算设计计算 搅拌器转速计算搅拌器转速计算 常用的有两种计算方法 a 根据已定的搅拌器线速度计算 设 n 档搅拌器 第 n 档搅拌器转速应为 r min 0 60 D v n n n 式中 vn 第 n 档搅拌器浆叶中心处的线速度 m s D0 搅拌器浆叶中心处直径 m 中间几档搅拌器的转速可直接计算 n n n n n n n n 1 3 2 2 1 如设三档不同搅拌强度的搅拌机 第二档搅拌器转速为 r min 312 nnn 如设四档不同搅拌强度的搅拌机 第二 第三档的搅拌器的转速分别为 r min 3 4 2 12 nnn r min 3 2 413 nnn b 根据已知速度梯度计算 设 n 档搅拌器 第 n 档搅拌器转速 按下式 计算 精品文档 10欢迎下载10欢迎下载10欢迎下载 r min 33 4 2 3 1 123960 n Pn n n RAKC VG n 式中 Gn 第 n 档搅拌速度梯度 s 1 液体的动力粘度 N s m2 V 絮凝池每格容积 m3 C4 拖拽系数 与流体状态和运动物体和流体面积形状有关 紊 流状态下 C4 0 2 2 0 对于正交运动的柱体和薄板 C4 2 0 Kn 第 n 档液体旋转速度与浆叶旋转速度的比值 各档 K 值自 第一档的 0 24 逐渐变化至末档 0 32 A 每片浆叶的面积 m2 RPn 第 n 片浆叶中心点的旋转半径 m 3333 21nn PPPP RRRR 各档搅拌机浆叶的形式是相同的 如第一档搅拌器的转速为 n1 则第 n 档 搅拌器的转速为 r min 1 1 3 2 1 1 1 n K K G G n n n n 搅拌功率计算搅拌功率计算 絮凝搅拌功率计算有两种方法 a 一般计算法 kw g RRLZC N RD 408 4 2 4 1 3 式中 ZR 同一旋转半径上的浆叶数 水的密度 1000kg m3 L 浆叶长度 m R1 搅拌器浆叶外缘的半径 m R2 搅拌器浆叶内缘的半径 m g 重力加速度 g 9 81m s2 精品文档 11欢迎下载11欢迎下载11欢迎下载 CD 阻力系数 搅拌器旋转角速度 rad s CD值的确定方法一是采用 0 2 0 5 二是根据浆叶宽度 b 与长度 L 之比确 定 见下表 2 表 2 阻力系数 CD值 D L 小于 11 22 5 44 5 1010 5 18 18 CD0 550 5750 5950 6450 701 00 b T R Camp 计算法 kw 34 102 n P v g eAC N 式中 C4 拖拽系数 取 C4 2 e 搅拌器层数 v n 第 n 片浆叶中心点线速度 m s A 每片浆叶的面积 m2 搅拌液体的密度 kg m3 g 重力加速度 g 9 81m s2 m s 30 nP P nR v n n 3333 21nn PPPP vvvv 设计时考虑到横梁及斜拉杆的拖拽和机械消耗 每档搅拌功率须在式 计 算值基础上再增加 20 例 2 1 水平轴式浆板搅拌絮凝池计算 已知设计流量 Q 60000m3 d 2500m3 h 采用两座絮凝池 每座设计流量 1250 m3 h 解 絮凝池尺寸 絮凝时间取 20min 则絮凝池有效容积 精品文档 12欢迎下载12欢迎下载12欢迎下载 3 417 60 201250 60 m QT V 根据水力高程布置 水深 H 取 3 6m 并采用三排搅拌器 絮凝池长度 ZHL 式中 Z 搅拌器排数 系数 一般采用 1 0 1 5 H 絮凝池水深 m 取 1 3 L 1 3 3 3 6 14m 池宽 m LH V B3 8 6 314 417 搅拌器尺寸 每排采用三个搅拌器 每个搅拌器长度 l 8 3 4 0 2 3 2 5m 式中 0 2 为搅拌器之间的净距和距池壁的距离 0 2m 搅拌器外径 D 3 6 2 0 15 3 3m 式中 0 15 为搅拌器上缘离水面及下缘距池底的距离 0 15m 每个搅拌器上设有 4 块叶片 如图 2 所示 叶片宽度 b 0 18m 每根轴 上浆板总面积 A 2 5 0 18 4 3 5 4m2 占水流截面积 8 3 3 6 29 88m2 的 18 精品文档 13欢迎下载13欢迎下载13欢迎下载 图 2 水平轴式机械絮凝池计算示意 每个搅拌器旋转时克服水阻力所消耗的功率计算 设各排叶轮浆板中心点线速度分别取为 v1 0 5m s v2 0 35m s 和 v3 0 2m s 叶轮浆板中心点旋转直径 D0 3 3 0 18 3 12m 叶轮转速及角速度分别为 第一排 r min 06 3 12 3 5 06060 0 1 1 D v n rad s 32 0 30 06 3 30 1 1 n 第二排 r min 14 2 12 3 35 0 6060 0 2 2 D v n rad s 22 0 30 14 2 30 2 2 n 第三排 r min 22 1 12 3 2 06060 0 3 3 D v n rad s 13 0 30 22 1 30 3 3 n 精品文档 14欢迎下载14欢迎下载14欢迎下载 第一排每个叶轮所消耗功率 kw g RRLZC N RD 336 0112 0 3 81 9 408 47 1 65 1 32 05 2100045 0 3 408 4434 2 4 1 3 1 用同样方法求得 第二排所需功率 N2 3 0 042 0 125 kw 第三排所需功率 N3 3 0 008 0 024 kw 总功率 N N1 N2 N3 0 336 0 125 0 024 0 485 kw 核算平均速度梯度 G 值及 GT 值 按水温 20 计 1 0 1 0 3 N s m2 第一排 s 1 49 4170 1 310336 3 1 1 1 V N G 第二排 s 1 30 4170 1 310125 3 2 2 2 V N G 第三排 s 1 13 4170 1 31024 3 3 3 3 V N G 絮凝池内平均速度梯度 s 1 34 4170 1 10485 3 V N G GT 34 20 60 4 1 104 精品文档 15欢迎下载15欢迎下载15欢迎下载 经核算 G 值与 GT 值均较合适 例 2 2 垂直轴式浆板搅拌絮凝池计算 设计数据 设计流量 Q 6000m3 d 250m3 h 设三档絮凝搅拌器 絮凝池分为三格 絮凝时间取 t 20min 各档搅拌速度梯度 G 值在 20 70s 1之间 絮凝池内水的平均温度取 20 动力粘度 1 00 10 3 N s m2 解 絮凝池尺寸 3 3 83 60 20250 60 m QT V 根据水力高程布置取有效水深 H 3 8m 絮凝池分为 3 格 每格尺寸 长 宽 深 2 7 2 7 3 8m 容积 27 7m3 计算示图见图 3 精品文档 16欢迎下载16欢迎下载16欢迎下载 图 3 垂直轴式浆板絮凝池计算示图 浆叶设计 a 每档设二层浆式搅拌器 每层设 4 块浆板 二层搅拌器 90 交叉 安装 浆叶宽度 b 0 12m 长度 L 1 4m 浆叶总面积 A 0 12 1 4 4 2 1 344m2 占水流截面积 2 7 2 7 7 29m2的 18 4 取液体旋转速度与浆叶旋转速度的比值 K1 0 24 K3 0 32 则 28 0 2 31 2 KK K b 浆叶旋转半径 外浆叶 R1 1 1m R2 0 98m 1 04m 1 P R 精品文档 17欢迎下载17欢迎下载17欢迎下载 内浆叶 R1 0 55m R2 0 43m 0 49m 2 P R c 搅拌器转速计算 根据设定的速度梯度计算 第一档 G1 70S 1 K1 0 24 83 0 4 49 0 04 1 12 0 4 1 333 P RA min 2 7 12 0 83 0 24 0 1 2123690 707 2710142 1 1 123690 3 23 3 33 14 2 3 1 rsr RAKC VG n P 第二档 G2 45S 1 K2 0 28 min 65 5 2 7 28 0 1 24 0 1 70 45 1 1 3 2 1 2 1 3 2 1 2 2 rn K K G G n 第三档 G3 20S 1 K3 0 32 min 49 3 2 7 32 01 24 01 70 20 1 1 3 2 1 3 1 3 2 1 3 3 rn K K G G n d 搅拌功率计算 按 T R Camp 计算进行计算 333 806 0 81 9 102 2 1100012 0 4 122 201 1