华北理工水质工程学教案07第二章混凝2-4混合和絮凝设施

课程名称：《水质工程学》第周，第7讲次摘要授课题目（章、节）3-6混合和絮凝设施本讲目的要求及重点难点：【目的要求】【重点】【难点】内容【本讲课程的引入】【本讲课程的内容】3-6混合和絮凝设施一、混合设施:要求：药剂与水快速混合均匀。G=700s－1～1000s－1;t=10s～30s,最长不超2min。分类：水泵混合、管式混合、水力混合池、机械混合（一）水泵混合：将药剂加在泵吸水管或吸水喇叭口。用泵的叶轮使其快速混合特点：混合效果好，节省动力，无需再建混合设施。大、中、小水厂均可用。水厂划分：产水量小于等于1万吨/天，为小水厂；产水量大于等于10万吨/天，为大水厂；产水量介于之间的，为中水厂。不适于输水管太远情况（小于150m）药液对泵有腐蚀。（二）管式混合1、管道：将药液加入压水管中，利用管道中水流的紊动力混合。要求管道中流速大于1m/s。投药量后管内水头损失大于0.3～0.4mH2O。投药点至出口大于50倍管径。2、静态混合器：内为翻卷铁板，造成紊流，翻流的紊团。分成几个单元串联使用。流量过小时，效果下降，水流阻力大。3、扩散混合器：用锥形帽，将药液扩散，用孔板并造成剧烈紊流。（三）机械混合池搅拌机械：浆板式（适用2m3以下小池）螺旋桨式，透平式。离心搅拌叶轮搅拌功率：要求速度梯度为700～1000s-1混合时间：10～30s不超2min注：避免水流同步旋转，应有转速梯度。可用四周加固定档板的方法解决。特点：效果好，不受水量变化影响，适合各种规模水厂。增加机械设备及维修。二、絮凝设施：基本要求：加药后的原水，在絮凝池中形成大的密实的絮体（肉眼可见）——毫米级。（一）隔板絮凝池（常用于大中型水厂）1、往复式：水流回转180°，局部水头损失大，絮凝后期急转水流易使絮体破碎。2、回转式：水流回转90°，局部水头损失小，转弯上应尽量减少冲击。隔板式是（PF）推流形反应器。要求设计池数不少于2个。（1）流速：首端：0.5～0.6m/s末端:0.2～0.3m/s中间4～6段，流速递减。(分段越多,效果越（2）、转弯要求：为了减少水力冲击和水头损失，转弯过水断是廊道过水断面的1.2～1.5倍，并做成圆弧形。（3）、絮凝时间：20～30min（4）、隔板净距大于0.5m(为施工和检修)池底0.02～0.03坡，并设有排泥设施。（5）计算内容:i各段水头损失:iiiitiiilRCvgvmh2222vi—i段内水流速度m/s；vit—i段转弯处水流速度m/s；mi—i段廊道内水流转弯次数；ξ—转弯处局部阻力系数180°弯，ξ=390°弯，ξ=1；li—i段总长m；Ri—i段过水断面水力半径；Ci—谢才系数，611iiRnC（曼宁公式）总水头损失：h=∑hi，往复式：h=0.3～0.5m回转式：h=0.6h往复T在10～30分钟一般在30～60秒-1在104～105低浊水,低碱水宜用较大T值。(二)折板絮凝池是由隔离板式新发展起来的。是将隔板式的板改成了“折板”，增加水的紊动或G。将流向改成了竖向流，（平流式很少）向高发展了，占地面积小。1、分类：同波折板：波峰对波谷（1）按波板布置异波折板：波峰相对单通道：（2）按水流通过板间隙数多通道：2、布置：（1）分段：目的：控制G由大到小。一般多于3段（2）流向布置：有向上流的有向下流的3、设计参数流速tG有资料一段0.25～0.35m/st≥120s100s-1（100）同波折板二段0.15～0.25m/st≥120s50s-1（60）异波折板三段0.10～0.21m/st≥120s25s-1（40）平板T=6～15min；宜为10～15min。GT≥2×104折板夹角90°～120°波高0.25～0.4m4、特点：（1）絮凝效果好，充分利用了能量损失。（紊动旋涡小且多）（2）能耗、药耗降低。，（3）停留时间短。（池体小）（4）占地少。（向高发展了）（5）连续流。可视为许多，CSTR串联接近推流式反应器（PF）（6）安装维修困难，造价高（折板间隙小）注：池底必须设排泥设施。折板板材要求无毒（可用钢丝网水泥板，或塑料板）5、适用：中小型水厂进一步发展还有波纹板反应池。是在竖流反应池中，加入若干波纹板。波高一般33mm波长131mm我国用的较少，北京水源9厂二期工程三期工程均有应用。（三）机械絮凝池：1、简介：用桨片由机械驱动对水进行搅拌，水池的速度梯度G是由机械搅拌造成的。2、分类：（1）按搅拌器桨板式叶轮式：我国目前用的较少，（2）据搅拌轴的位置：水平轴：适用大型水厂。垂直轴：中、小型水厂。3、特点：单个机械絮凝池可用CSTR（完全混合连续型的反应器描述）常采用多个串联，分格多，效果好（接近PF），造价高。分格少，效果下降，造价低，维修难度大。搅拌控制：每格一台搅拌机搅拌强度大→小G大→小可随水质、水量变化改变转速，以保证絮凝效果。4、计算：G由桨板面积和线速度所确定的搅拌强度所定。（1）水流阻力=桨板对水的推力。水流对面积dA的桨板阻力dFi，则：dAvCdFi220……（1）CD—阻力系数，由桨板的宽长比而定。宽长比小于1时，CD=1.1，水处理中桨板宽长比一般小于1。V—水流与桨板相对速度，（m/s）取0.5～0.7实际速度。ρ—水的密度，1000㎏/m3dA—桨板微面积(m2)(2)所耗功率dpidAvCvdFdpDii23……(2)(∵dA=ldr)ldrvCdpDi23……（3）ν与ω的关系：ν=rωω—相对于水流的旋转角速度rad/s。∴ldrrCdpDi332……（4）第i块桨板r1→r2则该浆板克服水的阻力所耗↓↓内侧半径外侧半径所耗功率：21332rrDildrrlCp414238rrlCD……（5）ri—单位（m）（3）所耗总功率P：相同半径处有n块板88141423DnDCrrlCP（w）…（6）（4）所需电机功率：N211000PN……（7）N—电动机功率KW,η1—搅拌设备机械效率,η1=0.75η2—传动设备效率,η2=0.6～0.95（5）G值计算：PGP—由（6）式推算5、设计参数及要求：（1）絮凝时间：T=15～20min（2）池内常设3～4档搅拌机，各档之间用隔墙分开，上下交替开孔，开孔面积按流速决定。穿孔流速：不大于下一档桨板外缘线速度。絮池增加紊动措施：在池壁上设置固定档板。（3）搅拌机转速：由桨片几何中心点相对水流线速度确定,此点的相对水流线速度。第一档要求：0.5m/s……中间各档可均分速度。最后一档要求:0.2m/S(4)桨板参数:ⅰ桨板总面积:每轴所带桨面总面积宜为搅拌面积的10～20%,不超25%(包括档板面积)ⅱ桨板尺寸:板长:不大于较大外径75%板宽:宜10～30㎝(四)其它形式絮凝池1、穿孔旋流絮凝池：水流沿池壁进入形成旋流。孔口逐渐增大，使G值逐渐减小。特点：接近于CSTR反应器。受流量变化影响大→絮凝效果不佳。池底易积泥→必须有排泥措施构造简单，施工方便，造价低宜用于中小型水厂可与其它形式絮凝池组合应用。2、格网格栅絮凝池：是一种新发展起来的技术。设计成多格，竖井式（是在多通道折板絮凝池基础上发展的）上下交替开孔，每个竖井中间安装若干层格网或栅条，用来造成水的紊动速度梯度。每井中的格网或栅条数顺水流方向逐渐减少。通常分三段：一段设密网密栅二段疏网疏栅三段不装网栅一般设计成两组并联，并与沉淀池合建。每组水量1～2.5万m3/d其设计参数：3、组合型絮凝池：各种絮凝池各有优缺点，将不同优点的絮凝池组成组合式，可互相取长补短。如：机械与隔板组合絮凝池；穿孔旋流与隔板组成事絮凝池；往复式与回转式隔板的组合等。根据基本混凝理论，我们还可以发明创造新形的絮凝池。【本讲课程的小结】【本讲课程的作业】P286习题