第一章混凝设施

第一章、混凝设施水的混凝是指水中胶体杂质与混凝剂进行混合、絮凝形成较大絮凝体的过程。它是水质常规净化处理的首要环节。混凝工艺设计计算内容主要包括：（1）确定混凝剂的投加量，设计计算混凝剂配制和投加设备；（2）混合设施的工艺设计计算；（3）絮凝设施的工艺设计计算。第一节、混凝剂的配制和投加一、混凝剂溶解和溶液配制混凝剂的投加分为干投法和湿投法两种，干投法指混凝剂为粉末固体直接投加，湿投法是将混凝剂配制成一定浓度溶液投加。我国多采用后者，采用湿投法时，混凝处理工艺流程如图1－1所示。图1－1湿投法混凝处理工艺流程1、溶解设备（1）要求①投药方便设计药剂溶解池时，为便于投置药剂，溶解池的设计高度一般以在地平面以下或半地下为宜，池顶宜高出地面0.20m左右，以减轻劳动强度，改善操作条件。溶解池的底坡不小于0.02，池底应有直径不小于100mm的排渣管，池壁需设超高，防止搅拌溶液时溢出。由于药液一般都具有腐蚀性，所以盛放药液的池子和管道及配件都应采取防腐措施。溶解池一般采用钢筋混凝土池体，若其容量较小，可用耐酸陶土缸作溶解池。②溶药快在药剂湿投法系统中，首先把固体(块状或粒状)药剂置人溶解池中，并注水溶化。为增加溶解速度及保持均匀的浓度，一般采用水力、机械及压缩空气等方法搅拌，投药量较小的水厂也有采用人工进行搅拌调制的。（2）溶解池容积溶解池的容积W1＝（0.2～0.3）W2W2为溶液池的容积。溶解池一般取正方形，有效水深H1＝0.7～1.0m，则：面积F＝W1/H1→边长a＝F1/2溶解池深度H＝H1＋H2＋H3式中H2为保护高，取0.15m；H3为贮渣深度，取0.1m。溶解池的个数至少设2个，一用一备。（3）搅拌装置①机械搅拌：以电动机驱动浆板或涡轮搅动溶液，是用得最多的一种搅拌方式。②压缩空气搅拌：在靠近溶解池底部设置格栅以放置块状药剂，格栅下部空间装设穿孔空气管通以压缩空气进行搅拌。穿孔空气管应能防腐，采用塑料管或加筋橡胶软管等。该方法动力消耗大，一般有气源利用时采用。③水力搅拌：用水泵抽升再送回或设置穿孔管喷洒高压水冲动药剂以加速药剂溶解。2、溶液池溶液池一般以高架式设置，以便能依靠重力投加药剂。池周围应有工作台，底部应设置放空管。必要时设溢流装置。混凝剂的投加浓度一般采用5％～20％(按商品固体质量计)。通常每日调制2～3次，人工调制时则不多于3次。溶液池的数量一般不少于两个，以便交替使用，保证连续投药。溶液池容积cnaQcnaQW41710001000100242（m3）式中，Q——设计水量（m3/h）。a——混凝剂最大投加量（mg/L）。c——溶液浓度，一般取5％～20％（按商品固体重量计），代入公式时，c为百分数的分数值。n——每日调制次数，n≤3。取有效水深H1＝0.8～1.2m，总深H＝H1＋H2＋H3（H2、H3同前）。二、混凝剂投加1、要求（1）投量准确，恒量且能调节。（2）设备简单，安全可靠。（3）操作方便，劳动强度低，卫生条件好。2、计量设备转子流量计、计量泵、电磁流量计、苗嘴、孔口定量投药箱、浮杯式投药箱等。现在多用计量泵计量。3、投加设备（1）泵前投加（2）高位溶液池重力投加（3）水射器投加（4）计量泵投加后三种投加方式的投配流程见图1－2、1－3和1－4。图1－2高位溶液池重力投加图1－3水射器投加图1－4计量泵投加三、加矾间的设计投配流程：溶解池→提升泵→溶液池→投加设备→原水管道1、设计溶解池，求出W1、H、a×a，一用一备；2、设计溶液池，求出W2、H、l×b，一用一备；3、确定计量投加设备的型号和台数；4、确定矾库面积或贮液池容积，一般按15～30天贮存量设计。第二节、混合设备一、混合工艺要求1、混合的作用混合的主要作用，是让药剂迅速而均匀地扩散到水中，使其水解产物与原水中的胶体微粒充分作用完成胶体脱稳，以便进一步去除。按现代观点，脱稳过程需时很短，理论上只要数秒钟。在实际设计中，一般不超过2min。2、混合要求对混合的基本要求是快速与均匀。“快速”是因混凝剂在原水中的水解及发生聚合絮凝的速度很快，需尽量造成急速的扰动，以形成大量氢氧化物胶体，而避免生成较大的绒粒。“均匀”是为了使混凝剂在尽量短的时间里与原水混合均匀，以充分发挥每一粒药剂的作用，并使水中的全部悬浮杂质微粒都能受到药剂的作用。二、混合设备1、水泵混合水泵混合指药剂溶液加于水泵吸水管中，通过水泵叶轮高速转动达到混合效果。不需设专门混合设施。药剂一般采用泵前投加，为防止空气进入水泵吸水管内，必须没一个装有浮球阀的水封箱，对于投加腐蚀性强的药剂应注意避免腐蚀水泵叶轮及管道。该方法适用于取水泵房距离处理构筑物150m以内的大、中、小型水厂。2、管式混合（1）管道混合管道混合指将药剂直接投入水泵压水管中，利用管道内紊动水流达到混合目的。要求：①投药点至絮凝池的距离s≥50d（d为管径）；②管内流速v＝1.2～1.5m/s；③管内水头损失h≥0.3～0.4m（若h不足，可在管内设置文丘利管或孔板）。（2）管式静态混合器静态混合器是利用在管道内设置多组固定分流板（称混合单元）使水流成对分流，同时又有交叉和旋涡反向旋转，以达到较好的混合效果。静态混合器的水头损失为：ngvh22式中，ξ——局部阻力系数，4.043.1D（D为管径）。v——流速（m/s）。n——混合单元的个数，n＝2～3。例1－1：某水厂规模2.5万m3/d，水厂自用水量为5％（水温t＝15℃时，μ＝1.14×10-3Pa·s）。解：①设计流量Q=2.541005.1dm/3=0.304sm/3②静态混合器设在絮凝池进水管中，设计流速v=1.0m/s，则管径为：mD662.00.114.3304.04采用D=600mm，则实际流速sm/1.1③混合单元数按下式计算62.260.01.1/36.236.23.05.03.05.0DN取N=3，则混合器的混合长度为：L=1.1ND=1.198.136.0④混合时间T=sL8.11.198.1⑤水头损失mNgDNgh32.038.921.16.043.1)2()43.1(224.024.02⑥校核GT值)1000~700(2.12368.11014.132.09800113ssThG2000(2.22258.12.1236GT，水力条件符合要求）（3）扩散混合器扩散混合器指在管式孔板混合器前设一锥形帽，利用水流的扩散、收缩在管内产生紊动而达到混合目的。（4）管件混合管件混合指利用异径管、弯头、三通等组成的管配件的混合作用达到混合目的。3、机械混合池机械混合利用搅拌装置使水和药剂在混合池内剧烈混合。机械搅拌混合池的池形为圆形或方形，可以采用单格，也可以多格串联。（1）搅拌装置机械混合的搅拌器可以是桨板式、螺旋桨式或透平式。桨板式采用较多，适用于容积较小的混合池(一般在2m3以下)，其余可用于容积较大的混合池。（2）设计参数混合时间控制在10～30s以内，最大不超过2min，桨板外缘线速度为1.5～3m/s。混合池内一般设带两叶的平板搅拌器。当H(有效水深)：D(混合池直径)≤1.2～1.3时，搅拌器设一层；当H：D1.2～1.3时，搅拌器可设两层；当H：D的比例很大时，可多设几层，相邻两层桨板采用90°交叉安装，间距为(1.0～1.5)Do(搅拌器直径)；搅拌器离池底(0.5～0.75)Do，搅拌器直径Do＝(1/3～2/3)D，搅拌器宽度B＝(0.1～0.25)D。第三节、絮凝设备一、絮凝工艺要求在絮凝阶段，必须借助于机械或水力搅拌进行同向絮凝。1、作用使微絮凝体通过合适的水力条件变成粗大絮凝体（粗大絮凝体d＞0.6mm）。2、要求1）提供足够的碰撞次数；2）搅拌强调要递减；3）絮凝体不能在絮凝池中沉淀，因此要求流速不能太小。3、措施1）增大颗粒浓度，即增大n。对低浊度水可投加粘土、增加投矾量等。2）增大颗粒尺寸，即增大d。例如投加高分子助凝剂活化硅酸、PAM等。3）要有适当的速度梯度G，且G值要逐渐递减，一般通过控制流速v来控制G值递减。一般在絮凝池进口v＝0.5～0.6m/s，在絮凝池出口v＝0.1～0.2m/s。4）要提供足够的碰撞次数，就要有足够的絮凝时间，T＝10～30min。5）改善水流状态，即在絮凝池中设置扰流装置，在水中形成脉动流速，提高有效能耗ε。例如设置栅条、网格、波纹板等。二、机械絮凝池1、分类机械絮凝池是利用装在水下转动的叶轮进行搅拌的絮凝池。按叶轮轴的安放方向，可分为水平(卧)轴式和垂直(立)轴式两种类型。叶轮的转数可根据水量和水质情况进行调节，水头损失比其他池型小。2、设计参数（1）机械絮凝池一般不少于2个，絮凝时间为15～20min。（2）搅拌器常设3～4排，搅拌叶轮中心应设于池水深处。每排搅拌叶轮上的桨板总面积为水流截面积的10％～20％，不宜超过25％，每块桨板的宽度为10～30cm。（3）水平轴式的每个叶轮的桨板数目为4～6块，桨板长度不大于叶轮直径的75％。叶轮直径应比絮凝池水深小0.3m，叶轮边缘与池子侧壁间距不大于0.25m。（4）叶轮半径中心点的线速度宜自第一挡的0.5m/s逐渐变小至末挡的0.2m/s。各排搅拌叶轮的转速沿顺水流方向逐渐减小，即第一排转速最大，以后各排逐渐减小。（5）絮凝池深度应根据水厂高程系统布置确定，有效水深一般为3～4m，超高0.3～0.5m。（6）每根旋转轴上全部浆板所耗功率为：)(8414231rrlCPnD（W）式中，n——同一旋转半径上浆板数；r2——浆板外缘旋转半径（m）；r1——浆板内缘旋转半径（m）；ω——浆板相对于水流的旋转速度（rad/s）；CD——阻力系数，浆板宽长比（b/l）小于1时，CD＝1.1。（7）搅拌装置(轴、叶轮等)应进行防腐处理。轴承与轴架宜设于池外(水位以上)，以避免池中泥砂进入导致严重磨损或折断。3、校核VPpG（s-1）三、隔板絮凝池1、分类隔板絮凝池利用隔板之间流速分布不均匀产生的速度梯度，促使颗粒相互碰撞而达到絮凝目的。隔板絮凝池根据隔板的设置情况，分为往复式和回转式(四字形)两种。为了节省占地面积，可在垂直方向上设置成双层或多层隔板絮凝池。例如，往复回转式双层隔板絮凝池。2、设计参数（1）采用隔板絮凝池时，池数一般不少于两个，絮凝时间为20～30min。（2）絮凝池进口流速为0.5～0.6m/s，出口流速为0.20～0.30m/s。池内流速可按变速设计分为几档，每一档由一个或几个隔板廊道组成，通常用改变廊道的宽度或变更池底高度的方法来达到变流速的要求。（3）廊道宽度应大于0.5m，小型池子当采用活动隔板时适当减小。进水管口应设挡水装置，避免水流直冲隔板。（4）隔板转弯处的过水断面面积，应为廊道断面面积的1.2～1.5倍。（5）絮凝池的有效水深一般取3～4m，保护高0.3m。（6）池底排泥口的坡度一般为0.02～0.03，排泥管直径不应小于150mm。（7）絮凝池的水头损失分段计算，一般分为4～8档，各档廊道内水头损失由以下公式计算：iiiiiiilRCvgvSh22202式中，ξ——隔板转弯处局部阻力系数，往复式取ξ＝3，回转式取ξ＝1。Si——第i档廊道内水流转弯次数。vi——第i档廊道内水流流速（m/s）。v0i——第i档廊道内转弯处水流流速（m/s）。Ci——流速系数，通常按满宁公式611iiRnC计算。Ri——第i档廊道过水断面水力半径（m）。li——第i档廊道总长度（m）。n——粗糙系数，n＝0.013～0.014。总水头损失h＝∑hi。3、校核ThG（s-1）四、折板絮凝池折板絮凝池是在隔板絮凝池的基础上发展起来的，它是将隔板絮凝池的平行隔板改成具有一定角度的折板，有异波折板和同波折板，通过水流在异波折板之间缩、放流动或在同波折板之间曲折流动且连续不断，以致形成众多的小涡漩，提高了颗粒碰撞絮凝效果。1、分类折板絮凝池有竖流式和平流式，通常采用竖