第6章搅拌设备6.1搅拌设备的用途及分类6.1.1搅拌设备的用途在水处理工艺中,搅拌设备主要用于药剂的溶解、稀释、混合反应和投加混凝剂或助凝剂。通过搅拌在溶液中产生循环和剧烈的涡流,达到药剂与水快速充分混合的目的。6.1.2搅拌设备的分类在水处理工艺中,因搅拌目的的不同,搅拌设备有多种型式。按搅拌功能可分为混合搅拌设备、搅动设备、悬浮搅拌设备、分散搅拌设备等。按搅拌方式可分为机械搅拌设备、水力搅拌设备、气体搅拌设备、磁力搅拌设备等,其中最常用的是机械搅拌设备。按搅拌目的可分为溶药搅拌设备、混合搅拌设备、絮凝搅拌设备、澄清搅拌设备、消化池搅拌设备和水下搅拌设备等。6.2机械搅拌设备结构及其工作原理6.2.1机械搅拌设备的组成与工作原理机械搅拌设备主要由搅拌器、传动装置及搅拌轴系三大部分组成。其中,搅拌器主要由搅拌桨(或叶轮)和附属构件组成;传动装置由电动机、减速机以及支架等组成;搅拌轴系由搅拌轴、轴承和联轴器等组成。6.2机械搅拌设备结构及其工作原理6.2.1机械搅拌设备的组成与工作原理机械搅拌设备主要由搅拌器、传动装置及搅拌轴系三大部分组成。其中,搅拌器主要由搅拌桨(或叶轮)和附属构件组成;传动装置由电动机、减速机以及支架等组成;搅拌轴系由搅拌轴、轴承和联轴器等组成。水处理工艺对搅拌的要求可分为混合、搅动、悬浮、分散四种。混合是通过搅拌作用,使与水的比重、粘度不同的物质在水中混合均匀;搅动是通过搅拌使混合液强烈流动,以提高传热、传质的速率;悬浮是通过搅拌作用,使原来静止在水体中可沉降的固体颗粒或液滴悬浮在水体中;分散是通过搅拌作用,使气体、液体或固体分散在水体中,增大不同物相的接触面积,加快传热和传质过程。为了达到搅拌的目的,搅拌器通过自身的旋转把机械能传递给液体,一方面在搅拌器附近区域的流体造成高湍流的充分混合区,另一方面产生一股高速射流推动全部液体沿一定途径循环流动(如图6.1所示)。按液体的循环流动形式,搅拌器又分为轴向流和径向流搅拌器两类(如图6.2所示)。使液体沿着与搅拌轴平行方向从轴向流入、轴向流出的为轴向流搅拌器。折叶桨或推进式搅拌器的叶片与旋转平面之间的夹角小于90°,它们均可造成轴向流动。使液体沿着搅拌器径向切向流动或从径向流出、轴向流入的为径向流搅拌器。如平桨搅拌器,其叶片对液体施以径向离心力,液体在离心力作用下沿径向流出,并在一定区域内循环。叶片与旋转平面之间夹角等于90°的均向径向叶轮。当有挡板时就形成强大的沿壁面及搅拌轴的上下循环流。6.2.2机械搅拌器的形成与结构搅拌器的型式多种多样,它的形状、尺寸、结构与被搅拌液体的性质和要求实现的流动形式有关,应根据工艺要求来选用。常用的搅拌器有:桨式搅拌器、涡轮式搅拌器、推进式搅拌器等。桨式搅拌器在结构上最简单,见图6.3。其桨叶一般用扁钢制造的,强度不够时需加肋,单面加肋效果好。桨叶亦可采用角钢,但角钢桨叶不如扁钢桨叶形成的湍流强度大,效果好。桨叶形成可分为平直叶和折叶两种。平直叶就是叶面与旋转方向互相垂直,折叶则是叶面与旋转方向成一倾斜角度(一般45°或60°)。平直叶主要使液体产生切线方向的流动,加挡板后可产生一定的轴向搅拌效果。而折叶除了使液体产生切向的流动外,更重要的是它使液体产生了大量的轴向流动。折叶桨式搅拌器多在层流、过渡流状态下操作,对粘度较敏感。搅拌器在搅拌的过程中要消耗能量,消耗的功率与桨叶直径的五次方成正比,因此桨式搅拌器的桨叶直径不宜过长。主要用于药剂溶解和混合。图6.4为推进式搅拌器构造。一般用铸铁、铸钢整体铸造而成,有时也采用焊接,搅拌器可用轴套、平键和紧固螺钉与轴连接。推进式搅拌器能使液体作循环流动,所起的作用以循环为主,循环速率高,剪切作用小,上下翻腾效果好,适于药剂溶解与悬浮操作。当需要增大流速和液体循环量时,则应安装导流筒。涡轮式搅拌器分开启式和圆盘式两类,桨叶有平直叶、弯叶和折叶,见图6-5所示,涡轮式搅拌器比桨叶式搅拌器的桨叶数量多,桨的转速高,可使液体均匀地由垂直方向的运动改变成水平方向的运动,自涡轮流出的高速液流沿切线方向散开,从而在整个液体内得到剧烈搅动。这种搅拌器广泛用于快速溶解和进行乳化操作。除了上述几种常用的搅拌器外,还有一些特殊结构的搅拌器,如框式、锚式、螺杆式、螺带式等(如图6.6所示),可根据不同的要求选择6.2.3搅拌器附件搅拌器转速足够高时,容易产生漩涡流,当有漩涡存在时,因轴向的循环速率低于径向而影响搅拌效果。此外,剧烈打旋的液体结合漩涡作用对搅拌轴产生冲击作用,从而影响搅拌器的使用寿命。为了消除湍流状态时的打漩现象,通常在搅拌池或搅拌罐内设档板或导流筒。挡板有纵向挡板和横向挡板两种,常用的是纵向挡板,纵向挡板的安装形式见图6.7。导流筒是一个圆筒,安装在搅拌器的外面,可控制液体流动的速度和方向以确定某一特定的流动状态,涡轮式搅拌器的导流筒形式见图6.8。6.2.4传动装置传动装置的作用主要是为搅拌设备提供能量,通常安装在液面以上,采用立式布置。传动装置主要由电动机、减速机和机架组成。电动机经减速机将转速减至要求的转速,再通过联轴器带动搅拌轴旋转。减速机下安设机架,为了保护转动装置与轴封装置安装的同轴性以及装拆方便,常在封头上焊一底座,整个传动装置连机架及轴封装置都一起安装在这个底座上,见图6.9所示。机械搅拌器使用的电动机一般与减速机配套使用。搅拌器常用的立式减速机主要有:三角皮带减速机、两级齿轮减速机、摆线针轮减速机和谐波减速机四种。在水处理工艺中,通常采用摆线针轮减速机。摆线针轮减速机结构紧凑、体积小、重量轻、效率高、减速比大、寿命长、故障少、过载能力强、耐冲击,特别适用于起动频繁和正反转兼有的场合。6.2.5搅拌轴6.2.6联轴器6.2.7轴承6.2.7轴承6.3水处理工艺中常用的机械搅拌设备在水处理工艺中,常用的搅拌设备有用于配制溶液的溶液搅拌设备、用于充分混合的混合搅拌设备和使药剂与处理水混合反应形成絮凝体的反应。6.3.1溶液搅拌设备图6.22为JBT型推进式搅拌机,它采用螺旋桨叶式搅拌器,并与钢制搅拌罐配套,罐内设有挡板和水下支承,罐体内衬玻璃钢。适用于大、中型污水处理厂或给水厂投加絮凝剂或混凝剂的溶解和稀释搅拌。图6.23为SJ型带罐框架式搅拌机,一般同钢制搅拌拌罐配套,罐体内衬玻璃钢,防腐性能好,桨叶主轴和罐体也可采用不锈钢材质。特点是搅拌强度大且均匀。根据介质的性质和搅拌桨外缘线速度分别用于药剂的溶解、混合和反应。常用于给水处理厂投加絮凝剂、助凝剂的溶解稀释、混合及反应等过程的搅拌。6.3.2混合搅拌设备图6.24为WHJ型机械混合搅拌机,具有产生对流循环和剧烈涡流的特点,从而使混凝剂与水快速充分混合,以满足混凝工艺的要求。适用于给水厂和污水处理厂溶药搅拌,双层搅拌器适用于较深容器的混合搅拌。图6.25为JBJ型折桨式混合搅拌机,具有运行平衡,搅拌均匀的特点,适用于大水量的混合搅拌。常用于给水处理过程中原水与混凝剂或助凝剂的混合反应。6.3.2絮凝搅拌设备LJF型立轴式机械絮凝搅拌机的转速较小(见图2.26),能使药剂在水体中结成絮凝体,有单层、双层、三层等几种,可以根据絮凝的实际需要选择。一般适用于给水处理混合之后的絮凝搅拌。WJF型卧式机械絮凝搅拌机应用于混合工序之后的反应搅拌阶段,通过搅拌使药剂在水中结成厚实的絮凝体。按水流速度0.6∽0.2m/s顺序在絮凝池内设置成三档式或四档式,每档搅拌机成串设置搅拌器3∽4个,由同一驱动机构驱动,絮凝搅拌机分定速和变速。一般适用于大中型水厂的机械絮凝搅拌池(图6.27),