混凝池搅拌器设计

2024-12-31 16:57 宁夏

搅拌器是机械混凝池中最重要的设备，其使废水和混凝剂在池中流动循环，以达到充分混合的目的。混合时间和搅拌强度是保证混凝效果的关键，混合时间更多的取决于后续处理工艺，而不是混凝方式。机械搅拌混凝池的搅拌机可以在计划的时间内达到一定的搅拌强度，水的压力损失小，且能适应水量的变化，所以被广泛应用。在有的设计手册中，混凝池搅拌器功率按照4.3~17 kW·s/m³进行估算，该推荐范围过于宽泛，以至于一些设计院或EPC单位为了削减工作量或节省成本，在该推荐范围内取值，且取较小值或临界最小值，导致项目在运行过程中，混凝效果差，沉淀或澄清后，出水水质差，而通过直观或感官又难以判断是搅拌器设计问题。本文从搅拌器叶轮分类及水的流动循环状态出发，给出混凝池搅拌器设计计算的简捷方法，供水处理人士参考。

一、搅拌器叶轮分类及水的流动循环状态

根据水流产生的流动循环状态，混凝搅拌器叶轮可以分为径向流叶轮和轴向流叶轮，如下图所示。

径向流叶轮产生离心力作用，水流在水平方向上沿叶轮叶片向四周流出，速度峰值产生在叶片中心。轴向流叶轮的水流沿平行于垂直轴的方向流动。可见，两种叶轮的循环模式也明显不同。径向流搅拌器在叶轮上方和下方分别产生两条循环回路。轴向流搅拌器产生一条从混凝池底部到顶部、再返回叶轮的循环回路。

按推进方向不同，轴向流式叶轮又分为向上推进和向下推进两种，混凝池通常采用的是向下推进式，这是由于这种型式的轴向流叶轮使液体由混凝池底部向顶部流动，可以使絮体均匀的悬浮于水中，以免淤积在池底，缩小有效池容，进而使混凝时间减少。判断推进方式的方法是，站在池上，俯视液面，旋转方向为顺时针的即为向下推进式。

二、搅拌器设计计算

1.混凝时间

混凝时间t需要根据药剂总类、反应时间及混合均匀度要求来确定，对于投加铁盐或铝盐混凝剂的混凝池，可取t=10~30 s；对于投加石灰、液碱、纯碱的化学软化反应池，可取t=120~300 s；对于投加PAM的絮凝池，可取t=1200~1800 s。

2.混凝池几何尺寸设计

（1）混凝池有效容积V

式中：Q为混凝池进水量，m³/s；t为混凝时间，s。

（2）混凝池直径D

虽然圆柱形池体更有利于混凝，但是其施工中模板支护难度很大，所以普遍采用正方形池体，池体的当量直径可按下式计算。

式中：W为混凝池的宽度，m。

（3）有效水深H

需要注意的是：1）有效水深与池体当量直径的比值应保持在0.8~1.5之间，否则应调整池体宽度W后重新计算；2）为了防止搅拌过程中，水溢出，池体须设置超高0.3~0.5 m。

3.搅拌器设计

（1）搅拌器直径d

对于径向流搅拌器，直径可取d=0.4~0.7D；对于轴向流搅拌器，可取d=0.2~0.5D。

（2）搅拌速度梯度G

对于投加铁盐或铝盐混凝剂的混凝池、投加石灰、液碱、纯碱的化学软化反应池，可取G=500~1000 1/s；对于投加PAM的絮凝池，可取G=100~300 1/s。

（3）搅拌器外缘线速度v

如果使用径向流式搅拌器：对于投加铁盐或铝盐混凝剂的混凝池，可取v=2.0~3.0 m/s；对于投加石灰、液碱、纯碱的化学软化反应池，可取v=3.0~5.0 m/s；对于投加PAM的絮凝池，可取v=0.5~1.0 m/s。

如果使用轴向流式搅拌器：对于投加铁盐或铝盐混凝剂的混凝池，可取v=5.0~10.0 m/s；对于投加石灰、液碱、纯碱的化学软化反应池，可取v=10.0~15.0 m/s；投加PAM的絮凝池一般不使用轴向流式搅拌器。

（4）搅拌器转速n

（5）搅拌器角速度ω

（6）搅拌器桨叶数Z

对于径向流式搅拌器，Z=2或Z=4；对于轴向流式搅拌器，Z=3。

（7）桨叶层数e

对于径向流式搅拌器：当H/D≤1.2时，e=1层；当H/D＞1.2时，e=2层或更多层；对于轴向流式搅拌器，当H/d≤4时，e=1层；当H/D＞4时，e=2层或更多层。

（8）浆板折角θ

对于径向流式搅拌器，θ=45°；对于轴向流式搅拌器不存在该参数。

（9）搅拌器计算功率

对于径向流式搅拌器，可按下式计算功率，轴向流式搅拌器计算极为复杂，将在以后文章中分享。

（10）搅拌器电机功率

式中：P为电机功率，kW；k为电机工况系数，可取k=1.2~1.3；η为机械传动总效率，其是减速器传动效率和轴承传动效率的乘积，可取0.94~0.97。

总结

混凝池搅拌器是保证药剂与废水充分混合、反应的核心设备。如果搅拌功率过高，絮体被击碎，直接关系到后续沉淀或澄清单元出水水质；如果搅拌功率过低，药剂没有完全反应，对药剂成本造成影响，所以，在水处理项目中，搅拌器是我们必须核算的工艺设备，同时在运行过程中，如发现混凝池内频繁淤积大量淤泥，那么很可能是搅拌器功率过低所致。

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