機(jī)械攪拌澄清池研究進(jìn)展

馮斯孝

【摘 要】機(jī)械攪拌凈化池主要部件組成包括集水槽、支撐橋、變速驅(qū)動(dòng)裝置、進(jìn)出水管、加藥管、取樣管、泥渣排放管、底部軸承及軸承座、底部軸承潤(rùn)滑管、底部軸承支架、第一反應(yīng)室、第二反應(yīng)室、導(dǎo)流板、泥渣攪拌漿、攪拌葉輪、攪拌機(jī)軸、刮泥機(jī)軸、刮泥機(jī)臂、頂部支撐鋼結(jié)構(gòu)等。機(jī)械攪拌澄清池是將混合室和反應(yīng)室整合在一起，即原水直接進(jìn)入第一反應(yīng)室內(nèi)。攪拌機(jī)葉片以及渦輪的攪拌上升、進(jìn)水、藥劑和大量回流泥渣快速接觸混合，在第一反應(yīng)室完成機(jī)械反應(yīng)，并且與回流泥渣中原的泥渣再次碰撞吸附，形成較大的絮狀物，再由渦輪提升到第二反應(yīng)室。分離是通過(guò)折流到澄清區(qū)來(lái)進(jìn)行的。清水的上升通過(guò)集水槽被引出，泥渣在澄清區(qū)的下部回流到第一反應(yīng)室，用刮泥機(jī)刮集到泥斗，通過(guò)池底排泥閥控制排出，達(dá)到原水澄清分離的效果。

【關(guān)鍵詞】攪拌機(jī);刮泥耙;沉降比;攪拌速度;低溫低濁水

1機(jī)械攪拌澄清池?cái)嚢铏C(jī)、刮泥機(jī)設(shè)計(jì)進(jìn)展

1.1攪拌機(jī)設(shè)計(jì)進(jìn)展

1999年建設(shè)部確認(rèn)了機(jī)械攪拌澄清池?cái)嚢铏C(jī)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了攪拌機(jī)的型式、規(guī)格、技術(shù)要求、試驗(yàn)方法及檢驗(yàn)規(guī)則。攪拌機(jī)由電動(dòng)機(jī)、減速裝置、主軸、調(diào)流機(jī)構(gòu)、葉輪和槳板構(gòu)成。機(jī)械攪拌澄清池?cái)嚢铏C(jī)產(chǎn)品舊標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修改，升級(jí)舊型號(hào)設(shè)備，規(guī)范新型攪拌機(jī)，利用CFD模擬技術(shù)檢測(cè)新型攪拌機(jī)的性能，完善機(jī)械攪拌澄清池?cái)嚢铏C(jī)的產(chǎn)品工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)水處理行業(yè)的發(fā)展。新標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)葉輪的不同，將原來(lái)的攪拌機(jī)系列命名為攪拌型葉輪攪拌機(jī)，將新型攪拌機(jī)命名為加速型葉輪攪拌機(jī)，區(qū)別在于前者攪拌機(jī)的尺寸大，旋轉(zhuǎn)速度慢，位置復(fù)雜，后者是相反的。

1.2刮泥機(jī)設(shè)計(jì)進(jìn)展

機(jī)械攪拌澄清池刮泥機(jī)是用于刮泥的設(shè)備，主要由驅(qū)動(dòng)裝置、主軸及刮泥耙組成。工作時(shí)通過(guò)刮泥耙回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)將沉于池底的泥渣刮至中心泥斗。2015年住房城鄉(xiāng)建設(shè)部批準(zhǔn)新的機(jī)械攪拌澄清池刮泥機(jī)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，其規(guī)定了機(jī)械攪拌澄清池刮泥機(jī)規(guī)格、參數(shù)、材料要求等，將刮泥機(jī)按照傳動(dòng)方式分為中心傳動(dòng)和銷齒傳動(dòng)兩種型式。其中，中心傳動(dòng)式刮泥機(jī)根據(jù)澄清池池底型式分為弧線形池底中心傳動(dòng)和直線形池底中心傳動(dòng)兩種型式。

2機(jī)械攪拌澄清池運(yùn)行優(yōu)化

2.1攪拌速度

當(dāng)制水量為小水量（80000-90000m3/D）時(shí)，攬伴速率為4r/min的水質(zhì)最優(yōu)，機(jī)械攪拌澄清池的出水濁度持續(xù)保持最低，為0.4-0.5NTU;當(dāng)制水量為常規(guī)制水量（100000-120000m3/D）時(shí)，攬伴速率為4r/min的出水獨(dú)度和顆粒數(shù)最低。當(dāng)制水量為高峰水量（140000-150000m3/D）、攬伴速率為5-5.5r/min條件下，澄清池出水濁度和顆粒物總數(shù)最優(yōu)。通過(guò)優(yōu)化機(jī)械攪拌澄清池的攪拌速度來(lái)提髙澄清池的出水水質(zhì)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。當(dāng)機(jī)械澄清池?cái)嚢铏C(jī)的轉(zhuǎn)速在150r/min時(shí)，第二反應(yīng)室未能形成泥渣，第一反應(yīng)室沉降比髙，清水區(qū)出現(xiàn)懸浮物，出水水質(zhì)差;當(dāng)攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速為300r/min時(shí)，第二反應(yīng)室出現(xiàn)泥渣，第一反應(yīng)室沉降比下降，清水區(qū)無(wú)明顯懸浮物;當(dāng)攬拌機(jī)轉(zhuǎn)速為600r/min時(shí)，轉(zhuǎn)速過(guò)高導(dǎo)致泥渣層上浮，出水水質(zhì)差;因此，最適合攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速為300-400r/min。

2.2沉降比

控制第二反應(yīng)區(qū)沉降比是控制機(jī)械攪拌澄清池出水質(zhì)量的重要因素之一。當(dāng)機(jī)械攪拌澄清池進(jìn)水流量控制在300-400T/h，絮凝劑投加量為10mg/L時(shí)，機(jī)械攪拌澄清池第二反應(yīng)區(qū)沉降率由5%提高到40%，當(dāng)?shù)诙磻?yīng)區(qū)沉降比超過(guò)一定范圍時(shí)，出水水質(zhì)下降，沉降率過(guò)低，不能形成泥漿層。將進(jìn)水pH值控制在6.5-7.5，投加量為14mg/L，調(diào)整機(jī)械攪拌澄清池第二反應(yīng)區(qū)的沉降比，以檢測(cè)出水水質(zhì)的變化。結(jié)果表明，當(dāng)機(jī)械攪拌沉淀池第二反應(yīng)室的沉降比由12%提高到44%時(shí)，CODFC的濁度和出水膠體量都有不同程度的提高，沉降比控制在10%≤20%時(shí)效果更好。

2.3原水pH

原水中如果存在大量的細(xì)菌和藻類微生物，當(dāng)藻類進(jìn)行光合作用時(shí)，吸收碳元素，釋放出氧氣和氫氧根離子，使原水中的氧氣和pH上升。夏季藻類大量繁殖可使原水的PH值上升到9.0或以上。當(dāng)機(jī)械攪拌澄清池使用鋁鹽作為混凝劑時(shí)，PH直接影響鋁鹽水解產(chǎn)物，混凝最佳pH值為6.5-7.5。當(dāng)藻類繁殖嚴(yán)重時(shí)，提高二氧化氯殺菌劑投加量至2.4mg/L，同時(shí)提高混凝劑投加量至11.2mg/L，可使出水濁度小于2NTU。

2.4其他優(yōu)化

機(jī)械攬拌澄清池具有較高的改造潛力。在機(jī)械攪拌澄清池原水管道上增設(shè)管道靜態(tài)混合器能夠使混凝劑快速均勻地與水混合，可增強(qiáng)原水與藥劑的混合效果。同時(shí)，在機(jī)械攪拌澄清池第一、二反應(yīng)室增設(shè)微渦流絮凝器，通過(guò)水的渦流流動(dòng)，增加流蘇梯度以及紊亂程度，提髙絮凝效率。通過(guò)改造優(yōu)化能在保證出水水質(zhì)合格的情況下，使澄清池產(chǎn)水量提高30%以上。利用CFD模擬機(jī)械攪拌澄清池?cái)嚢铏C(jī)提升葉輪的運(yùn)行倩況，并繪制其相關(guān)性能曲線。結(jié)果表明，直葉片葉輪較彎曲葉片葉輪提升能力稍弱，隨葉輪直徑增大，差異顯著。隨著葉輪轉(zhuǎn)速增大，直葉片輪葉與曲葉輪提升性能差異減小。葉輪與進(jìn)水口之間的距離能影響提升效果，應(yīng)調(diào)節(jié)到適當(dāng)距離以達(dá)到最高的提升效率。

3機(jī)械攪拌澄清池的應(yīng)用

3.1低溫低濁度水

低溫低濁度水是最難處理的水質(zhì)之一。低溫使水的黏度增大，7JC在流動(dòng)時(shí)，分子間的內(nèi)摩擦力増大，減少了膠體粒子之間的單位時(shí)間、單位體積的碰撞次數(shù)，不利于膠體凝聚、成長(zhǎng)，同時(shí)濁度低的水體中顆粒分散均勻、穩(wěn)定性高，達(dá)到電中和所需的混凝劑少，也不利于膠體顆粒的凝聚和成長(zhǎng)。通過(guò)在清水區(qū)加裝高度為1m，傾斜度為60°的斜管使得清水區(qū)水流平穩(wěn);同時(shí)，通過(guò)上下延升導(dǎo)流板、加高出水堰槽、增大污泥回流縫等一系列措施使適用于高濁度水的機(jī)械攪拌澄清池能夠處理低溫低濁度水，出水濁度為0.83NTU，除濁率提升至90.7%，同時(shí)，產(chǎn)水量由150m3/h提升至350m3/h。通過(guò)調(diào)整PAC投加量至35mg/L、小排泥周期T=6h、攬伴機(jī)轉(zhuǎn)速為3r/min等運(yùn)行參數(shù)來(lái)處理低溫低濁度水，使得出水濁度降低至4.3NTU。

3.2尾礦水

為了改進(jìn)池體的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)刮泥機(jī)、提升攪拌機(jī)、排泥防堵攪拌機(jī)三套同心結(jié)構(gòu)，采用數(shù)百萬(wàn)噸米帶齒回轉(zhuǎn)支承和多組電機(jī)同步驅(qū)動(dòng)的刮泥耙驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，增加協(xié)辦與供水設(shè)備等方面的設(shè)計(jì)，滿足澄清池直徑大、處理量大、澄清效率高、多用途要求。結(jié)果表明，該機(jī)械攪拌澄清池的最小灰分含量為1800mg/L，最大尾礦水處理量為9-12%，給水灰分小于0.2%，滿足生產(chǎn)要求。

4研究與展望

機(jī)械酔澄清池單位面積產(chǎn)水量大、對(duì)水溫、水質(zhì)變化適應(yīng)性強(qiáng)，但設(shè)備昂貴、總造價(jià)較高、后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)費(fèi)用較高。在運(yùn)行過(guò)程中反應(yīng)池短流或者水量不穩(wěn)定容易造成絮凝反應(yīng)強(qiáng)度不足、絮凝體沉降性能差、底部的污泥利用率較低、絮凝沉淀效果較差等問(wèn)題。如何對(duì)機(jī)械攪拌澄清池進(jìn)行改造或與其他形式的沉淀池組合，以提高絮凝效率，降低建設(shè)和使用成本將是今后研究的重點(diǎn)。

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（作者單位：華能海南發(fā)電股份有限公司東方電廠）