工業(yè)廢水處理廠絮凝攪拌機的設(shè)計【含CAD圖紙】

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編 號 無錫太湖學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 題目： 工業(yè)廢水處理廠絮凝攪拌機的設(shè)計 信 機 系 機 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 學(xué) 號： 0923271 學(xué)生姓名： 夏棟潔 指導(dǎo)教師： 范圣耀（職稱：副教授） （職稱： ） 2013 年 5 月 25 日 無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文） 工業(yè)廢水處 理廠絮凝攪拌機的設(shè)計 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究 所取得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計（論文）中特別加以標 注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計（論文）不包含任何 其他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級： 機械 96 學(xué) 號： 0923271 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 無 錫 太 湖 學(xué) 院 信 機 系 機 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計 論 文 任 務(wù) 書 一、題目及專題： 1、題目工業(yè)廢水處理廠絮凝攪拌機的設(shè)計 2、專題 二、課題來源及選題依據(jù) 課題來源： 本次課題題目是工業(yè)廢水處理廠絮凝攪拌機的設(shè)計，課題來源于無錫市 某攪拌設(shè)備有限公司，其研究的內(nèi)容是攪拌設(shè)備、釜用攪拌傳動裝置的設(shè)計、 制造和研究開發(fā)。我國污水處理事業(yè)的歷史始于 1921 年，到改革開放的近 二十年來取得了迅速的發(fā)展，但仍然滯后于城市發(fā)展的需要。污水處理廠的 建設(shè)，極大地提高了城市污水的處理水平，但處理量的增加仍遠遠滯后于污 水排放量的增長，我國的污水處理事業(yè)的實際情況是污水處理率低，很多老 城區(qū)的排水管網(wǎng)甚至不成系統(tǒng)。所以絮凝攪拌機的設(shè)計很是重要。 選題依據(jù)： 1. 絮凝攪拌機的圖樣及實物。 2. 攪拌機種類多且大批量生產(chǎn)。 3. 制造廠現(xiàn)有的生產(chǎn)條件，廠方對生產(chǎn)成本的要求。 三、本設(shè)計（論文或其他）應(yīng)達到的要求： II 熟悉絮凝攪拌機的發(fā)展歷程，特別是近十幾年來提出的一些問題； 熟練掌握 cad、UG 等軟件繪圖； 熟練掌握絮凝攪拌機原理； 熟悉掌握絮凝攪拌機各部件的作用； 熟悉掌握某些絮凝劑以及其用法； 熟悉掌握絮凝池的設(shè)計。 四、接受任務(wù)學(xué)生： 機械 96 班 姓名 夏棟潔 五、開始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、設(shè)計（論文）指導(dǎo)（或顧問）： 指導(dǎo)教師簽名 簽名 簽名 教 研 室 主 任 學(xué)科組組長研究所所長 簽名 系主任 簽名 2012 年 11 月 12 日 III 摘要 攪拌機在攪拌設(shè)備中處于核心地位。在攪拌機設(shè)計及使用過程中，合理的選取攪拌 機的結(jié)構(gòu)，運動和工作參數(shù)，直接關(guān)系到攪拌質(zhì)量和攪拌效率。完成絮凝經(jīng)過的絮凝池 (一般常稱反映池)，井水除氟設(shè)備海揚，在凈水料理中占據(jù)重要的名望。自然水中的懸 浮精神及肢體精神的粒徑分外微細。為去除這些精神平日借助于混凝的權(quán)謀，也就是說 在原水中參與適當(dāng)?shù)幕炷齽?，?jīng)過充塞混和，使膠體安靜性被壞(脫穩(wěn)）并與混凝劑水介 后的聚合物相吸附，使顆粒具有絮凝本能機能。而絮凝池的目的就是創(chuàng)造合適的水力條 件使這種具有絮凝性能的顆粒在相互接觸中聚集，以形成較大的絮凝體(絮粒)。因此， 反應(yīng)池設(shè)計是否確當(dāng)，關(guān)系到絮凝的效果，而絮凝的效果又直接影響后續(xù)處理的沉淀效 果。絮凝攪拌機是絮凝池機械攪拌的裝置，它主要用于廢水處理的攪拌過程。 本設(shè)計提到了反應(yīng)池的結(jié)構(gòu)設(shè)計，攪拌機的結(jié)構(gòu)設(shè)計，電動機及減速器的選型，攪 拌機支架設(shè)計，密封設(shè)計以及其工藝流程。在設(shè)計過程中，我們應(yīng)該充分考慮槳葉距離 絮凝池頂端、底端以及側(cè)壁預(yù)留的距離，還有就是軸的密封問題。 關(guān)鍵詞：絮凝池；混凝劑；沉淀效果；絮凝性能 IV Abstract The mixer is at the core position in the mixing equipment. In agitator design and use of the process, select the reasonable structure of the mixer, motion parameters and work, directly related to the mixing quality and efficiency of stirring. Accomplish flocculation pool (often called the flocculation after reflecting pool), water fluoride removal equipment HIYOUNG, occupy the important position in water purification cuisine. Suspended spirit and spirit of natural water body size is fine. To remove these spiritual weekdays by coagulation of trickery, that is to say in the appropriate coagulant in water, after full mixing, so that colloidal quiet is bad (destabilization) and phase adsorption and mixed polymer coagulant water after, the particles with flocculation performance. The flocculation pool purpose is to create appropriate waterpower condition makes this aggregation with flocculation properties of particles in contact with each other, to form a large flocs (flocs). Therefore, the reaction pool design is appropriate, in relation to the effect of flocculation, sedimentation and flocculation effect has direct impact to follow-up treatment. The flocculation mixer is flocculation pool mechanicalrabble device, which is mainly used for mixing process in wastewater treatment. This design to structure design reaction tank, the structure design of mixer, selection of motor and reducer, mixer stent design, seal design and its processes. In the design process, we should give full consideration to blade distance flocculation pool at the top, bottom and side wall reserved distance, there is the problem of shaft seal. Keywords: Flocculation pool;Coagulant;Precipitayion effect;Flocculation function V 目錄 摘要 .III ABSTRACT .IV 目錄 .V 1 緒論 .1 1.1 絮凝攪拌機的研究內(nèi)容和意義 .1 1.1.1 設(shè)計絮凝攪拌機的目的、意義 .1 1.1.2 絮凝攪拌機的研究范圍 .1 1.1.3 絮凝攪拌機的要達到的技術(shù)要求 .1 1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況 .2 1.2.1 國內(nèi)外發(fā)展概述 .2 1.2.2 國內(nèi)外發(fā)展狀況 .2 1.2.3 存在問題 .4 1.3 設(shè)計攪拌機應(yīng)達到的要求 .4 1.3.1 反應(yīng)攪拌機的工作原理 .4 1.3.2 絮凝的工作原理 .5 1.3.3 水處理中的攪拌設(shè)備 .5 1.3.4 絮凝攪拌機的適應(yīng)條件和構(gòu)造 .6 1.3.5 設(shè)計思路 .7 2 反應(yīng)池的結(jié)構(gòu)設(shè)計 .8 2.1 引言 .8 2.2 絮凝反應(yīng)理論知識 .9 2.3 反應(yīng)池的工藝性分析 .12 2.4 反應(yīng)池的技術(shù)要求及設(shè)計效果 .16 3 攪拌機的結(jié)構(gòu)設(shè)計 .18 3.1 設(shè)計數(shù)據(jù) .18 3.2 設(shè)計要求 .18 3.3 設(shè)計計算數(shù)據(jù) .19 3.4 槳葉的設(shè)計 .20 3.4.1 槳葉結(jié)構(gòu)尺寸確定 .20 3.4.2 攪拌器轉(zhuǎn)速計算 .20 3.4.3 攪拌功率計算 .22 4 電動機及減速器的選型 .23 4.1 減速器和電動機的選型條件 .23 4.2 電動機與減速器的選擇 .23 4.3 聯(lián)軸器的選型 .25 4.4 攪拌軸的設(shè)計 .26 VI 4.5 軸與槳葉、聯(lián)軸器的連接 .27 4.5.1 槳式攪拌器與軸的連接 .27 4.5.2 聯(lián)軸器與軸的連接 .27 4.6 軸承的選型以及軸的最終確定 .27 5 攪拌機支架設(shè)計 .28 5.1 攪拌機的支承部分 .28 5.1.1 機座 .28 5.1.2 軸承裝置 .28 5.2 水下支撐座的設(shè)計 .29 5.2.1 軸承的選型 .29 5.2.2 支撐套的設(shè)計 .30 6 密封設(shè)計 .31 6.1 密封裝置的類型 .31 6.2 填料密封 .31 6.2.1 填料的種類 .31 6.2.2 填料的選擇 .32 6.2.3 填料的合理裝填 .32 6.2.4 成型填料密封 .32 6.3 機械密封 .33 6.3.1 機械密封的工作原理 .33 6.3.2 機械密封前的準備工作 .34 6.3.3 機械密封材料 .34 6.3.4 機械密封與軟填料密封比較 .35 6.4 軸的密封選擇 .35 7 結(jié) 論 .37 參考文獻 .38 謝 辭 .39 工業(yè)廢水處理廠絮凝攪拌機的設(shè)計 1 1 緒論 攪拌可以使兩種或多種不同的物質(zhì)在彼此之中互相分散，從而達到均勻混合；也可以 加速傳熱和傳質(zhì)過程。在工業(yè)生產(chǎn)中，攪拌操作時從化學(xué)工業(yè)開始的，圍繞食品、纖維、 造紙、石油、水處理等，作為工藝過程的一部分而被廣泛應(yīng)用。本章主要對絮凝攪拌機 的研究內(nèi)容和意義、國內(nèi)外的發(fā)展概況以及設(shè)計攪拌機應(yīng)達到的要求進行了闡述。 1.1 絮凝攪拌機的研究內(nèi)容和意義 本節(jié)講述了設(shè)計絮凝攪拌機的目的、意義，絮凝攪拌機的研究范圍以及要達到的技 術(shù)要求。 1.1.1 設(shè)計絮凝攪拌機的目的、意義 廢水處理中反應(yīng)攪拌機的目的是由電機作為驅(qū)動裝置，經(jīng)減速器聯(lián)軸器帶到直槳葉 旋轉(zhuǎn)使膠體顆粒絮凝形成較大的顆粒，以利沉淀，以滿足水處理中水質(zhì)凈化的要求。 廢水處理中反應(yīng)攪拌機的意義是在絮擬池中加入絮擬劑,在絮擬劑的作用下,通過攪拌 機的作用,使原水中的懸浮物質(zhì)及膠體物質(zhì)凝聚,形成較大的顆粒,以利于沉淀,達到凈水的 目的。 1.1.2 絮凝攪拌機的研究范圍 本題目主要涉及水處理中絮凝工藝中反應(yīng)攪拌機的設(shè)備設(shè)計，主要解決的問題是水 處理中該設(shè)備的設(shè)計，包括：主軸、絮凝攪拌機、電動機及減速器的選型、支撐裝置設(shè) 計、軸的密封設(shè)置、絮凝池的設(shè)計，并畫出相應(yīng)的設(shè)備圖。 1.1.3 絮凝攪拌機的要達到的技術(shù)要求 攪拌機分為常規(guī)飼料攪拌機和添加劑攪拌機兩種。常規(guī)飼料攪拌機有立式和臥式兩 種。立式攪拌機攪拌時間一般為 ，臥式機則為 左右，攪拌配合飼料15min20i10min 時應(yīng)分批攪拌。立式攪拌機的優(yōu)點是混合均勻，動力消耗少，缺點是混合時間長，生產(chǎn) 率低，裝料、出料不充分。臥式攪拌機主要工作部件為攪動葉片，葉片分為內(nèi)外兩層， 它們的螺旋方向相反。在工作時葉片攪動飼料，使內(nèi)外兩層飼料作相對運動，以達到混 合的目的。臥式攪拌機的優(yōu)點是效率高，裝料、出料迅速，缺點是動力消耗較大，占地 面積大，價格也較高，因此一般較少采用。 在絮凝過程中，攪拌的作用有兩點：一是混合，促進細微顆粒之間的碰撞，使顆粒 逐漸長大；二是固體懸浮，使凝聚的顆粒能均勻地懸浮在液體中，防止其在絮凝池中沉 淀。另外，絮凝攪拌過程還有一個重要的制約因素，即由剪切速率產(chǎn)生的剪切應(yīng)力，將 對絮凝顆粒造成破碎作用，這就是為什么在進行絮凝攪拌設(shè)計時通常要考慮葉尖速度的 限制。FRF 系列攪拌機專用于絮凝過程，很低的轉(zhuǎn)速、高排液量，高效軸流型槳葉，所 以傳統(tǒng)的 G 值或 GT 值也同樣僅作為參考。 從攪拌技術(shù)觀點看，流體攪拌可分為五種基本攪拌應(yīng)用，而每一種攪拌應(yīng)用又可根 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 據(jù)物理過程和化學(xué)過程分為兩種類型。因此，總共有十種基本的攪拌應(yīng)用。每一種基本 攪拌應(yīng)用都有各自的攪拌特點，過程要求和放大設(shè)計準則。實際應(yīng)用時，每種攪拌應(yīng)用 往往會有幾種基本攪拌應(yīng)用組成，如絮凝攪拌過程由液液混合和固體懸浮兩個基本攪拌 應(yīng)用組成。攪拌機產(chǎn)生較高的流動作用和較低的壓頭，而小直徑槳葉配以高轉(zhuǎn)速則產(chǎn)生 較高的壓頭和較低的流動作用。在攪拌槽中，要使微團相互碰撞，唯一的辦法是提供足 夠的剪切速率。從攪拌機理看，正是由于流體速度差的存在，才使流體各層之間相互混 合，因此，凡攪拌過程總是涉及到流體剪切速率。剪切應(yīng)力是一種力，是攪拌應(yīng)用中氣 泡分散和液滴破碎等的真正原因。必須指出的是，整個攪拌槽中流體各點剪切速率的大 小并不是一致的。通過對剪切速率分布的研究表明，在一個攪拌槽中至少存在四種剪切 速率數(shù)值，它們是：實驗研究表明，就槳葉區(qū)而言，無論何種漿型，當(dāng)槳葉直徑一定時， 最大剪切速率和平均剪切速率都隨轉(zhuǎn)速的提高而增加。 高效軸流型槳葉快混攪拌機的設(shè)計方法是以攪拌機的排液量為基礎(chǔ)，以平均停留時 間內(nèi)攪拌槳葉產(chǎn)生的排液量與快混池的有效體積之比值（N ）作為選型設(shè)計快速攪拌機的 依據(jù)。由于受到加藥量、攪拌槽幾何尺寸形狀以其他因素的影響，該比值不是固定不變 的，但一般要求 。同一種槳葉在達到同樣的攪拌效果（即同樣的比值 n）時，攪拌1.5n 功率將隨 D/T（T 為槽體直徑或等效直徑）值的增大而下降，換句話講，適合一個攪拌過 程的攪拌機不止一種，可以有多種攪拌功率，攪拌轉(zhuǎn)速和槳葉直徑的組合。 1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況 本節(jié)講述了絮凝攪拌機的國內(nèi)外發(fā)展概述，國內(nèi)外發(fā)展概況以及存在的問題。 1.2.1 國內(nèi)外發(fā)展概述 攪拌機的操作性能直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量、能耗和生產(chǎn)成本，工程界和學(xué)術(shù)界對攪拌 混合都非常重視，進行了大量的研究工作，取得了不少的研究成果。 攪拌器是化學(xué)工程和生物工程中最常見也是最重要的單元設(shè)備之一。目前，攪拌器的 選型和內(nèi)構(gòu)件的設(shè)計在很大程度上依賴試驗和經(jīng)驗，對放大規(guī)模還缺乏深入的認識，對 于能耗和生產(chǎn)成本只能在一定規(guī)模的生產(chǎn)裝置上對比后才能得出結(jié)論，由于對產(chǎn)品的回 收率和質(zhì)量要求越來越高，對攪拌器的研究日趨深入，已從早期對攪拌功率和混合時間 的研究，20 世紀 80 年代對反應(yīng)釜內(nèi)的流體速度場分布的研究，進入 20 世紀 90 年代以來 的攪拌釜內(nèi)三維流場的數(shù)值模擬研究。流場數(shù)值模擬必須在深入進行流體力學(xué)研究的基 礎(chǔ)上，綜合考慮流體流動的三維性、隨機性、非線性和邊界條件不確定性。通過數(shù)值模 擬不但可以解決反應(yīng)器的放大機理，而且可以優(yōu)化設(shè)計開發(fā)新型高效攪拌器，使機械攪 拌器的設(shè)計理論更加完善。 1.2.2 國內(nèi)外發(fā)展狀況 （1）國產(chǎn)污水處理設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀 國產(chǎn)污水處理設(shè)備的生產(chǎn)始于 20 世紀 70 年代中后期，當(dāng)時產(chǎn)品的標準化、成套化、 工業(yè)廢水處理廠絮凝攪拌機的設(shè)計 3 系列化水平很低，定型產(chǎn)品較少。進人 20 世紀 90 年代以來，國家有關(guān)部門先后對主要 污水處理設(shè)備制造企業(yè)進行了技術(shù)改造，提高了制造能力和制造水平，城市污水處理專 用設(shè)備和與之配套的通用設(shè)備的生產(chǎn)水平都有了很大提高。 目前，日處理 5、10、25、50 噸的城市污水處理廠的全部或主要設(shè)備都可實現(xiàn)國產(chǎn) 化。其中，國產(chǎn)的微孔曝氣器、高強度曝氣機、帶式壓濾機、各類格柵除污機、刮泥機、 刮砂機、曝氣轉(zhuǎn)刷、曝氣鼓風(fēng)機、大型污水泵、潛水電泵等已基本上能夠適應(yīng)國內(nèi)市場 需求，還有部分產(chǎn)品出口。 在產(chǎn)品設(shè)計方面，從日處理 5 萬噸到 50 萬噸規(guī)模的污水污泥提升系統(tǒng)、機械過濾沉 淀系統(tǒng)、曝氣處理系統(tǒng)、污泥脫水處理系統(tǒng)等國產(chǎn)設(shè)備，已相當(dāng)于國際 20 世紀 80 年代 水平，并能夠提供成套設(shè)備。但在沼氣發(fā)電系統(tǒng)、在線監(jiān)控系統(tǒng)等方面，國產(chǎn)設(shè)備與國 外發(fā)達國家相比，尚存在較大差距。在一些國際 20 世紀 90 年代最新形技術(shù)裝備領(lǐng)域， 還存在空白有待填補。在產(chǎn)品水平方面，能耗較大的鼓風(fēng)機、水泵等產(chǎn)品，單機設(shè)備效 率已接近國際 20 世紀 80 年代水平。成套產(chǎn)品的總體水平相當(dāng)于國際 20 世紀七八十年代 的水平。 （2）發(fā)達國家污水處理設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀 發(fā)達國家污水處理設(shè)備目前已達到高度現(xiàn)代化水平，具有以下特點： 1）城市污水和工業(yè)廢水處理設(shè)備已實現(xiàn)標準化、定型化、系列化和成套化，已構(gòu)成 門類齊全、商品化程度高的水處理設(shè)備工業(yè)； 2）水處理單元設(shè)備，如沉淀、過濾、萃取、吸附、微濾、電滲析等已形成專業(yè)化規(guī) 模生產(chǎn)，品種、規(guī)格、質(zhì)量相對穩(wěn)定，性能參數(shù)可靠，用戶選擇十分方便； 3）城市污水成套設(shè)備向大型化發(fā)展，工業(yè)廢水處理設(shè)備隨著工藝的成熟而趨于專門 化、成套化； 4）與水處理相配套的風(fēng)機、水泵、閥門等通用設(shè)備已逐步實現(xiàn)專門化設(shè)計，并組織 生產(chǎn)，以滿足特殊需要； 5）水資源緊張、水體富營養(yǎng)化、飲水安全導(dǎo)致廢水深度處理設(shè)備和消毒設(shè)備有相當(dāng) 程度的發(fā)展； 6）厭氧處理技術(shù)重新引起重視，促進了厭氧處理設(shè)備在高濃度有機廢水處理上的 應(yīng)用。 我國污水處理事業(yè)的歷史始于 1921 年，到改革開放的近二十年來取得了迅速的發(fā)展， 但仍然滯后于城市發(fā)展的需要。污水處理廠的建設(shè)，極大地提高了城市污水的處理水平， 但處理量的增加仍遠遠滯后于污水排放量的增長，我國的污水處理事業(yè)的實際情況是污 水處理率低，很多老城區(qū)的排水管網(wǎng)甚至不成系統(tǒng)。 城市污水處理能力增長緩慢和污水處理率低是造成我國水環(huán)境污染的主要原因，由 此導(dǎo)致了水環(huán)境的持續(xù)惡化，并嚴重的制約了我國經(jīng)濟與社會的發(fā)展。我國城市污水處 理能力增長緩慢的主要原因可以歸結(jié)為：污水處理技術(shù)落后：城市污水處理技術(shù)是城市 污水處理設(shè)施能否高效運轉(zhuǎn)的關(guān)鍵，就目前的發(fā)展狀況來看，在中小城市污水處理方面， 尚缺乏適合我國實際國情的污水處理技術(shù)和設(shè)備。因此，探索和發(fā)展適合我國國情的中 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 小城市（鎮(zhèn)）污水處理工藝，掌握一批在中小城市（鎮(zhèn)）具有代表性的污染源的治理技 術(shù)和城市污水處理技術(shù)，就勢在必行。由于現(xiàn)在的水污染大部分是來自分散的非點源， 對于這些非點源污染，控制措施和相關(guān)費用都具有很高的不確定性，今后城市在污水處 理方面能夠或應(yīng)該做到什么程度，目前正在進行激烈的爭論。合流制污水管網(wǎng)的老城市 需要大量投資，來減少在雨季的污水溢流，而迅速發(fā)展的新興城市又臨著處理能力不足， 導(dǎo)致生活污水管網(wǎng)溢流的問題。 1.2.3 存在問題 現(xiàn)在攪拌機被廣泛應(yīng)用于石化，化工，礦業(yè)，制藥，發(fā)酵，造紙，食品，水處理， 環(huán)保，以及精細化工等行業(yè)，同時因其發(fā)展時間較短，故在攪拌器的應(yīng)用過程中，存在 一些問題，常見問題有： 1）齒輪箱泄漏； 2）由于軸在機械密封處偏擺量大，致使機械密封使用壽命短，泄漏； 3）系統(tǒng)振動較大，噪音強烈； 4）維護維修成本較高等。 通常齒輪箱漏油可以換密封圈解決；機械密封可以更換易損件使其得以繼續(xù)沿用； 系統(tǒng)振動可以靠加固減弱之，但這些無疑是治標之策，也是成本的消耗。 1.3 設(shè)計攪拌機應(yīng)達到的要求 本節(jié)從反應(yīng)攪拌機的工作原理，絮凝的工作原理，水處理中的攪拌設(shè)備以及絮凝攪拌 機的適應(yīng)條件和構(gòu)造充分考慮了設(shè)計反應(yīng)攪拌機應(yīng)達到的要求，總結(jié)了設(shè)計反應(yīng)攪拌機 的設(shè)計思路和方法。 1.3.1 反應(yīng)攪拌機的工作原理 對于不同的介質(zhì)，不同的化學(xué)反應(yīng)過程，要求攪拌裝置的結(jié)構(gòu)和攪拌速度不同，根 據(jù)不同的場合一般分為以下幾種情況： （1）液-液互溶系統(tǒng)的場合 一般采用低速攪拌就能足夠完成，這種場合常用漿葉式攪拌裝置。 （2）液-液互不相溶系統(tǒng)的場合 這種場合則需要強烈的上下翻滾，常用漿葉攪拌器，在釜體內(nèi)加有一定形狀的擋板， 或采用推進式攪拌器。 （3）固-液相系統(tǒng)的場合 反應(yīng)介質(zhì)里有少量的固體且不易沉降時可采用比較緩和的攪拌，反之當(dāng)反應(yīng)介質(zhì)或 反應(yīng)過程的生成物中固體較多，且容易沉降時必須采用強烈的上下的翻動的攪拌，這些 攪拌均屬于固- 液相的攪拌系統(tǒng)。 在本人設(shè)計的課題中攪拌器中所攪拌的介質(zhì)是廢水，廢水處理中反應(yīng)攪拌機的目的 是由電機作為驅(qū)動裝置，經(jīng)減速器聯(lián)軸器帶到直槳葉旋轉(zhuǎn)使膠體顆粒絮凝形成較大的顆 工業(yè)廢水處理廠絮凝攪拌機的設(shè)計 5 粒，以利沉淀，以滿足水處理中水質(zhì)凈化的要求，如圖 1.1 所示。 圖 1.1 攪拌機攪拌示意圖 1.3.2 絮凝的工作原理 膠體的脫穩(wěn)階段是第一階段，絮凝是第二階段，而絮凝指膠體脫穩(wěn)以后結(jié)成大顆粒 絮體的階段。第一階段相當(dāng)于給水處理中加藥混合后的極短的一段時間，可能在一秒鐘 內(nèi)，而絮凝則主要是在反應(yīng)設(shè)備中完成的，這是水處理中常用的方法，其工作原理如圖 1.2。 廢 水 投 藥 混 合 反 應(yīng) 沉淀分離 急速攪拌 慢速攪拌 沉淀 出 水 絮凝劑 圖 1.2 絮凝沉淀處理流程示意圖 1.3.3 水處理中的攪拌設(shè)備 水處理中的攪拌設(shè)備，分成溶藥攪拌，混合攪拌，絮凝攪拌，澄清池攪拌，消化池攪 拌和水下攪拌六種類型。絮凝攪拌是水處理的重要方法之一或基本單元操作之一，而且 往往是必不可少的。它在生活飲用水、工業(yè)用水、工業(yè)廢水及生活污水的處理中都有廣 泛的應(yīng)用，因而學(xué)習(xí)和研究絮凝科學(xué)及其在水處理中的應(yīng)用具有十分重要的意義。 其中絮凝攪拌機分為：剛性連接攪拌機和彈性連接攪拌機。本設(shè)計主要討論的是剛性 連接攪拌機。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 剛性連接攪拌機由：電動機，減速器，剛性聯(lián)軸器，機座，軸承，攪拌軸，攪拌器。 攪拌設(shè)備的工作部分，有攪拌器，攪拌軸和攪拌附件組成。 1.3.4 絮凝攪拌機的適應(yīng)條件和構(gòu)造 （1）絮凝攪拌機的適應(yīng)條件 絮凝攪拌機用于給水排水主力中混凝過程中的絮凝階段。絮凝攪拌的作用是促使水 中的膠體顆粒發(fā)生碰撞，吸附并逐漸結(jié)成一定大小的帆花，試絕大部分帆花截留在沉淀 池內(nèi)。 攪拌強度和攪拌時間是決定絮凝效果的關(guān)鍵。絮凝池內(nèi)攪拌強度(即攪拌速度梯度值 G)應(yīng)遞減，各檔攪拌器槳葉中心處的線速度依次逐漸減慢，且要有足夠的攪拌時間來完 成絮凝過程。 絮凝攪拌機可滿足絮凝規(guī)律的要求，使絮凝過程中各段具有不同的攪拌強度，可以 適合水量和水溫的變化，優(yōu)點是水頭損壞小，池體結(jié)構(gòu)簡單，外加能量組合方便。 絮凝攪拌機設(shè)置無級調(diào)速后可隨水量，原水濁度和投藥量的變化而調(diào)整攪拌強度， 達到滿意的絮凝效果，節(jié)約藥劑的用量。 絮凝攪拌機根據(jù)攪拌軸的安裝分式分為立式攪拌機和臥失攪拌機兩種。臥式絮凝攪拌機 的槳板接近池底旋轉(zhuǎn)，一般絮凝池不存在積泥問題。 （2）絮凝攪拌機的構(gòu)造 絮凝立式攪拌機有工作部分(垂直攪拌軸，框式攪拌器)，支承部分(軸承裝置，機座) 和驅(qū)動部分(電動機，擺線針輪減速機)組成，如圖 1.3 所示。 圖 1.3 立體攪拌機總體結(jié)構(gòu)圖 1-減速機；2-螺栓；3-墊圈；4- 螺母；5-機架；6-螺栓；7-墊圈；8-墊板；9- 槳板； 10-主軸；11-螺栓；12-墊圈；13- 螺母；14-螺栓；15-墊圈；16-螺母；17-水下軸承座 工業(yè)廢水處理廠絮凝攪拌機的設(shè)計 7 框式攪拌器分直槳葉，斜槳葉和網(wǎng)槳葉三種。 直槳葉是最常用的一種普通槳葉，其結(jié)構(gòu)如圖 1.4。 圖 1.4 直槳葉框式攪拌器示意圖 1.3.5 設(shè)計思路 1）反應(yīng)池的結(jié)構(gòu)尺寸的確定； 2）攪拌機大小的確定及轉(zhuǎn)速和功率的計算； 3）由攪拌機功率來做電機的選型設(shè)計； 4）由電機的型號尺寸來做聯(lián)軸器的選型設(shè)計； 5）由聯(lián)軸器的型號尺寸來決定軸徑以及對所決定的軸徑進行計算驗證； 6）由軸徑來做軸承的選型； 7）由軸承的尺寸來做機座及支撐座的選型設(shè)計。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 2 反應(yīng)池的結(jié)構(gòu)設(shè)計 天然水中的懸浮物質(zhì)及肢體物質(zhì)的粒徑非常細小。為去除這些物質(zhì)通常借助于混凝 的手段，也就是說在原水中加入適當(dāng)?shù)幕炷齽?，?jīng)過充分混和，使膠體穩(wěn)定性被壞(脫穩(wěn)） 并與混凝劑水介后的聚合物相吸附，使顆粒具有絮凝性能。而反應(yīng)池的目的就是創(chuàng)造合 適的水力條件使這種具有絮凝性能的顆粒在相互接觸中聚集，以形成較大的絮凝體(絮粒)。 因此，反應(yīng)池設(shè)計是否確當(dāng)，關(guān)系到絮凝的效果，而絮凝的效果又直接影響后續(xù)處理的 沉淀效果。本章主要介紹了反應(yīng)池的一些理論知識，對反應(yīng)池的工藝性分析，提到了反 應(yīng)池的技術(shù)要求以及技術(shù)效果。 2.1 引言 完成絮凝過程的反應(yīng)池(一般常稱絮凝池)，在凈水處理中占有重要的地位。如圖 2.1， 圖 2.1 絮凝池示意圖 天然水中的懸浮物質(zhì)及肢體物質(zhì)的粒徑非常細小。為去除這些物質(zhì)通常借助于混凝 的手段，也就是說在原水中加入適當(dāng)?shù)幕炷齽?，?jīng)過充分混和，使膠體穩(wěn)定性被壞(脫穩(wěn)） 并與混凝劑水介后的聚合物相吸附，使顆粒具有絮凝性能。而反應(yīng)池的目的就是創(chuàng)造合 適的水力條件使這種具有絮凝性能的顆粒在相互接觸中聚集，以形成較大的絮凝體(絮粒)。 因此，反應(yīng)池設(shè)計是否確當(dāng)，關(guān)系到絮凝的效果，而絮凝的效果又直接影響后續(xù)處理的 沉淀效果。 當(dāng)然，為了獲得良好的絮凝效果，混凝劑的合理選擇是重要的，但是也不能忽視絮 凝池設(shè)計的重要性。在生產(chǎn)實踐中，不少水廠由于改進了絮凝池的布置，從而提高了出 水水質(zhì)，降低了藥耗，或者增加了制水能力。在混凝沉淀的設(shè)計中，也出現(xiàn)了寧可延長 一些反應(yīng)時間以縮短沉淀時間的看法。這些都說明絮凝反應(yīng)在凈水處理中的重要作用。 近年來，由于高效能沉淀以及過濾裝置的出現(xiàn)，使水廠的平面布置(包括構(gòu)筑物尺寸 及占地面積)大為縮小。相對來說絮凝池所占比例就有所增加。例如，在原平流式沉淀池 工業(yè)廢水處理廠絮凝攪拌機的設(shè)計 9 中，絮凝只占較小的體積。然而在斜管沉淀池中，絮凝部分的體積幾乎與沉淀部分的體 積相仿。為此，國內(nèi)不少同志在這方面進行著如何改進絮凝構(gòu)筑物的研究，并提出了不 少設(shè)想。對設(shè)計工作者來說，亦迫切要求有一個科學(xué)的評價方法，以解決如何合理選擇 絮凝形式的問題。 絮凝反應(yīng)是一個很復(fù)雜的過程，它不僅受絮凝池水力條件的控制，而且還與原水性 質(zhì)、混凝劑品種和加藥量以及混和過程都有密切關(guān)系。從目前國內(nèi)外的研究情況來看， 尚沒有一個能定量地反映絮凝過程的完整數(shù)學(xué)模式，甚至作為定性分析，也還存在不少 問題。這些情況就給具體設(shè)計工作者帶來很多困難。嚴格地說，目前不少絮凝池的設(shè)計， 僅是水力的驗算，并沒有對絮凝過程作完整的分析。因此，往往出現(xiàn)即使原水的絮凝性 質(zhì)很不相同，而其絮凝池的布置卻完全相同的情況。 根據(jù)規(guī)范或設(shè)計手冊規(guī)定的設(shè)計數(shù)據(jù)，進行水力計算，是目前絮凝池設(shè)計中應(yīng)用最 廣泛的方法。應(yīng)該說它在大多數(shù)場合下是可行的，但并不一定是最優(yōu)的，況且，這些規(guī) 定也只規(guī)定一些主要指標，至于具體的布置還需由設(shè)計者確定。例如，一般規(guī)定隔板絮 凝池的流速由 漸減至 。至于流速如何遞減，以及隔板轉(zhuǎn)折的布置和道數(shù)等0.6/ms0.2/s 等，都未作明確規(guī)定。因而盡管所用主要指標完全相同，卻可設(shè)計成很不相同的布置形 式，至于它們的效果差異則更難以鑒別。 為了探討絮凝池設(shè)計的合理方法，福建省凈水工藝試驗組曾提出了應(yīng)用“模型絮凝池” 的概念。其基本出發(fā)點就是認為：合理的反應(yīng)速度應(yīng)符合流速漸變的原則，即反應(yīng)速度 由大到小呈直線變化，且反應(yīng)池進口流速應(yīng)大于或者等于 。凡符合這二個條件的所1/ms 謂“模型絮凝池 ”則被認為是理想的絮凝池布置。 “模型絮凝池 ”作為探討整個絮凝過程變化規(guī)律的設(shè)想，是有其積極意義的。但是，要 把“模型絮凝池 ”作為理想的絮凝形式，則尚缺乏足夠的依據(jù)。作為問題之一，它脫離了原 水性質(zhì)的考慮。速度漸變原則應(yīng)對不同水質(zhì)條件有不同的要求，而不宜取作常量。譬如， 對于原水顆粒濃度不足以及絮凝體不易破碎的情況，將較高流速區(qū)的反應(yīng)時間增加些， 顯然是有好處的。反之，則應(yīng)增加較低流速區(qū)的比例。另外，隔板絮凝的轉(zhuǎn)折，從“模型 絮凝池”的要求考慮，顯然是不符合要求的。但是實際上在絮凝的最初階段，它往往起到 了促進絮凝的效果。 “模型絮凝池 ”用流速作為比較的相似關(guān)系，與絮凝理論所采用的以速 度梯度作為相似關(guān)系有所區(qū)別。隨著絮凝形式的不同，同樣的流速，其速度梯度可相差 達數(shù)倍。因此關(guān)于“ 模型絮凝池 ”的設(shè)想尚有不少問題需要進一步深入研究。 目前絮凝池設(shè)計中一個普遍問題就是沒有考慮進入絮凝池的處理水水質(zhì)。眾所周知， 良好的絮凝反應(yīng)必須具備二個條件，即具有充分絮凝能力的顆粒以及合適的反應(yīng)水力條 件。實際上，它們就是絮凝過程中的“內(nèi)因” 和“外因” 。水力條件只有適合欲絮凝顆粒的絮 凝要求時，才能促進絮凝的進行。反之則不僅不能促進絮凝的進行，甚至使已經(jīng)絮凝的 顆粒破壞。因此作為具體的絮凝池設(shè)計，就必須考慮到處理水的水質(zhì)條件。但是這卻是 目前絮凝池設(shè)計中最薄弱的環(huán)節(jié)。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 2.2 絮凝反應(yīng)理論知識 所謂合理設(shè)計，無非是從許多可供選擇的方案中，選定一種最能符合要求的方案。 同樣，絮凝池的合理設(shè)計，就是要從諸多的絮凝形式，以及不同的指標中，選擇一種最 能適合具體絮凝條件而又切實可行的形式和指標。鑒于目前的研究水平，僅用理論的方 法還無法解答上述課題，因此還需借助于實驗手段。實驗的目的就是可以在較小規(guī)模下 模擬實際的效果，以便對可供選擇的方案加以比較。和其它許多實驗一樣，絮凝的實驗 也需要解決一個模擬的相似問題。也就是說需要解決怎樣在較小規(guī)模的試驗中，獲得與 真實絮凝池同樣的絮凝結(jié)果。 對于絮凝反應(yīng)來說，需待解決的相似關(guān)系主要有二個，即處理水的水質(zhì)條件和絮凝 池的水力條件。關(guān)于水質(zhì)條件，一般采用真實水樣還是容易辦到的。例如選擇若干具有 代表性處理對象的原水，加注適量混凝劑，并經(jīng)充分混和，即可供作絮凝的實驗。至于 水力條件，則不能依靠實際絮凝池來作試驗。因設(shè)計的目的是要對多種方案進行對比， 而這在實際絮凝池中是難以完全實現(xiàn)的。為此，需要尋找合適的水力條件作模擬相似。 對于水力條件，一般可以采用雷諾數(shù)或弗魯特數(shù)相似，也可采用其它相似準則。至于采 用何種相似方法則應(yīng)視研究對象而定。為此有必要就絮凝過程中水力條件的作用作一分 析，以確定相似關(guān)系。 絮凝的目的是使細小顆粒彼此聚集。除了顆粒具有絮凝能力外，還必須創(chuàng)造顆粒彼 此接觸，或者接近(達到顆粒吸附的作用范圍以內(nèi))的機會。否則，若保持顆粒間的相對位 置不變，即使顆粒的絮凝性能極為良好，也無法聚集?？梢酝ㄟ^三個途徑，使顆粒達到 彼此的接觸：水分子的熱力運動、顆粒的沉速差異和水體的流動。 所謂熱力運動產(chǎn)生的顆粒碰撞，是由于水分子進行的雜亂而沒有規(guī)則的運動(布朗運 動)，不斷撞擊附近的膠體顆粒，使顆粒也進行著雜亂而沒有規(guī)則的運動，從而獲得了顆 粒彼此碰撞的機會。這種接觸機會與溫度有關(guān)，而與液體的流動無關(guān)。因而只要保持溫 度和時間的因素相同，熱力運動造成的碰撞也是相同的。 至于沉速差異產(chǎn)生的顆粒碰撞，往往在沉淀池中有明顯的作用。然而在絮凝池中， 由于其顆粒一般尚屬細小，沉速不大，可以說差異所產(chǎn)生的碰撞作用在絮凝池中，不占 統(tǒng)治地位可予忽略。 一般認為在絮凝池中，對顆粒碰撞起主導(dǎo)作用的主要是水體的流動，也就是由于水 體流動所產(chǎn)生的能量損耗而造成的。 一般關(guān)于水體流動所產(chǎn)生的碰撞公式可表示為： （2.1）32/JGdN 式中： ：單位時間單位體積內(nèi)顆粒接觸的機會；J ：顆粒的有效粒徑；單位 ；Dm ：單位體積內(nèi)的顆粒數(shù)；N ：計算范圍內(nèi)的絕對平均速度梯度；單位 。G1S 平均速度梯度值可用下式計算： 工業(yè)廢水處理廠絮凝攪拌機的設(shè)計 11 （2.2）0.5/GW 式中：W:單位體積單位時間所消耗的功，單位 ； 液體的動力粘滯系數(shù)。K 一般認為式(1)只適用于層流，而大多數(shù)絮凝池的水源均屬紊流。對于紊流條件下顆 粒的碰撞頻率， 提出了如下公式：Levich （2.3）0.5312/Jdn 式中： ：系數(shù)； ：有效能量消耗率，單位 。0KW 比較式（2.1）與式（2.3） ，除了系數(shù)差別外，主要是式（2.3）所用的功為有效能量， 而式（2.1）則采用計算的能量，兩者相差一個效率系數(shù)。而在實用上有效能量是難以確 定的，仍需用計算的能量來表示。 因此，無論是式（2.1）或式（2.3） ，作為單位時間單位體積內(nèi)顆粒碰撞的因素都是 顆粒的粒徑、濃度以及水流的速度梯度。實際上，這里包含了二個方面的內(nèi)容，即以顆 粒的粒徑及濃度為代表的參與絮凝的水質(zhì)條件和以 G 為代表的絮凝池水力條件。由于粒 徑和濃度已由真實水樣來模擬，因而只要保持 G 值相似，理論上即可得到同樣的顆粒碰 撞條件。 但是應(yīng)該指出，顆粒的碰撞并不就是顆粒的聚集。對于不同絮凝能力的顆粒，在同 樣碰撞次數(shù)時，應(yīng)該得到程度不同的聚集。也就是說它們的有效聚集比例是各不相同的。 但是，如采用真實水樣作為絮凝的模擬，則這一因素同樣可在實驗中獲得反映。 另外，在模擬絮凝水力條件時還需考慮一個重要的現(xiàn)象，即絮凝體的破碎，或絮凝 體大小的限制條件。絮凝體所能承受的水流剪力是有限度的。隨著絮凝體的增大，相應(yīng) 的抗剪能力會減弱。與水流共同運動的絮凝體，受到液體切應(yīng)力的作用。因此，當(dāng)液體 的切應(yīng)力大于絮凝體的抗剪能力時，絮凝體將被破碎。因此在模擬絮凝反應(yīng)時，除了模 擬顆粒碰撞而產(chǎn)生的聚集外，還需要模擬因液體的切應(yīng)力而產(chǎn)生的破碎。 眾所周知，液體的切應(yīng)力可由二部分組成，即粘滯阻力及混摻阻力。對于層流條件， 切應(yīng)力純由粘滯阻力產(chǎn)生。對于紊流條件，則主要由混摻阻力產(chǎn)生(除邊界層附近外)。這 二種切應(yīng)力的大小都決定于液體的速度梯度。 在速度梯度 G 中，所謂消耗的功，也就是指切應(yīng)力所做的功。因為只有切應(yīng)力所做 的功是不可逆的，也就是由機械能轉(zhuǎn)化為熱能。 丹保憲仁教授在分析絮凝過程中，考慮到水流切應(yīng)力對絮粒的破碎影響，引入了顆 粒最大成長度 的概念，也就是說 代表在一定的水流條件下，能形成最大粒徑的原始mSmS 顆粒數(shù)。丹保教授通過試驗得出，在原水水質(zhì)條件不變時， 是有效能量消耗率 (或mS0 速度梯度 G)的函數(shù)。 通過對絮凝過程中一些主要現(xiàn)象的分析，包括顆粒的碰撞，因碰撞產(chǎn)生的聚集、絮 凝體尺寸的限制以及水流對絮凝體的剪切，我們得到了可用真實水樣模擬水質(zhì)特征以及 用 G 值模擬水流特征這樣兩個關(guān)系。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 采用 G 值來模擬絮凝池的水流絮凝特征，至少在二方面是有用處的，一是可以把真 實絮凝池的研究縮小到在實驗室內(nèi)進行，也就是只要維持實驗條件的 G 值與真實池相同。 其結(jié)果也應(yīng)相同。另一是可以用作不同絮凝形式的比較，也就是即使絮凝池的水流形態(tài) 相差甚大，只要其過程的 G 值相同，(當(dāng)然還應(yīng)考慮不同絮凝池形式有效能量利用的差別) 效果也應(yīng)相同。 2.3 反應(yīng)池的工藝性分析 作為研究的方法可以是微觀的，也可以是宏觀的。大多理論研究都以微粒作為對象。 由于實際的原水是由不同顆粒所組成，不僅粒徑呈一定分布，而且其性質(zhì)也各不相同。 對于水流條件來說，同樣存在一個斷面內(nèi)的速度梯度各不相同?？赡茉谕粫r刻同一斷 面上，既有顆粒的絮凝，又有顆粒的破碎。因此，采用微粒的分析方法，問題要復(fù)雜的 多。甚至在很多情況下難以辦到。微觀現(xiàn)象的分析，可以幫助我們對問題的考慮(如前節(jié) 所作的那樣)，但試驗還應(yīng)以整個懸濁液在絮凝過程中的平均效果作代表。這樣，我們就 不必去分析諸如顆粒大小的組成分布，斷面各點的速度梯度分布以及絮凝顆粒的沉速分 布等等。而分別用平均粒徑、平均速度梯度以及平均沉速來表示。 對于絮凝效果的評價，一般可以采用顆粒粒徑、顆粒沉速以及沉淀后濁度去除率等 來表示。無論是顆粒粗徑的加大，沉速的加快以及沉淀后濁度去除率的增加都能反映絮 凝效果的提高。在理論研究方面，一般以粒徑為指標的居多。許多理論公式都與粒徑有 關(guān)。對于后續(xù)處理的沉淀計算來說，采用沉速的概念較為有利。因為沉淀池設(shè)計希望提 供反應(yīng)后的沉速數(shù)據(jù)。然而對于測定來說，采用濁度指標最為方便。實際上這三個指標 都是相互關(guān)聯(lián)的。沉淀后濁度去除率可以間接地表達懸濁液的平均沉速。 為了探討方便起見，我們在研究設(shè)想方案時，仍以平均沉速作為指標；而作為實驗 的手段，則以沉淀后濁度去除率為指標。 此外，我們還作了一個假設(shè)，就是由不同方式獲得相同絮凝效果的懸濁液，在其進 一步作絮凝反應(yīng)時，應(yīng)獲得同樣的結(jié)果，例如采用 值的速度梯度反應(yīng) 時間后，得到1G1T 了懸濁液的平均沉速為 V，而用另一 值反應(yīng) 時間后也可得到平均沉速為 V，我們就22T 認為這二者效果相同，同時，盡管它們形成的條件各不相同，但在進一步絮凝時，二者 應(yīng)該獲得同等的絮凝條件。 根據(jù)以上對絮凝過程以及基本假設(shè)的分析，我們就可以進而討論絮凝池合理設(shè)計的 設(shè)想方案。 如果把單位體積中顆粒所占的比例用 來表示，即： （2.4）3/6Nd 則參照式（2.1）及式（2.3） ，并假定顆粒的每一次碰撞均產(chǎn)生聚集，那么顆粒濃度 的時間變化率就應(yīng)為： （2.5）/sdtK 工業(yè)廢水處理廠絮凝攪拌機的設(shè)計 13 式中： 取決于 和 ，即 。sKGsKk 將式（2.5）積分，可得： 0sNeKt （2.6） 式中： ：絮凝時間為 時的顆?？倽舛?，單位 ；Nt /molL ：絮凝開始時( )的顆粒總濃度，單位 。o0 假如絮凝過程中密度保持不變，即 固定，則上式可換算成粒徑的變化關(guān)系。即： （2.7）0bde/3sKt 式中： ：時間 t 時的顆粒粒徑，單位 ；d ：時間 t0 時的顆粒粒徑，單位 。0 m 也就是說，如果顆粒的每次碰撞均屬有效，則其粒徑的增長(或相應(yīng)沉速的增長)理論 上應(yīng)如圖 2.2 所示的形式。粒徑(或沉速)隨時間呈指數(shù)關(guān)系增加，其增長的速率取決于 值。即 越大增長速率越快， 與水流的速度梯度及原水顆粒體積比成正比。因此sKs sK 當(dāng) G 值增加?；蛘哳w粒濃度增加時，粒徑（或沉速）的增長就迅速。 0 K s 1 反應(yīng)時間 （ t ） 顆粒直徑 d K s 2 K s 3 d 0 圖 2.2 理論曲線圖 圖 2.2 所示為理論曲線，然而，根據(jù)一般攪拌試驗的結(jié)果，所得圖形與圖 2.2 有很大 出入，大致得到象圖 2.2 實線所示的曲線。也就是說，在維持 值不變情況下，沉速增長G 的速率不一定是隨時間增加而加速。在開始時或開始以后較短時間，沉速增長形式與理 論曲線大致相似。但以后其增長率不僅不是逐步增加，相反出現(xiàn)逐步減小，最后趨向于 某一極值 。我們不妨稱 為某一 值時的極限沉速。例如，在作一般反應(yīng)的攪拌試maxVmaxVG 驗時，最初 效果增長較明顯。然而超過 以后其反應(yīng)效果一般很少有明顯510in 10min 增加。如果不改變攪拌速度，那么即使攪拌 或 ，其結(jié)果往往不會有什么變23 化。 產(chǎn)生理論曲線與試驗曲線不一致的原因，很容易得到介釋。理論曲線假定顆粒的每 一次碰撞都產(chǎn)生聚集，實際上顆粒碰撞時不僅不一定聚集，而且還可能被破碎。圖 2.3 中 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 14 陰影部分實際上代表了碰撞中的無效和破碎部分。由于 與絮凝結(jié)果的沉速相比是微小V 的，故一般可略而不計。 但是圖 2.3 的試驗曲線是用同一水質(zhì)、同一 值試驗的結(jié)果。如果改變 值，情況就GG 會不同。實際上在進行攪拌試驗時，用肉眼也可發(fā)現(xiàn)。在經(jīng)一定時間攪拌后，停止?jié){板 的轉(zhuǎn)動，由于水流的慣性，液體仍在旋轉(zhuǎn)。但 值顯然逐漸減小，此時所看到的絮凝體 往往明顯地優(yōu)于攪拌時的絮凝體。其原因也較清楚，由于 值減小，其極限沉速就相應(yīng) 增大， 0 反應(yīng)時間 （ t ） 顆粒沉速 V V 0 V m a x 攪拌試驗曲線 理論曲線 圖 2.3 試驗曲線圖 雖然此時的絮凝時間尚達不到相應(yīng)的極限沉速，但顆粒還是向加大的方向發(fā)展。 因此，為了探索合理的絮凝水流條件，就應(yīng)該對不同 值情況下的絮凝分別進行試G 驗。圖 2.4 所示為可能獲得的一組試驗結(jié)果。a、b 、c 分別代表低、中、高三種不同的 值，按照理論曲線(虛線)應(yīng)該出現(xiàn) 值越高，增長越快。但實際情況在在有所出入。在GG 開始階段無凝應(yīng)該是 值越高絮凝效果增長越快。因為此時顆粒尚屬細小。碰撞產(chǎn)生的 絮凝作用應(yīng)是主要的。但是當(dāng)顆粒增長到某一程度后，顆粒聚集受到一定限制，還將受 到破碎的影響，也就是逐步趨向于某一極限沉速。由于 值高的，極限沉速小，而 值GG 低的，極限沉速大，因而它們的試驗曲線必然相交(如圖 2.4 中的 A 點及 B 點)；也就是說， 當(dāng)用 C 的 值反應(yīng) 時，與用 b 的 值反應(yīng) 時，將獲得同樣的顆粒沉速。同樣，對用GAtGAt c 的 值反應(yīng) 時，與用 a 的 值反應(yīng) 時應(yīng)具同等效果。然而當(dāng)絮凝時間超過交點時，BB 低的 值將可獲得較快的顆粒沉速增長，高的 G 值沉速增長反而減慢，這也就是絮凝池 設(shè)計中采用改變流速的原因。由圖 2.4 可知，如果不考慮絮凝時間的長短，采用低的 值G 可以獲得較好的絮凝效果。但是這樣的設(shè)計顯然也是不合理的。因為絮凝池合理設(shè)計的 目的就是要求以最短的時間獲得最好的效果。 顆粒沉速 V 反應(yīng)時間 （ t ） t B t A 0 C V b m a x V c m a x C a b b a BA 圖 2.4 試驗結(jié)果圖 圖 2.4 所示的試驗結(jié)果，對進行絮凝池的合理設(shè)計很為有用，后面將作進一步討論。 此外，如前所述，絮凝效果不僅與水流條件( 值)有關(guān)，而且也與處理水的性質(zhì)有很G 工業(yè)廢水處理廠絮凝攪拌機的設(shè)計 15 大關(guān)系。那么在這樣的試驗中，水質(zhì)的差異能否得到反映，這是需要考慮的。 從絮凝角度考慮的水質(zhì)特征，主要應(yīng)包括原水的顆粒濃度，顆粒的絮凝能力以及顆 粒的抗剪強度。 顆粒濃度高，粒間的接觸機會多，因而就具有較迅速增大顆粒的可能。如果單體顆 粒的絮凝能力和抗剪強度都一樣，那么濃度的高低基本上對其極限沉速值不會產(chǎn)生很大 影響。但如果考慮除水流切應(yīng)力外，顆粒碰撞時尚有其衡量的作用，則可能出現(xiàn)高濃度 的極限沉速略小于低濃度的現(xiàn)象。當(dāng)然，對于濃度高到某一程度(例如污泥循環(huán)等類型)， 是否尚有其它絮凝作用機理，尚有待進一步探討。因此圖 2.5a 所示的二條曲線大致上反 映了其它條件相同時濃度高低的影響。由圖可見。一般情況下，達到同一沉速所需的絮 凝時間隨濃度增加而減少。 絮凝能力強 （ c ） 反應(yīng)時間 （ t ） v m a x v m a x 理論曲線 抗剪強度強 抗剪強度弱 顆 粒 沉 速 V 0 顆 粒 沉 速 v 0 t 1 t 2 高濃度 理論曲線 低濃度 反應(yīng)時間 （ t ） 絮凝能力弱 （ a ） （ b ） 0 顆 粒 沉 速 v 反應(yīng)時間 （ t ） 圖 2.5 反應(yīng)曲線圖 顆粒的絮凝能力在絮凝過程中起著重要作用。例如由于混凝劑選擇不當(dāng)或加注量不 足，均可使顆粒缺乏必要的絮凝能力，此時，即使接觸機會很多，然而其聚集效果卻很 差。對這些絮凝能力差的水質(zhì)，其絮凝進展必然非常緩慢，相應(yīng)的極限沉速也很低。而 要達到極限沉速所需的時間也很長，實際生產(chǎn)中，往往采用不斷調(diào)整混凝劑加注量的辦 法，來調(diào)節(jié)絮凝效果，其實質(zhì)也就是不斷改變顆粒凝絮能力，以滿足絮凝的要求。圖 2.5b 的曲線代表了絮凝能力的影響。由圖可知，對絮凝能力弱的處理水，其無效碰撞占 有重要比例。 顆粒的抗剪強度取決于原水顆粒性質(zhì)以及絮凝體的組成結(jié)構(gòu)。例如對于主要由色度 組成的原水，由于膠體所帶負電荷較強，聚集顆粒組成的結(jié)構(gòu)就與一般濁度組成的原水 不同。相應(yīng)的抗剪強度也有所區(qū)別。顆?？辜魪姸鹊拇笮≈苯佑绊懼跄w粒的極限沉 速，抗剪強度大，允許的極限沉速也大。圖 2.5c 曲線代表了抗剪強度的影響。由圖可知， 如顆粒的絮凝能力相同，則在其開始反應(yīng)階段，抗剪強度的影響不顯著。只有接近其極 限沉速時，將產(chǎn)生明顯的區(qū)別。 以上只是根據(jù)某些理論以及概念所作的分析。事實上水質(zhì)條件還要復(fù)雜得多，除了 上述這些影響因素外，還可能存在其它影響絮凝的因素。但是作為絮凝過程的實際試驗， 基本上能綜合反映這些因素的影響，因而較接近真實絮凝池的絮凝過程。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 16 2.4 反應(yīng)池的技術(shù)要求及設(shè)計效果 通過以上這些分析，我們可以得到這樣的初步概念： 1）用 G 值相似可以大體模擬絮凝他的水流條件； 2）采用真實的水樣，基本代表了處理水的絮凝特性； 3）處理水的絮凝特性，能在攪拌試驗結(jié)果中得到綜合反映； 4）因此，攪拌試驗的結(jié)果基本上反映了真實絮凝池的絮凝情況。 我們現(xiàn)在設(shè)計的絮凝池要適應(yīng)大多數(shù)廠家的廢水凈化工作。所以其設(shè)計要求為： 1）絮凝池分為 3 格； 2）每格絮凝池的體積為 。340m 為了滿足絮凝池的體積要求，結(jié)合現(xiàn)在大多數(shù)廠家的絮凝池規(guī)格，設(shè)計絮凝池尺寸 如下： 每格反應(yīng)池長 ，寬 ，池子高 ，容積 。3.1.432.m 其流程圖如圖 2.6 所示： 圖 2.6 絮凝池的流程圖 機械絮凝池剖面示意如圖 2.7 所示： 圖 2.7 機械絮凝池剖面示意圖 1-槳板；2- 葉輪；3- 旋轉(zhuǎn)軸；4- 隔墻 工業(yè)廢水處理廠絮凝攪拌機的設(shè)計 17 三維絮凝池攪拌機如圖 2.8 所示： 圖 2.8 絮凝池攪拌機三維視圖 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 18 3 攪拌機的結(jié)構(gòu)設(shè)計 本章提到攪拌機的設(shè)計主要是槳葉的設(shè)計。攪拌槳葉的形式多種多樣，但無論何種槳 葉形式，攪拌機在操作時，其軸功率消耗都產(chǎn)生兩部分作用，一部分是槳葉產(chǎn)生的排液 量，另一部分是槳葉產(chǎn)生的壓頭。槳葉產(chǎn)生的壓頭又可分成兩部分，即靜壓頭和剪切力； 攪拌機槳葉在操作時，必須克服靜壓頭，而剪切力使得物料分散、混合。因此，根據(jù)槳 葉產(chǎn)生排液量，克服靜壓頭和產(chǎn)生剪切力能力的大小，可將所有槳葉分成三種基本類型， 即流動型、壓頭型和剪切型。每一種槳葉在提供某種基本作用的同時（如流動型槳葉的 基本作用是產(chǎn)生排液量） ，也提供另外兩種作用（產(chǎn)生剪切和克服靜壓頭） 。 3.1 設(shè)計數(shù)據(jù) （1）絮凝攪拌池設(shè)三檔攪拌機，攪拌池分為三格，如圖 3.1； （2）每格反應(yīng)池長 ，寬 ，水深 ，容積 ；3.1m.4.m32. （3）各檔攪拌速度梯值 G 取 之間；1207S （4）絮凝池水溫平均溫度 ，水的粘度 為 。5 3.10.Pas 圖 3.1 絮凝池示意圖 3.2 設(shè)計要求 （1）上層攪拌器槳葉頂端應(yīng)設(shè)于池子于水面下 處，下層攪拌器槳葉底端應(yīng)設(shè)于0.3m 距池底 處，槳葉外緣與掣側(cè)壁間距不大于 ，如圖 3.2 所示；0.5m25 （2）每片槳葉的寬度，一般用 ，槳葉的總面積不應(yīng)超過反應(yīng)池水截面103 積的 。當(dāng)超過 時整個池水將與槳板同步旋轉(zhuǎn)，故設(shè)計中必須考慮避免出現(xiàn)%25 這種現(xiàn)象； （3）攪拌機軸設(shè)在每格池子的中心處，攪拌機軸和槳葉等部件應(yīng)進行必要的防腐蝕 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 19 處理。 圖 3.2 攪拌機裝配圖 3.3 設(shè)計計算數(shù)據(jù) 設(shè)計中主要是進行以下幾方面的工作： 1）絮凝攪拌的檔數(shù)：一般絮凝池內(nèi)設(shè) 3-6 檔不同攪拌強度攪拌機，因此絮凝池分為 3-6 倍； 2）攪拌軸的安裝方式； 3）攪拌器槳葉的中心處的線速度(相當(dāng)于池中水流平均速度) ，一般自第一/ms 檔的 逐漸變小至末檔的 ，最大不超過 ；0.56/ms0.12/ms0.3 4）各檔攪拌機攪拌速度梯值 ，一般取 ；G17S 5）液體溫度應(yīng)取平均溫度，水的粘度 按規(guī)定值取用， 。.Pa1.4 Pas 工業(yè)廢水處理廠絮凝攪拌機的設(shè)計 20 3.4 槳葉的設(shè)計 槳葉的設(shè)計包括槳葉結(jié)構(gòu)尺寸確定，攪拌器轉(zhuǎn)速計算以及攪拌功率計算。 3.4.1 槳葉結(jié)構(gòu)尺寸確定 （1）每檔絮凝攪拌機獨立傳動，設(shè)雙層框式攪拌器，每個框式攪拌器設(shè)四片豎立槳 葉，槳葉寬度由設(shè)計要點知其范圍為 之間，則本設(shè)計選取寬度 ：0.1-3mB.2B 長度 由公式 可知：L/.98dD 槳葉和池子長度之比選 ， 又知池子長度為 ，則長度3.1m0.913.8L 所以槳葉的