浅析机械搅拌絮凝池的优缺点及应用前景

  不少设计中把机械搅拌设置在絮凝的初期，因为开始阶段隔板反应较难布置。絮凝开始阶段要求流速大，断面小，对于处理水量较小的絮凝池往往满足不了构造尺寸要求。为弥补这个缺陷，可以在反应的开始阶段布置机械搅拌絮凝池[8]。对于处理水量较大的情况，则能够使用给机械搅拌絮凝池配备变频调速电动机，通过调节电动机的频率来控制搅拌的强度，中后期再配以隔板或者栅条（网格）等别的形式的絮凝池，这样既能大大的提升絮凝的效果和效率，又节省了投资，为其普遍的使用奠定了技术基础。

  为了布置方便设计时多将每个搅拌机的作用范围布置成一样也就是每个g值的絮凝时间是相同的机械搅拌絮凝池的应用前景机械搅拌絮凝池可较好地适应水量变化水头损失小易调节如配以无级变速机械装置可使反应达到最佳状态因而在我国使用较广但由于机械设备和造价方面的原因使其范围受到一定的限制因而在设计中可以与隔板絮凝栅条网格絮凝等其他水力搅拌的形式组合利用以便发挥各自的优势

  机械搅拌絮凝池主要由桨板、叶轮、旋转轴、隔墙、池壁组成，其是被大范围的应用于科研、教学和生产中的絮凝装置，通过机械搅拌絮凝池的实验，不但可以选择投加药剂的种类、数量，还能确定混凝的最佳条件[2]。机械搅拌絮凝池内设搅拌机，搅拌靠机械力实现，即叶片搅拌完成絮凝过程。叶片可以作旋转运动，也可以作上、下往复运动，目前我国多采用旋转方式。传统的机械絮凝池的搅拌器少部分采用网浆形式，大多采用桨板式叶轮，其在20世纪70～80年代国内使用较多，并且有了较系统的池型设计规范和搅拌器设计方法，使用效果也较好。为了确认和保证沉淀池的沉淀效果，在絮凝池内结成较大的絮体需要有足够的絮凝时间及相应的水力条件。絮凝时间一般都会采用15～30min，并控制絮凝速度使其平均速度梯度G值达到10~75s-1（一般控制在30～50s-1），使GT值在104～105范围内以保证絮凝过程的充分和完善。机械搅拌可采用多级串联方式，大型水厂则采用分级搅拌方式，一般内设3～4挡搅拌机。

  我国目前使用比较广泛的絮凝反应设备有水力搅拌式和机械式两类，水力搅拌式主要以隔板絮凝池为主，机械式主要以机械搅拌絮凝池为主。隔板絮凝池运行维护费用低、便于管理，但不便调节，如使用较广的隔板絮凝池开始阶段的转折有利于絮凝反应，而后阶段的转折则会造成絮凝颗粒破碎；断面尺寸过小对清洗和施工都较为困难；流速过大势必造成转折处的G（速度梯度）值过大，速流过小又将在反应槽内产生沉淀等。机械搅拌絮凝池是完成絮凝工艺的重要单元操作，其具有处理效率高，絮凝效果良好，不受水量变化的影响，单位面积产水量较大，对水温、水质变化的适应能力强等优点，目前已大范围的应用于各种水处理工艺，但絮凝设备昂贵，造价高，运营费用高于隔板絮凝池，其次，它在运行过程中存在反应池短流和水量不稳定造成的反应强度不足，絮体沉降性能差，污泥在絮凝反应中的利用率不高，絮凝效果不甚理想等问题[1]。因此，对机械搅拌澄清池做到合理改造，以提高其絮凝效能十分必要。在现实中多采用把机械搅拌絮凝池和别的形式的絮凝池组合利用，以此来提高机械搅拌絮凝池的利用效率。

  水平轴式机械搅拌器的驱动装置位于池外，一套驱动装置能串联几组桨板叶轮，这与垂直轴式机械絮凝池相比有较大的优点，所以，水平轴式机械搅拌器在生产实践中的使用较多。絮凝池一般与沉淀池合建，这样可避免已形成的絮体在水流经过连接管道时被打碎，絮凝体一旦被打碎，很难再次絮凝[3]。

  在国外刚好相反，竖直轴絮凝搅拌器以其维护少，机械设备便于管理；设备操作灵活，容易控制转速；较小的水头损失；混合强度容易调节和控制；混凝效率高；一台絮凝搅拌器失灵对总体影响不大等特点而使用较多。

  机械搅拌絮凝池是较理想的絮凝形式，其承接于混合池出水的絮凝池，要求其在池内的水流速度由大变小逐渐转换。在较大的反应速度下使水中的胶体粒子发生较充分的碰撞吸附凝聚，在较小的反应速度下使水中的胶体颗粒结成较大而稠密的絮体（绒体），以便在沉淀池内除去[5]。

  摘要：通过一系列分析目前水平轴式机械搅拌絮凝池和垂直轴式机械搅拌絮凝池的优缺点，指出这两种机械搅拌絮凝池在絮凝方面存在的优势以及问题，并且提出了机械搅拌絮凝池的改进方向和应用前景。

  机械搅拌絮凝池可较好地适应水量变化，水头损失小，易调节，如配以无级变速机械装置可使反应达到最佳状态，因而在我国使用较广，但由于机械设备和造价方面的原因使其范围受到一定的限制，因而在设计中可以与隔板絮凝、栅条（网格）絮凝等其他水力搅拌的形式组合利用，以便发挥各自的优势。隔板絮凝池构造简单，管理方便，可以缩短絮凝时间，减小池容积，节省投资。栅条（网格）絮凝池的絮凝效果好，水头损失小，絮凝时间短[7]。

  竖直轴式搅拌池的驱动装置(如减速箱等)位于池顶，过去的减速箱密封技术不过关，有可能会出现漏气、漏油的情况，如果出现漏油的现象，不仅会增加企业的经营成本，更会造成水体的污染；另外，竖直轴式搅拌池的一个桨板就需要配备一套驱动装置，这样大大加大了水厂及企业的投资所需成本及运营费用，所以这种机械搅拌池在我国采用得不多[4]。

  在国外，机械搅拌絮凝池应用较多，搅拌器的布置形式也较多。搅拌器叶轮按流态可分为径向流式叶轮和轴向流式叶轮，轴向流式叶轮搅拌器不存在分区循环，单位功率产生的流量大，剪切速率小，且在桨叶附近较大范围内分布均匀，具有较强的最大防脱流能力，因此在生产实践中应用广泛。

  目前我国的水平轴式机械搅拌器的水平转动轴方向有与水流方向平行的，也有垂直的，但多为与水流方向平行。水平转动轴方向与水流方向平行能够大大减少水流的水头损失，同时增加水流的流速，减少的水头损失的大小和增加的流速的大小主要由机械搅拌的转速（即机械搅拌强度）控制，一般可由实验室内模拟絮凝流程得出相关的数据和动态图形。

  单个机械池接近于CSTR型反应器，故宜分格串联。分格较多，越接近PF型反应器，效果较好，但不能太多。机械絮凝池的串联级数不宜过多，一般考虑3-4级，用隔墙（或称导流墙）分隔数格，以避免水流短路，搅拌强度随絮凝体长大而逐格减小。它的速度梯度不受水量的影响，G值适应性也相当大，在国外它是主要的絮凝方式，但由于设备和维修等方面的原因，在国外应用受一定的影响。对合理分级，与别的形式结合时机械反应的设置位置等，这样造成了在机械絮凝过程中G值的变化次数减少。同一个搅拌桨板范围内，其G值可以认为相同。由于絮凝过程中G值的变化仅为3-4次，这就要求设计时格外的注意G值的选取。目前不少机械絮凝的布置，最大与最小的G值一般只差5-6倍。为了布置方便，设计时多将每个搅拌机的作用范围布置成一样，也就是每个G值的絮凝时间是相同的[6]。

  [7]黄继华,方永辉,程宵等.微涡流絮凝/斜管沉淀技术应用于机械搅拌澄清池改造[J].中国给水排水,2009,25(20):77-78.

  [8]谢水波,姜应和.水质工程学(上册)[M].北京:机械工业出版社,2009.

  [2]李燕城.水处理实验技术(第三版)[M].北京:中国建筑出版社,2009.