2.1混凝设备

第二章化学法污水处理设备第一节混凝设备第二节电解槽第三节氯氧化设备第四节臭氧氧化设备混凝法•混凝法是向污水中投加一定量的药剂，经过脱稳、架桥等反应过程，使水中的污染物凝聚并沉降。水中呈胶体状态的污染物质通常带有负电荷，胶体颗粒之间互相排斥形成稳定的混合液，若水中带有相反电荷的电介质（即混凝剂）可使污水中的胶体颗粒改变为呈电中性，并在分子引力作用下凝聚成大颗粒下沉。•这种方法用于处理含油废水、染色废水、洗毛废水等，该法可以独立使用，也可以和其他方法配合使用，一般作为预处理、中间处理和深度处理等。常用的混凝剂则有硫酸铝、碱式氯化铝、硫酸亚铁、三氯化铁等。混凝与絮凝•混凝：包括原水投药并与水混合、药反应（脱稳、絮凝）形成大颗粒的絮凝物的两个阶段的整个过程。•絮凝：混凝剂入水反应使胶体颗粒脱稳后，从形成微小絮凝物到微小絮凝物之间互相吸附长大而沉降分离的过程。•絮凝是混凝的一个步骤。调配方法与设备•混凝剂的投配分干法和湿法。•干投法是将经过破碎易于溶解的药剂直接投放到被处理的水中。干投法占地面积小，但对药剂的粒度要求较严，投配量较难控制，对机械设备的要求较高，劳动条件较差，目前较少采用。•湿投法是将药剂配制成一定浓度的溶液，再按处理水量大小定量投加。•在溶药池内将固体药剂溶馋成浓溶液。搅拌方式可采用水力、压缩空气或机械等方式，一般投药量小时用水力搅拌，投药量大时用机械搅拌。溶药池体积一般为溶液池体积的0.2～0.3倍。投药设备投药设备包括投加和计量两部分。(1)投加方式及设备•高位溶液池重力投加装置依靠药液的高位水头直接将混凝剂溶液投入管道内。•虹吸定量投加装置利用变更虹吸管进口、出口高度差H控制投配量。见图2-4。•水射器投加装置该系统利用射流原理，将压力水喷人混合室形成真空，吸入配好的药液，其设备简单，使用方便，工作可靠，常用于向压力管内投加药液和药液的提升。•水泵投加可用耐酸泵与转子流量计配合使用，也可采用计量泵，不另设计量设备。计量设备•孔口计量装置见图2-6及图2-7。利用苗嘴和孔板等装置使恒定水位下孔口自由出流时的流量为稳定流量。可改变孔口断面来控制流量。•浮子或浮球阀定量控制装置见图2-8及图2-9。因溶液出口处水头H不变，流量也不变，可通过变更孔口尺寸来控制投配量。•转子流量计根据水量大小选择成套转子流量计的产品进行测量。混合与搅拌设备•混合设备是完成凝聚过程的重要设备。它能保证在较短的时间内将药剂扩散到整个水体，并使水体产生强烈紊动，为药剂在水中的水解和聚合创造了良好的条件。一般混合时间约为2min左右，混合时的流速应在1.5m/s以上。常用的混合方式有水泵混合、隔板混合和机械混合。1.水泵混合•将药剂加于水泵的吸水管或吸水喇叭口处，利用水泵叶轮的高速转动达到快速而剧烈混合目的，取得良好的混合效果，不需另建混合设备，但需在水泵内侧、吸入管和排放管内壁衬以耐酸、耐腐材料，同时要注意进水管处的密封，以防水泵汽蚀。当泵房远离处理构筑物时不宜采用，因已形成的絮体在管道出口一经破碎难于重新聚结，不利于以后的絮凝。2.隔板混合•图2-10为分流隔板式混合槽。槽内设隔板，药剂于隔板前投入，水在隔板通道间流动过程中与药剂充分混合。混合效果比较好，但占地面积大，水头损失也大。•图2-11为多孔隔板式混合槽，槽内设若干穿孔隔板，水流经小孔时做旋流运动，使药剂与原水充分混合。当流量变化时，可调整淹没孔口数目，以适应流量变化。缺点是水头损失较大。•隔板间距为池宽的两倍，也可取60～100cm，流速取值在1.5m/s以上，混合时间一般为10～30s。3.机械混合•多采用结构简单、加工制造容易的桨板式机械搅拌混合槽，如图212所示。混合槽可采用圆形或方形水池，高(H)约3～5m，叶片转动圆周速度为1.5m/s以上，停留时间约10～15s。•为加强混合效果，可在内壁设四块固定挡板，每块挡板宽度6取(1/10～1/12)D(D为混合槽内径)，其上、下缘距静止液面和池底皆为D/4。•机械搅拌混合槽的主要优点是混合效果好且不受水量变化的影响，适用于各种规模的处理厂，缺点是增加了机械设备，相应增加了维修工作量。反应设备反应设备根据其搅拌方式可分为水力搅拌反应池和机械搅拌反应池两大类。水力搅拌反应池有平流式或竖流式隔板反应池、回转式隔板反应池、涡流式反应池等形式。1.隔板反应池的设计隔板反应池主要有往复式和回转式两种往复式隔板反应池是在一个矩形水池内设置许多隔板，水流沿两隔板之间的廊道往复前进。隔板间距(廊道宽度)自进水端至出水端逐渐增加，从而使水流速度逐渐减小，以避免逐渐增大的絮体在水流剪切力下破碎。水流在廊道间往返流动，造成颗粒碰撞聚集达到絮凝效果，水流的能量消耗来自反应池内的水位差。回转式反应池•往复式隔板反应池在水流转角处能量消耗大，但对絮体成长并不有利。在180。的急剧转弯处，虽会增加颗粒碰撞概率，但也易使絮体破碎。为减少不必要的能量消耗，于是将180度转弯改为90度转弯，形成回转式反应池。为便于与沉淀池配合，水流自反应池中央进入，逐渐转向外侧。廊道内水流断面由中央至外侧逐渐增大，原理与往复式相同。隔板反应池设计参数及要点•①池数一般不少于两座，反应时间为20～30min，色度高、难沉淀的细颗粒较多时宜采用高值。•②池内流速应按高速设计，进口流速一般为0.5～0.6m/s，出口流速一般为0·2～0.3m/s。通常用改变隔板的间距以达到改变流速的要求。•③隔板净间距应大于0.5m，小型反应池采用活动隔板时可适当减小间距。进水管口应设挡板，避免水流直冲隔板。•④反应池超高一般取0.3m。•⑤隔板转弯处的过水断面面积应为廊道断面面积的1.2～1.5倍。•⑥池底坡向排泥口的坡度一般取2%～3%，排泥管直径不小于150mm。•⑦速度梯度(G)与反应时间(￡)的乘积Gt可间接表示整个反应时间内颗粒碰撞的总次数，可用来控制反应效果。当原水浓度低，平均G值较小或处理要求较高时，可适当延长反应时问，以提高Gt值，改善反应效果。一般平均G值约在20～70s之间为宜，Gt值应控制在104～105之间。机械搅拌反应池的设计机械搅拌反应池根据转轴的位置可分为水平轴式和垂直轴式两种，垂直轴式应用较广，水平轴式操作和维修不方便，目前较少应用。设计参数及要点•①池数一般不少于2座。•②每座池一般设3～4挡搅拌器，各搅拌器之间用隔墙分开以防水流短路，垂直搅拌轴设于池中间。•③搅拌叶轮上桨板中心处的线速度自第一挡0.5～0.6m/s逐渐减小至0.2～0.3m/s。线速度的逐渐减小，反映了速度梯度G值的逐渐减小。•④垂直轴式搅拌器的上桨板顶端应设于池子水面下0.3m处，下桨板底端设于距池底0.3～0.5m处，桨板外缘与池侧壁间距不大于0.25m。•⑤桨板宽度与长度之比6/z=1/10～1/15，一般采用6=0.1～0.3m。每台搅拌器上桨板总面积宜为水流截面的10%～20%，不宜超过25%，以免池水随桨板同步旋转，减弱絮凝效果。水流截面积是指与桨板转动方向垂直的截面积。•⑥所有搅拌轴及叶轮等机械设备应采取防腐措施。轴承与轴架宜设于池外，以免进入泥沙，致使轴承严重磨损和轴杆折断。涡流式反应池的设计要点•涡流式反应池的结构如图所示。•下半部为圆锥形，水从锥底部流入，形成涡流，涡流边扩散边上升，锥体面积也逐渐扩大，上升速度逐渐由大变小，这样有利于絮凝体的形成。•涡流式反应池的设计参数及要点如下。•①池数不少于2座，底部锥角呈30。～45。，超高取0.3m，反应时间6～10min。•②入口处流速取0.7m/s，上侧圆柱部分上升流速取4～6cm|s，•③在周边设积水槽收集处理水，也可采用淹没式穿孔管收集处理水。•④每米工作高度的水头损失控制在0.02～0.05m。澄清池澄清池基本原理•澄清池是一种将絮凝反应过程与澄清分离过程综合于一体的构筑物。•在澄清池中沉泥被提升起来并使之处于均匀分布的悬浮状态，在池中形成高浓度稳定的活性泥渣层。该层悬浮物浓度约为3～10g/L。原水在澄清池中由下向上流动，泥渣层由于重力作用在上升水流中处于动态平衡状态。当原水通过活性泥渣层时，利用接触絮凝原理，原水中的悬浮物便被活性泥渣层阻留下来，使水获得澄清，清水在澄清池上部被收集。•正确选用上升流速，保持良好的泥渣悬浮层，是澄清池取得较好处理效果的基本条件。澄清池的工作特征•澄清池的工作效率取决于泥渣悬浮层的活性与稳定。泥渣悬浮层是在澄清池中加入较多的混凝剂，并适当降低负荷，经过一定时间运行后逐步形成的。为使泥渣悬浮层始终保持絮凝活性，必须让泥渣层处于新陈代谢的状态。即一方面形成新的活性泥渣，另一方面排除老化了的泥渣。澄清池的类型•澄清池从工作原理上可分为泥渣悬浮型和泥渣循环型两大类。•①泥渣悬浮澄清池•a.悬浮澄清池•原水由池底进入，靠向上的流速使絮凝体悬浮。因絮凝作用，悬浮层逐渐膨胀，超过一定高度时，通过排泥窗口排入泥渣浓缩室，经压实后定期排出池外。这种澄清池在进水量或水温生变化时，悬浮层工作不稳定，目前较少采用。•b.脉冲澄清池•进水通过配水竖井，向池内脉冲式间歇进水。在脉冲作用下，池内悬浮层一直周期性地处于膨胀和压缩状态，进行一上一下的运动。这种脉冲作用使悬浮层的工作稳定，断面上的浓度分布均匀，并加强了颗粒的接触碰撞，改善了混合絮凝的条件，从而提高了净水效果。泥渣循环澄清池•机械加速澄清池是将混合、絮凝反应及沉淀工艺综合在一个池内，如图2-21所示。池中心有一个转动叶轮，将原水和加入的药剂同澄清区沉降下来的回流泥浆混合，促进较大絮体的形成。泥浆回流量是进水量的3～5倍，可通过调节叶轮开启度来控制。为保持池内悬浮层浓度的稳定，要排除多余的污泥，所以在池内设有1～3个泥渣浓缩斗。当池子直径较大或进水含砂量较高时，需装设机械刮泥机。该池的优点是效率较高且比较稳定；对原水水质和处理水量的变化适应性较强；操作运行比较方便，应用较广泛。机械加速澄清池水力循环加速澄清池•图2-22为水力循环加速澄清池。原水由底部进入池内，经喷嘴喷出。喷嘴上面为混合室、喉管和第一反应室。喷嘴和混合室组成一个射流器，喷嘴高速水流将池子锥形底部含有大量絮凝体的水吸进混合室，与进水掺合后，经第一反应室喇叭口溢流进入第二反应室。吸进去的流量称为回流，为进口流量的2～4倍。第一反应室和第二反应室构成一个悬浮层区，第二反应室的出水进入分离室，相当于进水量的清水向上流向出口，剩余流量则向下流动，经喷嘴吸入与进水混合，再重复上述水流过程。该池无需机械搅拌设备，运行管理比较方便；锥底角度大，排泥效果好。但反应时间较短，造成运行上不够稳。昆凝刑定，不能适用于处理大水量。机械加速澄清池设计参数及要点•澄清池中各部分是相互牵制、互相影响的，计算往往不能一次完成，需在设计过程中做相应的调整。•①原水进水管、配水槽原水进水管流速一般在1m/s左右，进水管接入环形配水槽后向两侧环形配水，配水槽断面设计流量按1/2计算。配水槽和缝隙的流速均采用0.4m/s左右。•②反应室水在池中总停留时间一般为1.2～1.5h。第一反应室、第二反应室停留时间一般控制在20～30min。第二反应室计算流量为出水量的3～5倍(考虑回流)。第一反应室、第二反应室(包括导流室)和分离室的容积比一般控制在2：1：7。第二反应室和导流室的流速一般为40～60mm/s。•③分离室上升流速一般采用0.8～1.1。mm/s。当处理低温、低浊度水时可采用0.7～0.9mm/s。•④集水槽集水方式可选用淹没孔集水槽或三角堰集水槽。孔径为20～30mn，，过孔流速为0.6m/s，集水槽中流速为0.4～0.6m/s，出水管流速为1.Om/s左右。穿孔应考虑超载系数口，取值1.2～1.5。•⑤泥渣浓缩室根据澄清池的大小，可设泥渣浓缩斗1～3个，泥渣斗容积约为澄清池容积的1%～4%，小型池可只用底部排泥。进水悬浮物含量1g/L或池径≥24m时，应设机械排泥装置。搅拌一般采用叶轮搅拌，叶轮提升流量为进水流量的3～5倍。叶轮直径一般为第二反应室内径的0.7～0.8倍。叶轮外缘线速度为0.5～1.Om/s。