機械攪拌澄清池研究進展

馮斯孝

【摘 要】機械攪拌凈化池主要部件組成包括集水槽、支撐橋、變速驅動裝置、進出水管、加藥管、取樣管、泥渣排放管、底部軸承及軸承座、底部軸承潤滑管、底部軸承支架、第一反應室、第二反應室、導流板、泥渣攪拌漿、攪拌葉輪、攪拌機軸、刮泥機軸、刮泥機臂、頂部支撐鋼結構等。機械攪拌澄清池是將混合室和反應室整合在一起，即原水直接進入第一反應室內。攪拌機葉片以及渦輪的攪拌上升、進水、藥劑和大量回流泥渣快速接觸混合，在第一反應室完成機械反應，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室。分離是通過折流到澄清區來進行的。清水的上升通過集水槽被引出，泥渣在澄清區的下部回流到第一反應室，用刮泥機刮集到泥斗，通過池底排泥閥控制排出，達到原水澄清分離的效果。

【關鍵詞】攪拌機;刮泥耙;沉降比;攪拌速度;低溫低濁水

1機械攪拌澄清池攪拌機、刮泥機設計進展

1.1攪拌機設計進展

1999年建設部確認了機械攪拌澄清池攪拌機的設計標準，規定了攪拌機的型式、規格、技術要求、試驗方法及檢驗規則。攪拌機由電動機、減速裝置、主軸、調流機構、葉輪和槳板構成。機械攪拌澄清池攪拌機產品舊標準進行修改，升級舊型號設備，規范新型攪拌機，利用CFD模擬技術檢測新型攪拌機的性能，完善機械攪拌澄清池攪拌機的產品工業標準，推動水處理行業的發展。新標準根據葉輪的不同，將原來的攪拌機系列命名為攪拌型葉輪攪拌機，將新型攪拌機命名為加速型葉輪攪拌機，區別在于前者攪拌機的尺寸大，旋轉速度慢，位置復雜，后者是相反的。

1.2刮泥機設計進展

機械攪拌澄清池刮泥機是用于刮泥的設備，主要由驅動裝置、主軸及刮泥耙組成。工作時通過刮泥耙回轉運動將沉于池底的泥渣刮至中心泥斗。2015年住房城鄉建設部批準新的機械攪拌澄清池刮泥機產品標準，其規定了機械攪拌澄清池刮泥機規格、參數、材料要求等，將刮泥機按照傳動方式分為中心傳動和銷齒傳動兩種型式。其中，中心傳動式刮泥機根據澄清池池底型式分為弧線形池底中心傳動和直線形池底中心傳動兩種型式。

2機械攪拌澄清池運行優化

2.1攪拌速度

當制水量為小水量（80000-90000m3/D）時，攬伴速率為4r/min的水質最優，機械攪拌澄清池的出水濁度持續保持最低，為0.4-0.5NTU;當制水量為常規制水量（100000-120000m3/D）時，攬伴速率為4r/min的出水獨度和顆粒數最低。當制水量為高峰水量（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最優。通過優化機械攪拌澄清池的攪拌速度來提髙澄清池的出水水質，同時實現節能降耗的目的。當機械澄清池攪拌機的轉速在150r/min時，第二反應室未能形成泥渣，第一反應室沉降比髙，清水區出現懸浮物，出水水質差;當攪拌機轉速為300r/min時，第二反應室出現泥渣，第一反應室沉降比下降，清水區無明顯懸浮物;當攬拌機轉速為600r/min時，轉速過高導致泥渣層上浮，出水水質差;因此，最適合攪拌機轉速為300-400r/min。

2.2沉降比

控制第二反應區沉降比是控制機械攪拌澄清池出水質量的重要因素之一。當機械攪拌澄清池進水流量控制在300-400T/h，絮凝劑投加量為10mg/L時，機械攪拌澄清池第二反應區沉降率由5%提高到40%，當第二反應區沉降比超過一定范圍時，出水水質下降，沉降率過低，不能形成泥漿層。將進水pH值控制在6.5-7.5，投加量為14mg/L，調整機械攪拌澄清池第二反應區的沉降比，以檢測出水水質的變化。結果表明，當機械攪拌沉淀池第二反應室的沉降比由12%提高到44%時，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%時效果更好。

2.3原水pH

原水中如果存在大量的細菌和藻類微生物，當藻類進行光合作用時，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。當機械攪拌澄清池使用鋁鹽作為混凝劑時，PH直接影響鋁鹽水解產物，混凝最佳pH值為6.5-7.5。當藻類繁殖嚴重時，提高二氧化氯殺菌劑投加量至2.4mg/L，同時提高混凝劑投加量至11.2mg/L，可使出水濁度小于2NTU。

2.4其他優化

機械攬拌澄清池具有較高的改造潛力。在機械攪拌澄清池原水管道上增設管道靜態混合器能夠使混凝劑快速均勻地與水混合，可增強原水與藥劑的混合效果。同時，在機械攪拌澄清池第一、二反應室增設微渦流絮凝器，通過水的渦流流動，增加流蘇梯度以及紊亂程度，提髙絮凝效率。通過改造優化能在保證出水水質合格的情況下，使澄清池產水量提高30%以上。利用CFD模擬機械攪拌澄清池攪拌機提升葉輪的運行倩況，并繪制其相關性能曲線。結果表明，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。隨著葉輪轉速增大，直葉片輪葉與曲葉輪提升性能差異減小。葉輪與進水口之間的距離能影響提升效果，應調節到適當距離以達到最高的提升效率。

3機械攪拌澄清池的應用

3.1低溫低濁度水

低溫低濁度水是最難處理的水質之一。低溫使水的黏度增大，7JC在流動時，分子間的內摩擦力増大，減少了膠體粒子之間的單位時間、單位體積的碰撞次數，不利于膠體凝聚、成長，同時濁度低的水體中顆粒分散均勻、穩定性高，達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。通過在清水區加裝高度為1m，傾斜度為60°的斜管使得清水區水流平穩;同時，通過上下延升導流板、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，產水量由150m3/h提升至350m3/h。通過調整PAC投加量至35mg/L、小排泥周期T=6h、攬伴機轉速為3r/min等運行參數來處理低溫低濁度水，使得出水濁度降低至4.3NTU。

3.2尾礦水

為了改進池體的結構，設計刮泥機、提升攪拌機、排泥防堵攪拌機三套同心結構，采用數百萬噸米帶齒回轉支承和多組電機同步驅動的刮泥耙驅動機構，增加協辦與供水設備等方面的設計，滿足澄清池直徑大、處理量大、澄清效率高、多用途要求。結果表明，該機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%，滿足生產要求。

4研究與展望

機械酔澄清池單位面積產水量大、對水溫、水質變化適應性強，但設備昂貴、總造價較高、后期運營維護費用較高。在運行過程中反應池短流或者水量不穩定容易造成絮凝反應強度不足、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題。如何對機械攪拌澄清池進行改造或與其他形式的沉淀池組合，以提高絮凝效率，降低建設和使用成本將是今后研究的重點。

參考文獻：

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（作者單位：華能海南發電股份有限公司東方電廠）