机械搅拌澄清池研究进展

冯斯孝

【摘 要】机械搅拌净化池主要部件组成包括集水槽、支撑桥、变速驱动装置、进出水管、加药管、取样管、泥渣排放管、底部轴承及轴承座、底部轴承润滑管、底部轴承支架、第一反应室、第二反应室、导流板、泥渣搅拌浆、搅拌叶轮、搅拌机轴、刮泥机轴、刮泥机臂、顶部支撑钢结构等。机械搅拌澄清池是将混合室和反应室整合在一起，即原水直接进入第一反应室内。搅拌机叶片以及涡轮的搅拌上升、进水、药剂和大量回流泥渣快速接触混合，在第一反应室完成机械反应，并且与回流泥渣中原的泥渣再次碰撞吸附，形成较大的絮状物，再由涡轮提升到第二反应室。分离是通过折流到澄清区来进行的。清水的上升通过集水槽被引出，泥渣在澄清区的下部回流到第一反应室，用刮泥机刮集到泥斗，通过池底排泥阀控制排出，达到原水澄清分离的效果。

【关键词】搅拌机;刮泥耙;沉降比;搅拌速度;低温低浊水

1机械搅拌澄清池搅拌机、刮泥机设计进展

1.1搅拌机设计进展

1999年建设部确认了机械搅拌澄清池搅拌机的设计标准，规定了搅拌机的型式、规格、技术要求、试验方法及检验规则。搅拌机由电动机、减速装置、主轴、调流机构、叶轮和桨板构成。机械搅拌澄清池搅拌机产品旧标准进行修改，升级旧型号设备，规范新型搅拌机，利用CFD模拟技术检测新型搅拌机的性能，完善机械搅拌澄清池搅拌机的产品工业标准，推动水处理行业的发展。新标准根据葉轮的不同，将原来的搅拌机系列命名为搅拌型叶轮搅拌机，将新型搅拌机命名为加速型叶轮搅拌机，区别在于前者搅拌机的尺寸大，旋转速度慢，位置复杂，后者是相反的。

1.2刮泥机设计进展

机械搅拌澄清池刮泥机是用于刮泥的设备，主要由驱动装置、主轴及刮泥耙组成。工作时通过刮泥耙回转运动将沉于池底的泥渣刮至中心泥斗。2015年住房城乡建设部批准新的机械搅拌澄清池刮泥机产品标准，其规定了机械搅拌澄清池刮泥机规格、参数、材料要求等，将刮泥机按照传动方式分为中心传动和销齿传动两种型式。其中，中心传动式刮泥机根据澄清池池底型式分为弧线形池底中心传动和直线形池底中心传动两种型式。

2机械搅拌澄清池运行优化

2.1搅拌速度

当制水量为小水量（80000-90000m3/D）时，揽伴速率为4r/min的水质最优，机械搅拌澄清池的出水浊度持续保持最低，为0.4-0.5NTU;当制水量为常规制水量（100000-120000m3/D）时，揽伴速率为4r/min的出水独度和颗粒数最低。当制水量为高峰水量（140000-150000m3/D）、揽伴速率为5-5.5r/min条件下，澄清池出水浊度和颗粒物总数最优。通过优化机械搅拌澄清池的搅拌速度来提髙澄清池的出水水质，同时实现节能降耗的目的。当机械澄清池搅拌机的转速在150r/min时，第二反应室未能形成泥渣，第一反应室沉降比髙，清水区出现悬浮物，出水水质差;当搅拌机转速为300r/min时，第二反应室出现泥渣，第一反应室沉降比下降，清水区无明显悬浮物;当揽拌机转速为600r/min时，转速过高导致泥渣层上浮，出水水质差;因此，最适合搅拌机转速为300-400r/min。

2.2沉降比

控制第二反应区沉降比是控制机械搅拌澄清池出水质量的重要因素之一。当机械搅拌澄清池进水流量控制在300-400T/h，絮凝剂投加量为10mg/L时，机械搅拌澄清池第二反应区沉降率由5%提高到40%，当第二反应区沉降比超过一定范围时，出水水质下降，沉降率过低，不能形成泥浆层。将进水pH值控制在6.5-7.5，投加量为14mg/L，调整机械搅拌澄清池第二反应区的沉降比，以检测出水水质的变化。结果表明，当机械搅拌沉淀池第二反应室的沉降比由12%提高到44%时，CODFC的浊度和出水胶体量都有不同程度的提高，沉降比控制在10%≤20%时效果更好。

2.3原水pH

原水中如果存在大量的细菌和藻类微生物，当藻类进行光合作用时，吸收碳元素，释放出氧气和氢氧根离子，使原水中的氧气和pH上升。夏季藻类大量繁殖可使原水的PH值上升到9.0或以上。当机械搅拌澄清池使用铝盐作为混凝剂时，PH直接影响铝盐水解产物，混凝最佳pH值为6.5-7.5。当藻类繁殖严重时，提高二氧化氯杀菌剂投加量至2.4mg/L，同时提高混凝剂投加量至11.2mg/L，可使出水浊度小于2NTU。

2.4其他优化

机械揽拌澄清池具有较高的改造潜力。在机械搅拌澄清池原水管道上增设管道静态混合器能够使混凝剂快速均匀地与水混合，可增强原水与药剂的混合效果。同时，在机械搅拌澄清池第一、二反应室增设微涡流絮凝器，通过水的涡流流动，增加流苏梯度以及紊乱程度，提髙絮凝效率。通过改造优化能在保证出水水质合格的情况下，使澄清池产水量提高30%以上。利用CFD模拟机械搅拌澄清池搅拌机提升叶轮的运行倩况，并绘制其相关性能曲线。结果表明，直叶片叶轮较弯曲叶片叶轮提升能力稍弱，随叶轮直径增大，差异显著。随着叶轮转速增大，直叶片轮叶与曲叶轮提升性能差异减小。叶轮与进水口之间的距离能影响提升效果，应调节到适当距离以达到最高的提升效率。

3机械搅拌澄清池的应用

3.1低温低浊度水

低温低浊度水是最难处理的水质之一。低温使水的黏度增大，7JC在流动时，分子间的内摩擦力増大，减少了胶体粒子之间的单位时间、单位体积的碰撞次数，不利于胶体凝聚、成长，同时浊度低的水体中颗粒分散均匀、稳定性高，达到电中和所需的混凝剂少，也不利于胶体颗粒的凝聚和成长。通过在清水区加装高度为1m，倾斜度为60°的斜管使得清水区水流平稳;同时，通过上下延升导流板、加高出水堰槽、增大污泥回流缝等一系列措施使适用于高浊度水的机械搅拌澄清池能够处理低温低浊度水，出水浊度为0.83NTU，除浊率提升至90.7%，同时，产水量由150m3/h提升至350m3/h。通过调整PAC投加量至35mg/L、小排泥周期T=6h、揽伴机转速为3r/min等运行参数来处理低温低浊度水，使得出水浊度降低至4.3NTU。

3.2尾矿水

为了改进池体的结构，设计刮泥机、提升搅拌机、排泥防堵搅拌机三套同心结构，采用数百万吨米带齿回转支承和多组电机同步驱动的刮泥耙驱动机构，增加协办与供水设备等方面的设计，满足澄清池直径大、处理量大、澄清效率高、多用途要求。结果表明，该机械搅拌澄清池的最小灰分含量为1800mg/L，最大尾矿水处理量为9-12%，给水灰分小于0.2%，满足生产要求。

4研究与展望

机械酔澄清池单位面积产水量大、对水温、水质变化适应性强，但设备昂贵、总造价较高、后期运营维护费用较高。在运行过程中反应池短流或者水量不稳定容易造成絮凝反应强度不足、絮凝体沉降性能差、底部的污泥利用率较低、絮凝沉淀效果较差等问题。如何对机械搅拌澄清池进行改造或与其他形式的沉淀池组合，以提高絮凝效率，降低建设和使用成本将是今后研究的重点。

参考文献：

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[2]刘建斌，楚尚烨，范飞，等.高效澄清池在污水处理改造工程中的应用[J].环境工程，2017.

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（作者单位：华能海南发电股份有限公司东方电厂）