摘要：混合池原有机械搅拌装置效果不佳，混凝药剂混合不均匀，絮凝、沉淀效果差，对产水水质造成不利影响。重新分析混合池结构型式，计算相关参数，建搅拌试验装置，进行搅拌试验，根据现象找到改造依据，更新搅拌设施，提高混合均匀度，保证絮凝、沉淀效果，确保产水水质。
关键词：混合池；搅拌桨装置；搅拌试验；试验现象
净水厂产水工艺水处理过程中，向原水中投加混凝剂，以破坏水中胶体颗粒的稳定状态，在一定的水力条件下，通过胶体粒子以及其它微粒间相互碰撞和聚集，从而形成易于水中分离的絮状物质的过程，称为混凝。混合和絮凝是混凝工艺过程中的两个密切相关的阶段，这两个阶段是分别在水处理构筑物中的混合池和反应池内完成的。
混凝效果受诸多因素影响，主要有原水水质、水温、PH值、碱度、混凝剂品种、投量、外部水力条件等；当其他因素不变时，混合过程中的水力条件又是混凝效果的重要因素，要为混凝阶段创造出混凝所需求的适宜的水利条件就是混合快速，在10－30秒钟最多不超过2分钟之内完成，在净水工艺中混凝是最关键，也是最不好控制的工艺过程，混合设施对于整个混凝过程有着十分重要的作用，必须满足下列要求：混凝剂均匀地扩散到整个水体，混合时间不易长，能使水体强烈搅动。因而在设计时宜采用急骤混合，这种快速混合的方式已越来越引起重视。
混合效果地好坏又取决于混合设备对水流产生地搅拌强度，为了使水流产生一定的搅拌强度，可以利用水力或机械动力。水力混合较为简单，但其搅拌强度常随水量的改变而改变，适用于水量基本稳定的小水厂宜采用水力混合，对于水量变化较大的大型水厂宜采用机械混合。
1.混合池设备、设施及存在问题：
净水厂混合池设计处理水量55万米3/日，共分四组，采用机械混合设备，分为两级混合；每组进水管管径DN1400mm，一级混合池尺寸 3.8m*3m*5.9m安装有莱宁16Q-10机械搅拌桨一台，桨叶直径DN1499mm，轴长4318mm，转速70rpm，轴功率7.5KW，传动轴直径DN63.5；二级混合池尺寸为3.0m*3m*5.9m，安装搅拌桨莱宁公司15Q-7.5机械搅拌桨二台，浆叶直径DN1118mm，轴长2450mm，转速105rpm，轴功率5.5KW，传动轴直径DN50.8mm。
水厂多年来的实际运行中，我们发现：投加混凝药剂以后，混合池开启搅拌桨和不开启搅拌桨进行比对，混合效果相差不大，在一级混合后分布不均匀的现象，两侧出口的药剂也有间断现象，影响后续絮凝、沉淀，对工艺水质产生很不利的影响，因而会影响供水水质。另外混合搅拌装置经常发生故障，维修费用很高，已有70%的搅拌设备处于停运状态。
2.模拟装置进行试验：
针对上述存在的问题我们进行对使用莱宁公司搅拌桨的相关水厂的调研，同时与莱宁公司技术人员研讨，确定使用小型模拟装置来进行搅水实验，通过实验来观察原水与指示剂的混合情况，根据试验结果，再对机械搅装置进行合理筛选，达到强化常规工艺，保证药剂的均匀混合，为后续的絮凝、沉淀阶段提供有力条件，保证产水水质。
2.1 试验装置确定：
实验装置根据主混合池的池型及构造，尺寸按照1：5的比例制作试验模型，模型材料选用有机玻璃板材，自制了一套混合试验装置，见附图一、二。试验装置的尺寸为0.76m*0.6m*1.52m，有效水深为1.4m；管路系统采用PVC管材，干管直径DN300，控制阀门采用PVC蝶阀，该装置安装在一期配水井顶部的上面，由水泵吸自配水井内原水，水泵型号GBA-02，设计参数为：Q=160m3/h。
2.2 试验的设备和方法：
安装1台富士公司的变频调速器，利用控制系统的调速装置，通过改变搅拌桨转速来改变轴功率最终改变混合池G值。
将颗粒活性炭加入透明的搅拌罐中，进入水后进行搅拌，观察活性炭运动轨迹，来判别搅拌效果的好坏，首先要检查搅拌罐内是否存在没有达到搅拌作用或搅拌非常微弱的地方，即所谓死区的检查，如果存在颗粒活性炭静止不动的地方，即是死水区。
为保证试验的准确性，我们对水泵流量、进水流速、搅拌器工作电流和电压、搅拌桨转速等进行测定；并对相关参数进行计算。
2.3 试验条件及现象：
2.3.1 原有混合设备的试验：
模拟原有混合装置，采用自制桨叶，桨叶直径按现生产用搅拌桨1：5制作，搅拌桨直径为300mm，转速为127 rpm，桨叶安装至过孔断面下70mm，安装方式与混合池中的原有混合设备相同。
试验时，先将颗粒活性炭撒入罐底以观察现象，然后开启进水泵将流量控制在170m3/h，当罐内充满水后，启动搅拌装置，观察炭在水中的活动现象，此时发现，罐内的水呈稳流状态流出，炭粒都堆积在池底，丝毫没有被搅动起来，炭粒在池内呈静止状态，此时经计算G值为258.76s-1，说明搅拌桨并没有起作用，该试验现象证明了混合池原有搅拌装置确实没有混合效果。
2.3.2 新型的混合设备试验：
与莱宁公司技术负责人展开充分讨论后，重新对混合设备进行了详细的计算后，由莱宁公司提供的不同桨叶直径、不同安装方式搅拌装置，分别进行不同G值的试验，情况如下：
1）流量为170m3/h，桨叶直径D=380mm，叶轮安装在孔板下70mm时，通过调整不同的转速来观察，转速参数、现象如下：
a.当转速在120～140 rpm变化时，G值为237.67～299.50s-1时，池体内颗粒活性炭基本呈静止状态，水没有被搅动起来，说明搅拌桨不起作用。
b.当转速调节至230 rpm，G值为630 s-1时，孔板上部颗粒活性炭在池内上下翻腾，但孔板下仍有部分活性炭静止不动，说明存在死水区。
c.当转速调至270 rpm时，此时G值已达到会802.13 s-1，但现象与转速为230转/分时，基本相同；
d.此项试验说明当G值达600 以上时才能有较好的混合效果，同时也说明池内孔板对混合效果有影响。
2）流量为170m3/h，桨叶直径D=380mm，叶轮安装在孔板以上40mm时，调整不同的转速来观察现象，转速参数、现象如下：
a.当转速调至120～140 rpm时，部分颗粒炭被搅动起来开始出现不大明显的推流现象。
b.当转速调至240 rpm时，G值为672 s-1，孔板上部颗粒活性炭与水体混合均匀无死水区，水流呈明显推流状态。
c.当转速调至270 rpm时，基本与转速为240 rpm时相同，但此时水流的紊动性更强。
3）流量为170m3/h，叶轮直径345mm，叶轮安装在孔极上60mm时，调整不同的转速来观察现象，转速参数、现象如下：
a.当转速为120～140 rpm时，G值为237.67～299.50 s-1时，池内炭基本静止。
b.当转速为230 rpm时，G值为620 s-1时，效果最佳，池内活性炭与水体混合较均匀。
2.4 试验小结：
通过试验现象，我们总结出影响搅拌功率的主要因素有以下几种情况：
①有关搅拌叶轮的因素：如叶轮直径、叶宽、倾角、转速、单个叶轮上的叶片数和叶轮离槽底的安装高度等等。
②有关搅拌槽的因素，如槽形和槽径、叶深、档板数、档板宽。
③有关被搅液体的因素，如液体的密度、粘度。
④重力加速度。
3.混合池搅拌桨更新及效果：
结合试验情况，经过与莱宁公司技术人员多次研讨，对原设计的机械搅拌装置的推进功率和流速之间的关系重新进行校核计算，通过计算得出的结论是需提高电机功率，加大桨叶直径，从而加强和改善搅拌装置的机械性能，强制改变水流状态，达到药剂与原水混合均匀，满足工艺要求。经重新核算过孔停留时间应为20秒左右；并对池内档板进行改造，由1.7米加长至4米；搅拌机的桨轴、桨叶、安装高度进行调整，才能满足实际运行工况的搅拌要求。新的主搅拌桨型号为17Q－20，电机功率15KW，转速1475转/分，桨叶直径1880mm，轴长4米，G值为444 s-1；副搅拌桨经过核算，设计合理、符合生产需求，原型号更新。
通过近几年新搅拌桨的投入运行，在影响混凝效果因素中原水水质、水温、PH值、碱度、混凝剂品种、投量、外部水力条件等相对稳定的工况下；二期产水系统在改造后的机械搅拌装置，再加上水力混合，其系统的瞬时处理水量有所上升，从混合效果，药剂均匀、快速的扩散到整个水体中的效率得到进一步提升；由于其水体强烈搅动混合均匀，从而为后续的絮凝提供了有利的条件，絮凝和沉淀效果也有所提升，在工艺水出水浊度指标提升，特别是在当前供水水质浊度标准逐步提升的时期，为水厂的安全供水和提质增效提供了技术保证。
参考文献：
[1]严煦世，范瑾初.给水工程（第四版）[M].北京：中国建筑工业出版社，1999.
[2]孙文章，郭德铨，董慧强，等.净水工[M].中国建筑工业出版社，2005.
论文作者:霍长芝
论文发表刊物:《基层建设》2018年第26期
论文发表时间:2018/10/1
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