废水搅拌机毕业设计(编辑修改稿)

废水搅拌机毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

凝性质很不相同，而其絮凝池的布置却完全相同的情况。 根据规范或设计手册规定的设计数据，进行水力计算，是目前絮凝池设计中应用最广泛的方法。 应该说它在大多数场合下是可行的，但并不一定是最优的，况且，这些规定也只规定一些主要指标，至于具体的布置还需由设计者确定 ，有些尽管 主要指标完全相同，却可设计成很不相同的布置形式，至于它们的效果差异则更难以鉴别。 合理的反应速度应符合流速渐变 的原则，即反应速度由大到小呈直线变化，且反应池进口流速应 大于或者等于 1米／秒。 凡符合这二个条件的所谓 “ 模型絮凝池 ” 则被认为是理想的絮凝池布置。 絮凝的目的是使细小颗粒彼此聚集。 除了颗粒具有絮凝能力外，还必须创造颗粒彼此接触，或者接近 (达到颗粒吸附的作用范围以内 )的机会。 否则，若保持颗粒间的相对位置不变，即使颗粒的絮凝性能极为良好，也无法聚集。 可以通过三个途径，使颗粒达到彼此的接触：水分子的热力运动、颗粒的沉速差异和水体的流动。 所谓热力运动产生的颗粒碰撞，是由于水分子进行的杂乱而没有规则的运动 (布朗运动 )， 不断撞击附近的胶体颗粒，使颗粒也进行着杂乱而没有规则的运动，从而获得了颗粒彼此碰撞的机会。 这种接触机会与温度有关，而与液体的流动无关。 因而只要保持温度和时间的因素相同，热力运动造成的碰撞也丽水学院 2020 届学生毕业设计（论文） 7 是相同的。 至于沉速差异产生的颗粒碰撞，往往在沉淀池中有明显的作用。 然而在絮凝池中，由于其颗粒一般尚属细小，沉速不大，可以说差异所产生的碰撞作用在絮凝池中，不占统治地位可予忽略。 一般认为在絮凝池中，对颗粒碰撞起主导作用的主要是水体的流动，也就是由于水体流动所产生的能量损耗而造成的。 一般关于水体流动所产生的碰撞公式 可表示为： J=2GD3N2/3 () 式中： J—— 单位时间单位体积内颗粒接触的机会。 D—— 颗粒的有效粒径； 单位 m。 N—— 单位体积内的颗粒数。 G—— 计算范围内的绝对平均速度梯度 ；单位 S1。 平均速度梯度值可用下式计算： G=(W/μ) 0。 5 () 式中： W—— 单位体积单位时间所消耗的功； 单位 KW。 μ —— 液体的动力粘滞系数。 一般认为式 (1)只适用于层流，而大多数絮凝池的水源均属紊流。 对于紊流条件下颗粒的碰撞频率， 有 如下公式： J=12πβd 3n3(ε 0/μ) 0。 5 () 式中： β —— 系数。 ε 0—— 有效能量消耗率。 单位 KW。 比较式 ()与式 (），除了系数差别外，主要是式 ()所用的功为有效能量，而式（ ）则采用计算的能量，两者相差一个效率系数。 而在实 用上有效能量是难以确定的，仍需用计算的能量来表示。 众所周知，液体的切应力可由二部分组成，即粘滞阻力及混掺阻力。 对于层流条件，切应力纯由粘滞阻力产生。 对于紊流条件，则主要由混掺阻力产生 (除边界层附近外 )。 这二种切应力的大小都决定于液体的速度梯度。 在速度梯度 G中，所谓消耗的功，也就是指切应力所做的功。 因为只有切应力所做的功是不可逆的，也就是由机械能转化为热能。 通过对絮凝过程中一些主要现象的分析，包括颗粒的碰撞，因碰撞产生的聚集、絮凝体尺寸的限丽水学院 2020 届学生毕业设计（论文） 8 制以及水流对絮凝体的剪切，我们得到了可用真实水样模拟水质特征 以及用 G值模拟水流特征这样两个关系。 采用 G值来模拟絮凝池的水流絮凝特征，至少在二方面是有用处的，一是可以把真实絮凝池的研究缩小到在实验室内进行，也就是只要维持实验条件的 G值与真实池相同。 其结果也应相同。 另一是可以用作不同絮凝形式的比较，也就是即使絮凝池的水流形态相差甚大，只要其过程的 G值相同， (当然还应考虑不同絮凝池形式有效能量利用的差别 )效果也应相同。 反映时间与沉速的相关研究实验 作为研究的方法可以是微观的，也可以是宏观的。 大多理论研究都以微粒作为对象。 由于实际的原水是由不同颗粒所组成，不仅粒径呈一定 分布，而且其性质也各不相同。 对于水流条件来说，同样存在一个断面内的速度梯度各不相同。 可能在同一时刻同一断面上，既有颗粒的絮凝，又有颗粒的破碎。 因此，采用微粒的分析方法，问题要复杂的多。 甚至在很多情况下难以办到。 微观现象的分析，可以帮助我们对问题的考虑 (如前节所作的那样 )，但试验还应以整个悬浊液在絮凝过程中的平均效果作代表。 这样，我们就不必去分析诸如颗粒大小的组成分布，断面各点的速度梯度分布以及絮凝颗粒的沉速分布等等。 而分别用平均粒径、平均速度梯度以及平均沉速来表示。 对于絮凝效果的评价，一般可以采用颗粒粒径 、颗粒沉速以及沉淀后浊度去除率等来表示。 无论是颗粒粗径的加大，沉速的加快以及沉淀后浊度去除率的增加都能反映絮凝效果的提高。 在理论研究方面，一般以粒径为指标的居多。 许多理论公式都与粒径有关。 对于后续处理的沉淀计算来说，采用沉速的概念较为有利。 因为沉淀池设计希望提供反应后的沉速数据。 然而对于测定来说，采用浊度指标最为方便。 实际上这三个指标都是相互关联的。 沉淀后浊度去除率可以间接地表达悬浊液的平均沉速。 为了探讨方便起见，我们在研究设想方案时，仍以平均沉速作为指标；而作为实验的手段，则以沉淀后浊度去除率为指标。 此外，我们还作了一个假设，就是由不同方式获得相同絮凝效果的悬浊液，在其进一步作絮凝反应时，应获得同样的结果，例如采用 G1值的速度梯度反应 T1时间后，得到了悬浊液的平均沉速为 V，而用另一 G2值反应 T2时间后也可得到平均沉速为 V，我们就认为这二者效果相同，同时，尽管它们形成的条件各不相同，但在进一步絮凝时，二者应该获得同等的絮凝条件。 根据以上对絮凝过程以及基本假设的分析，我们就可以进而讨论絮凝池合理设计的设想方案。 如果把单位体积中颗粒所占的比例用 φ 来表示，即： φ=N(π/6)d 3 () 则参照式 ()及式 ()，并假定颗粒的每一次碰撞均产生聚集，那么颗粒浓度的时间变化率丽水学院 2020 届学生毕业设计（论文） 9 就应为： dN/dt=KsN () 式中： Ks取决于 G和 φ ，即 Ks＝ kGφ。 将式 ()积分，可得： N=N0eKst () 式中： N—— 絮凝时间为 t时的颗粒总浓度； 单位 mol/L。 No—— 絮凝开始时 (t＝ 0)的颗粒总浓度 ；单位 mol/L。 假如絮凝过程中密度保持不变，即 φ 固定，则上式可换算成粒径的变化关系。 即： d=d0eb b=(Kst/3) （ ） 式中： d—— 时间 t时的颗粒粒径 ；单位 m。 do—— 时间 t＝ 0时的颗粒粒径 ；单位 m。 也就是说 ， 如果颗粒的每次碰撞均属有效，则其粒径的增长 (或相 应沉速的增长 )理论上应如图21 所示的形式。 粒径 (或沉速 )随时间呈指数关系增加 ， 其增长的速率取决于 ks值。 即 Ks越大增长速率越快 ， ks与水流的速度梯度及原水颗粒体积比成正比。 因此当 G值增加。 或者颗粒浓度增加时，粒径（或沉速）的增长就迅速。 图 21 理论曲线图 丽水学院 2020 届学生毕业设计（论文） 10 图 21所示为理论曲线，然而，根据一般搅拌试验的结果，所得图形与图 21有很大出入，大致得到象图 21实线所示的曲线。 也就是说，在维持 G值不变情况下，沉速增长的速率不一定是随时间增加而加速。 在开始时或开始以后较短时间，沉速增长形式与理论曲线大 致相似。 但以后其增长率不仅不是逐步增加，相反出现逐步减小，最后趋向于某一极值 Vmax。 我们不妨称 Vmax为某一 G值时的极限沉速。 例如，在作一般反应的搅拌试验时，最初 5～ 10分钟效果增长较明显。 然而超过 10 分钟以后其反应效果一般很少有明显增加。 如果不改变搅拌速度，那么即使搅拌 20分钟或 30分钟，其结果往往不会有什么变化。 产生理论曲线与试验曲线不一致的原因，很容易得到 解释。 理论曲线假定颗粒的每一次碰撞都产生聚集，实际上颗粒碰撞时不仅不一定聚集，而且还可能被破碎。 图 22中阴影部分实际上代表了碰撞中的无效和破碎 部分。 由于 V与絮凝结果的沉速相比是微小的，故一般可略而不计。 图 22 试验曲线图 但是图 22的试验曲线是用同一水质、同一 G值试验的结果。 如果改变 G值，情况就会不同。 实际上在进行搅拌试验时，用肉眼也可发现。 在经一定时间搅拌后，停止浆板的转动，由于水流的惯性，液体仍在旋转。 但 G值显然逐渐减小，此时所看到的絮凝体往往明显地优于搅拌时的絮凝体。 其原因也较清楚，由于 G值减小，其极限沉速就相应增大，虽然此时的絮凝时间尚达不到相应的极限沉速，但颗粒还是向加大的方向发展。 因此，为了探索合理的絮凝水流条件，就应该 对不同 G值情况下的絮凝分别进行试验。 图 23所示丽水学院 2020 届学生毕业设计（论文） 11 为可能获得的一组试验结果。 a、 b、 c分别代表低、中、高三种不同的 G值，按照理论曲线 (虚线 )应该出现 G值越高，增长越快。 但实际情况在在有所出入。 在开始阶段无凝应该是 G值越高絮凝效果增长越快。 因为此时颗粒尚属细小。 碰撞产生的絮凝作用应是主要的。 但是当颗粒增长到某一程度后，颗粒聚集受到一定限制，还将受到破碎的影响，也就是逐步趋向于某一极限沉速。 由于 G值高的，极限沉速小，而 G值低的，极限沉速大，因而它们的试验曲线必然相交 (如图 22中的 A点及 B点 )；也就是说，当用C的 G值反应 tA时，与用 b的 G值反应 tA时，将获得同样的颗粒沉速。 同样，对用 c的 G值反应 tB时，与用 a 的 G 值反应 tB时应具同等效果。 然而当絮凝时间超过交点时，低的 G 值将可获得较快的颗粒沉速增长，高的 G值沉速增长反而减慢，这也就是絮凝池设计中采用改变流速的原因。 由图 23可知，如果不考虑絮凝时间的长短，采用低的 G值可以获得较好的絮凝效果。 但是这样的设计显然也是不合理的。 因为絮凝池合理设计的目的就是要求以最短的时间获得最好的效果。 图 23 试验结果图 图 23所示的试验结果，对进行絮凝池的合理设计很为有用，后面将作进一步讨论。 此外，如前所述，絮凝效果不仅与水流条件 (G值 )有关，而且也与处理水的性质有很大关系。 那么在这样的试验中，水质的差异能否得到反映，这是需要考虑的。 从絮凝角度考虑的水质特征，主要应包括原水的颗粒浓度，颗粒的絮凝能力以及颗粒的抗剪强度。 颗粒浓度高，粒间的接触机会多，因而就具有较迅速增大颗粒的可能。 如果单体颗粒的絮凝能力和丽水学院 2020 届学生毕业设计（论文） 12 抗剪强度都一样，那么浓度的高低基本上对其极限沉速值不会产生很大影响。 但如果考虑除水流切应力外，颗粒碰撞时尚有其衡量的作用 ，则可能出现高浓度的极限沉速略小于低浓度的现象。 当然，对于浓度高到某一程度 (例如污泥循环等类型 )，是否尚有其它絮凝作用机理，尚有待进一步探讨。 因此图 24a所示的二条曲线大致上反映了其它条件相同时浓度高低的影响。 由图可见。 一般情况下，达到同一沉速所需的絮凝时间随浓度增加而减少。 丽水学院 2020 届学生毕业设计（论文） 13 丽水学院 2020 届学生毕业设计（论文） 14 图 24 反应曲线图 颗粒的絮凝能力在絮凝过程中起着重要作用。 例如由于混凝剂选择不当或加注量不足，均可使颗粒缺乏必要的絮凝能力，此时，即使接触机会很多，然而其聚集效果却很差。 对这些絮凝能力差的水质，其絮凝进展必然非常缓慢 ，相应的极限沉速也很低。 而要达到极限沉速所需的时间也很长，实际生产中，往往采用不断调整混凝剂加注量的办法，来调节絮凝效果，其实质也就是不断改变颗粒凝絮能力，以满足絮凝的要求。 图 24b 的曲线代表了絮凝能力的影响。 由图可知，对絮凝能力弱的处理水，其无效碰撞占有重要比例。 颗粒的抗剪强度取决于原水颗粒性质以及絮凝体的组成结构。 例如对于主要由色度组成的原水，由于胶体所带负电荷较强，聚集颗粒组成的结构就与一般浊度组成的原水不同。 相应的抗剪强度也有所区别。 颗粒抗剪强度的大小直接影响着絮凝颗粒的极限沉速，抗剪强度大，允 许的极限沉速也大。 图 24c曲线代表了抗剪强度的影响。 由图可知，如颗粒的絮凝能力相同，则在其开始反应阶段，抗剪强度的影响不显著。 只有接近其极限沉速时，将产生明显的区别。 丽水学院 2020 届学生毕业设计（论文） 15 以上只是根据某些理论以及概念所作的分析。 事实上水质条件还要复杂得多，除了上述这些影响因。