第二节 混合设施
混合的主要作用，是让药剂迅速而均匀地扩散到水中，使其水解产物与原水中的胶体微粒充分作用完成胶体脱稳，以便进一步进行去除。按现代观点，脱稳过程需时很短，理论上只要数秒钟。在实际设计中，一般不超过2min。
对混合的基本要求是快速与均匀。“快速”是因混凝剂在原水中的水解及发生聚合絮凝的速度很快，需尽量造成急速的扰动，以形成大量氢氧化物胶体，而避免生成较大的绒粒。“均匀”是为了使混凝剂在尽量短的时间里与原水混合均匀，以充分发挥每一粒药剂的作用，并使水中的全部悬浮杂质微粒都能受到药剂的作用。对于高分子絮凝剂，一般只要求混合均匀，不要求快速、强烈的搅拌。
混合设备的种类很多，但基本类型主要是机械和水力两种。前者搅拌强度不受水量变化的影响，但需要相对复杂的设备，能耗较高。后者设备简单，但搅拌强度受水量的影响较大。表3-4列出混合设备的类型及特点。我国常采用的混合方式为水泵混合、管式静态混合器混合和机械混合。
表3-4 混合设备的类型及特点
一、设计概述
①混合设备的设计应根据所采用的混凝剂品种，使药剂与水进行恰当的急剧、充分混合。
②混合方式的选择应考虑处理水量的变化，可采用机械混合或水力混合。
③管式混合器
a.采用管式混合时，药剂加入水厂进水管中，投药管道内的沿程与局部水头损失之和不应小于0.3～0.4m，否则应装设孔板或文氏管式混合器。通过混合器的局部水头损失不小于0.3～0.4m，管道内流速为0.8～1.0m/s，采用的孔板
=0.7～0.8（d1为装孔板的进水管直径；d2为孔板的孔径）。
b.为了提高混合效果，可采用目前广泛使用的“管式静态混合器”或“扩散混合器”。
c.管式静态混合器是按要求在混合器内设置若干固定混合单元，每一混合单元由若干固定叶片按一定角度交叉组成。当加入药剂的水通过混合器时，将被单元体分割多次，同时发生分流、交流和涡漩，以达到混合效果。静态混合器有多种形式，如图3-7为其中一种的构造图示。管式静态混合器的口径与输水管道相配合，分流板的级数一般可取3级。
图3-7 管式静态混合器
d.扩散混合器的构造如图3-8所示，锥形帽夹角90°，锥形帽顺水流方向的投影面积为进水管总面积的1/4，孔板的孔面积为进水管总面积的3/4。孔板流速1.0～1.5m/s，混合时间为2～3s，水流通过混合器的水头损失为0.3～0.4m，混合器节管长度不小于500mm。
图3-8 扩散混合器
④机械搅拌混合池
a.池形为圆形或方形，可以采用单格，也可以多格串联。
b.机械混合的搅拌器可以是浆板式、螺旋桨式或透平式。浆板式采用较多，适用于容积较小的混合池（一般在2m3以下），其余可用于容积较大混合池。混合时间控制在10～30s以内，最大不超过2min，浆板外缘线速度为1.5～3m/s。
c.混合池内一般设带两叶的平板搅拌器。当H（有效水深）:D（混合池直径）≤1.2～1.3时，搅拌器设一层；当H:D≥1.2～1.3时，搅拌器可设两层；当H:D的比例很大时，可多设几层，相邻两层浆板采用90°交叉安装，间距为（1.0～1.5）D0（搅拌器直径）。
d.搅拌器离池底（0.5～0.75）D0，搅拌器直径
，搅拌器宽度B=（0.1～0.25）D。
二、计算例题
【例题3-5】管式混合器的计算。
（一）已知条件
污水厂三级处理出水水量Q=20000m3/d，再生水厂进水管投药口至絮凝池的距离为50m，进水管采用两条，管径DN400mm。
（二）设计计算
1.进水管流速
每根管流量
=417（m3/h），DN400mm，查水力计算表，v=0.92m/s，i=0.311。
2.混合管段的水头损失
说明仅靠进水管内流不能达到充分混合的要求。故需在进水管内装设管道混合器，采用孔板（或文氏管）混合器。
3.孔板的孔径
=0.75，则d2=0.75d1=0.75×400=300（mm）。
4.孔板处流速
5.孔板的水头损失
式中 ξ——孔板局部阻力系数，据
=0.75，查表3-5得ξ=2.66。
表3-5 孔板局部阻力系数ξ值
如采用扩散混合器，进水直径为400mm，锥帽直径为200mm，孔板孔径为340mm。如用管式静态混合器，其规格为DN400。
【例题3-6】分流隔板式混合槽的计算。
（一）已知条件
污水厂三级处理出水水量Q=540m3/h=0.15m3/s。槽内设三道隔板，首末两道隔板上的通道孔洞开在中间，中间隔板上的通道孔洞开在两侧（图3-9）。
图3-9 分流隔板式混合槽计算简图
（二）设计计算
1.槽的横断面
槽中流速采用v=0.6m/s，则f=
=0.25（m/s）。
2.末端隔板后水深
采用H=0.5m。
3.槽宽
4.隔板通道的水头损失
通道孔洞流速采用vc=1m/s
三道隔板的总水头损失为
∑hc=3hc=3×0.13=0.39（m）
5.中部隔板
（1）通道孔洞断面 中部隔板通道分两侧开设，每侧通道孔洞断面f2=
=0.075（m2）。
（2）中部隔板后的水深
h2=H+hc=0.5+0.13=0.63（m）
（3）中部隔板通道孔洞的净高度 通道孔洞的淹没水深取0.13m，则净高为hπ2=h2-0.13=0.63-0.13=0.5（m）。
（4）中部隔板通道的宽度（单侧）
6.末端隔板
（1）末端隔板通道孔洞的断面
（2）末端隔板后水深
h2=H=0.5（m）
（3）通道孔洞的净高 通道孔洞的淹没水深采用0.13m
hπ3=h2-0.13=0.5-0.13=0.37（m）
（4）末端隔板通道的宽度
7.首端隔板
（1）首端隔板通道孔洞的断面
（2）首端隔板后的水深
h1=H+2hc=0.5+2×0.13=0.76（m）
（3）首端隔板通道孔洞的净高 通道孔洞的淹没水深采用0.16m
hπ1=h1-0.16=0.76-0.16=0.6（m）
（4）首端隔板通道孔洞的宽度b1
（5）首端隔板前的水深
h0=h1+hc=0.76+0.13=0.89（m）
8.隔板间距
l=2B=2×0.5=1.0（m）
【例题3-7】浆板式机械混合池的计算。
（一）已知条件
污水厂三级处理出水水量Q=9600m3/d=400m3/h，池数n=2个。
（二）设计计算
1.池体尺寸
（1）混合池容积 采用混合时间T=1min，则
（2）混合池高度 混合池直径D取1.3m，则有效水深H’为
H'=
=2.51（m），取2.5m。
超高取ΔH=0.3m，则池总高度H=H'+ΔH=2.5+0.3=2.8（m）。
混合池池壁设4块固定挡板，每块宽度b=0.1D=0.13m，其上、下缘高静止液面和池底皆为0.3m，挡板长h=2.5-0.3×2=1.9（m）。
2.搅拌设备的计算
（1）搅拌器尺寸及位置 搅拌器直径D0=0.7m（约D/2），搅拌器叶片数Z=2，搅拌器层数e=3，搅拌器宽度B=0.136m，搅拌器距池底高度采用0.45m，搅拌器层间距采用0.85m，混合池布置见图3-10。
图3-10 桨板式机械混合池布置
（2）垂直轴转速
式中 D0——搅拌器直径，m，约为1/2D，取0.7m；
v——搅拌器外缘线速度，m/s，为1.5～3m/s，取3m/s；
则n0=
=81.9≈82（r/min）
（3）旋转角速度
（4）转动时消耗功率
式中 C——阻力系数，C=0.2～0.5，采用0.3；
ρ——水的密度，1000kg/m3；
Z——搅拌器叶数，采用Z=2；
e——搅拌器层数，采用e=2；
B——搅拌器宽度，采用B=0.136m；
R0——搅拌器的半径，m；
g——重力加速度，9.81m/s2。
则N2=
=0.96（kW）
（5）所需轴功率
式中 μ——水的动力黏度，kg·s/m2，本工程t按15℃计，查表3-6，μ为1.162×10-4kg·s/m2；
表3-6 水的动力黏度
G——速度，应为500～1000s-1，本工程取500s-1；
Z——搅拌器叶数，采用Z=2；
e——搅拌器层数，采用e=2；
B——搅拌器宽度，采用B=0.136m。
则N1=
=0.95（kW）
满足要求（如N1与N2相差很大，则需改用推进式搅拌器）。
（6）电动机功率
式中 μ——水的动力黏度，kg·s/m2，本工程t按15℃计，查表3-6，μ为1.162×10-4kg·s/m2；
∑ηn——机械传动效率，一般取0.85。
则N3=
=1.13（kW）