污水处理设备篇：浅析机械搅拌絮凝池的优缺点

我国目前使用较为广泛的絮凝反应设备有水力搅拌式和机械式两类，水力搅拌式主要以隔板絮凝池为主，机械式主要以机械搅拌絮凝池为主。隔板絮凝池运行维护费用低、便于管理，但不便调节，如使用较广的隔板絮凝池开始阶段的转折有利于絮凝反应，而后阶段的转折则可能造成絮凝颗粒破碎；断面尺寸过小对清洗和施工都较为困难；流速过大势必造成转折处的G（速度梯度）值过大，速流过小又将在反应槽内产生沉淀等。

机械搅拌絮凝池是完成絮凝工艺的重要单元操作，其具有处理效率高，絮凝效果良好，不受水量变化的影响，单位面积产水量较大，对水温、水质变化的适应性强等优点，目前已广泛应用于各种水处理工艺，但絮凝设备昂贵，造价高，运营费用高于隔板絮凝池，其次，它在运行过程中存在反应池短流和水量不稳定造成的反应强度不足，絮体沉降性能差，污泥在絮凝反应中的利用率不高，絮凝效果不甚理想等问题。因此，对机械搅拌澄清池进行合理改造，以提高其絮凝效能十分必要。在现实中多采用把机械搅拌絮凝池和其他形式的絮凝池组合利用，以此来提高机械搅拌絮凝池的利用效率。

01：机械搅拌絮凝池的结构及工作特点

机械搅拌絮凝池主要由桨板、叶轮、旋转轴、隔墙、池壁组成，其是被广泛应用于科研、教学和生产中的絮凝装置，通过机械搅拌絮凝池的实验，不仅可以选择投加药剂的种类、数量，还可以确定混凝的最佳条件[2]。机械搅拌絮凝池内设搅拌机，搅拌靠机械力实现，即叶片搅拌完成絮凝过程。

叶片可以作旋转运动，也可以作上、下往复运动，目前我国多采用旋转方式。传统的机械絮凝池的搅拌器少部分采用网浆形式，大多采用桨板式叶轮，其在20世纪70～80年代国内使用较多，并且有了较系统的池型设计规范和搅拌器设计方法，使用效果也较好。为了确保沉淀池的沉淀效果，在絮凝池内结成较大的絮体需要有足够的絮凝时间及相应的水力条件。

絮凝时间一般采用15～30min，并控制絮凝速度使其平均速度梯度G值达到10~75s-1（一般控制在30～50s-1），使GT值在104～105范围内以保证絮凝过程的充分和完善。机械搅拌可采用多级串联方式，大型水厂则采用分级搅拌方式，一般内设3～4挡搅拌机。

在国外，机械搅拌絮凝池应用较多，搅拌器的布置形式也较多。搅拌器叶轮按流态可分为径向流式叶轮和轴向流式叶轮，轴向流式叶轮搅拌器不存在分区循环，单位功率产生的流量大，剪切速率小，且在桨叶附近较大范围内分布均匀，具有较强的最大防脱流能力，因此在生产实践中应用广泛。

02：水平轴式机械搅拌池的优缺点及运行工况

目前我国的水平轴式机械搅拌器的水平转动轴方向有与水流方向平行的，也有垂直的，但多为与水流方向平行。水平转动轴方向与水流方向平行可以减少水流的水头损失，同时增加水流的流速，减少的水头损失的大小和增加的流速的大小主要由机械搅拌的转速（即机械搅拌强度）控制，一般可由实验室内模拟絮凝流程得出相关的数据和动态图形。

水平轴式机械搅拌器的驱动装置位于池外，一套驱动装置可以串联几组桨板叶轮，这与垂直轴式机械絮凝池相比有较大的优点，所以，水平轴式机械搅拌器在生产实践中的使用较多。絮凝池一般与沉淀池合建，这样可避免已形成的絮体在水流经过连接管道时被打碎，絮凝体一旦被打碎，很难再次絮凝。

03：垂直轴式机械搅拌池的优缺点及运行工况

竖直轴式搅拌池的驱动装置(如减速箱等)位于池顶，过去的减速箱密封技术不过关，容易出现漏气、漏油的情况，一旦出现漏油的现象，不仅会增加企业的运营成本，更会造成水体的污染；另外，竖直轴式搅拌池的一个桨板就需要配备一套驱动装置，这样大大加大了水厂及企业的投资成本及运营费用，所以这种机械搅拌池在我国采用得不多。

在国外刚好相反，竖直轴絮凝搅拌器以其维护少，机械设备便于管理；设备操作灵活，容易控制转速；较小的水头损失；混合强度容易调节和控制；混凝效率高；一台絮凝搅拌器失灵对总体影响不大等特点而使用较多。

04：机械搅拌絮凝池的布置方式

机械搅拌絮凝池是较理想的絮凝形式，其承接于混合池出水的絮凝池，要求其在池内的水流速度由大变小逐渐转换。在较大的反应速度下使水中的胶体粒子发生较充分的碰撞吸附凝聚，在较小的反应速度下使水中的胶体颗粒结成较大而稠密的絮体（绒体），以便在沉淀池内除去。

单个机械池接近于CSTR型反应器，故宜分格串联。分格较多，越接近PF型反应器，效果较好，但不能太多。机械絮凝池的串联级数不宜过多，一般考虑3-4级，用隔墙（或称导流墙）分隔数格，以避免水流短路，搅拌强度随絮凝体长大而逐格减小。

它的速度梯度不受水量的影响，G值适应性也相当大，在国外它是主要的絮凝方式，但由于设备以及维修等方面的原因，在国外应用受到影响。对合理分级，与其他形式结合时机械反应的设置位置等，这样造成了在机械絮凝过程中G值的变化次数减少。同一个搅拌桨板范围内，其G值可以认为相同。

由于絮凝过程中G值的变化仅为3-4次，这就要求设计时特别注意G值的选取。目前不少机械絮凝的布置，最大与最小的G值一般只差5-6倍。为了布置方便，设计时多将每个搅拌机的作用范围布置成一样，也就是每个G值的絮凝时间是相同的。