第一节　混凝剂的配制投加

一、设计概述

1.溶解池

①由于待处理水水质成分复杂，水质波动大，污水深度处理中药剂种类的选择及最佳投药量的确定，目前尚不能用统一公式计算。因此一般药剂的选用应通过实验确定，也可参考其他类似污水厂深度处理工艺的运行数据。

②在药剂湿投法系统中，首先把固体（块状或粒状）药剂置入溶解池中，并注水溶化。为增加溶解速度及保持均匀的浓度，一般选用水力、机械或压缩空气等搅拌、稀释方式。用压缩空气搅拌调制药剂时，在靠近溶解池底处应设置格栅，用以放置块状药剂。格栅下部空间装设穿孔空气管，加药时可通入压缩空气进行搅拌，以加速药剂的溶解。穿孔空气管应能防腐，可采用塑料管或加筋橡胶软管等。

③溶解池的容积常按溶液池容积的0.2～0.3倍计算。液体投加混凝剂时，溶解次数应根据混凝剂投加量和配制条件等因素确定，每日不宜超过3次。混凝剂投配的溶液浓度，可采用5％～20％（按固体质量计算）。

④与混凝剂和助凝剂接触的池内壁、设备、管道和地坪，应根据混凝剂或助凝剂性质采取相应的防腐措施。

⑤混凝剂投加量较大时，为便于投置药剂宜设机械运输设备。溶解池的设置高度一般以在地坪面以下或半地下为宜，池顶宜高出地面1m左右，以减轻劳动强度，改善操作条件。

⑥溶解池的底坡不小于0.02，池底应有直径不小于100mm的排渣管，池壁需设超高，防止搅拌溶液时溢出。

⑦混凝剂投加量较小时，溶解池可兼作投药池，投药池应设备用池。

⑧混凝剂的固定储备量，应按当地供应、运输等条件确定，宜按最大投加量的7～15d计算。其周转储备量应根据当地具体条件确定。

⑨计算固体混凝剂和石灰贮藏仓库面积时，其堆放高度：当采用混凝剂时可为1.5～2.0m；当采用石灰时可为1.5m。当采用机械搬运设备时，堆放高度可适当增加。

⑩储存量一般按最大投剂量期间1～2个月的用量计算，并应根据药剂供应情况和运输条件等因素适当增减。药剂堆放高度一般为1.5m，有吊运设备时可适当增加。仓库内应设有磅秤，尽可能考虑汽车运输方便，并留有1.5m宽的过道。应有良好的通风条件，并应防止受潮。

溶解池一般采用钢筋混凝土池体，若其容量较小，可用耐酸陶土缸做溶解池。当投药量较小时，亦可在溶液池上部设置淋溶斗以代替溶解池。

2.溶液池

根据溶液池液面高低，一般有重力投加和压力投加两种方式，其优缺点比较见表3-1。

①溶液池一般以高架式设置，以便能依靠重力投加药剂。池周围应有工作台，池底坡度不小于0.02，底部应设置放空管。必要时设溢流装置。

②混凝剂的投加溶液浓度一般采用5％～15％（按商品固体重量计）。通常每日调制2～6次，人工调制时则不多于3次。

③溶液池的数量一般不少于两个，以便交替使用，保证连续投药。

④用压缩空气搅拌调制药剂时，在靠近溶解池底处应设置格栅，用以放置块状药剂。格栅下部空间装设穿孔空气管，加药时可通入压缩空气进行搅拌，以加速药剂的溶解。

⑤溶解池的空气供给强度为8～10L/（s·m2），溶液池则为3～5L/（s·m2）。空气管内空气流速为10～15m/s，孔眼处空气流速为20～30m/s。穿孔管孔眼直径一般为3～4mm，支管间距为400～500mm。

⑥穿孔空气管应能防腐，可采用塑料管或加筋橡胶软管等。

3.投药设备

溶液投药器分两种基本类型，即定量式与比量式，前者多用于水量较衡定的处理系统，如转子流量计、电磁流量计、苗嘴、计量泵等，应根据具体情况选用。后者多用于水量变化的处理系统，如压力式孔板计量投药器能根据来水量的变化相应地自动改变投药量。

①采用苗嘴计量仅适用于人工控制，其他设备既可人工控制，也可自动控制。

②水射器用于抽吸真空、投加药液、提升和输送液体。加注式水射器多用于向泵后的压力管道投药（图3-2）。水射器的进水压力一般采用2.4516×105Pa。虽然水射器效率较低（15％～30％），但设备简单，使用方便，工作可靠。水射器的构造形式和计算方法均有多种。

③根据水射器效率实验得出以下经验数据：

a.喷嘴和喉管进口之间的距离l=0.5d2（d2为喉管直径）时，效率最高。

b.喉管长度l2以等于6倍喉管直径为宜（即l2=6d2），在制作有困难时，可减至不小于4倍喉管直径。

c.喉管进口角度α采用120°比60°效果略好。喉管与外壳连接切忌突出，见图3-3中所示。

d.扩散角度θ为2°45'～5°，以5°较好。

e.抽提液体的进水方向夹角β和位置，以锐角45°～60°为好，夹角线与喷嘴喉管轴线交点宜在喷嘴之前。

f.喷嘴收缩角度γ可为10°～30°。

g.加工粗糙度及喷嘴和喉管中心线应一致，它与水射器效率有极大关系。

h.水射器安装时，应严防漏气，并应水平安装，不可将喷口向下。

④压力式孔板计量投药器装置如图3-4所示。药液从药液槽进入加药罐，加药罐设置两个以交替使用。由于孔板在原水进水管中造成压力差，所以药液能自加药罐流至输水管孔板压力降低处，自动加入。压力式孔板计量投药器的计算，主要在于确定加药罐容量和原水输水管上的孔板直径。

二、计算例题

【例题3-1】药剂溶解池和溶液池的设计计算。

（一）已知条件

污水厂三级处理出水水量Q=36000m3/d=1500m3/h。混凝剂为硫酸亚铁，助凝剂为液态氯（即亚铁氯化法）。根据试验数据混凝剂的最大投加量a=30mg/L（按FeSO4计），药溶液的浓度b=15％（按商品质量计），混凝剂每日配制次数n=2次。

（二）设计计算

1.溶液池

溶液池容积W1==3.6（m3），取1.7m3。

（注意：在代入上式计算时，b值为百分数的分数值）。

溶液池设置两个，每个容积为W1。

溶液池的形状采用矩形，尺寸为长×宽×高=3×2×0.8（m3）。

其中包括超高0.2m。

2.溶解池

溶解池容积W2=0.3W1=0.3×3.6=1.08（m3）

溶解池的放水时间采用t=10min，则放水流量

查水力计算表得放水管管径DN20，相应流速为2.24m/s。

溶解池底部设管径DN100mm的排渣管一根。

3.投药管

查水力计算表得投药管管径DN10，相应流速为0.54m/s。

4.亚铁氯化的加氯量［Cl］

【例题3-2】压缩空气搅拌调制药液的设计计算。

（一）已知条件

污水厂深度处理药池平面尺寸：溶解池为2.4×1.5m2；溶液池为2.4×4.5m2。空气供给强度：溶解池采用8L/（s·m2）；溶液池采用5L/（s·m2）。空气管的长度为20m，其上共有90°弯头6个。

（二）设计计算

1.需用空气量

Q=nFq（L/s）

式中　n——药池个数，一般溶解池应设2个；

F——药池平面面积，m2；

q——空气供给强度，L/（s·m2）

溶解池需用空气量Q'=2×（2.4×1.5）×8=57.6（L/s）

溶液池需用空气量Q″=2.4×4.5×5=54（L/s）

则总需用空气量Q=Q'+Q″=57.6+54=111.6（L/s）=6.70（m3/min）

2.选配机组

选用D2221-10/5000型鼓风机两台（一台工作，一台备用），其风量为10m3/min，风压（静压）为4.9032×104Pa（5000mmH2O）；配用电机功率17kW，转数1460r/min。

3.空气管流速

式中　Q——供给空气量，m3/min；

p——鼓风机压力，Pa；

d——空气管管径，m，此处选用DN100。

此值在空气管流速规定范围（10～15m/s）之内。

4.空气管的压力损失

局部压力损失h2（Pa）=6.1780×v2∑ξ

G=60ρQ

式中　l——空气管长度，m；

G——管内空气质量流量，kg/h；

ρ——空气密度（表3-2），kg/m3；

注：干空气密度以kg/m3计。

Q——供给空气量，m3/min；

β——阻力系数，见表3-3；

d——空气管直径，mm；

ξ——局部损失阻力系数；

v——空气管流速，m/s。

当温度为0℃、压力为9.8×104+4.9×104=1.47×105（Pa）时，由表3-2查知空气密度ρ=1.92，则G=60×1.92×10=1152（kg/h）。

据此查表3-3得β=1.01。

则h1=1.2258×106×1.01×=1.24×103（Pa）。

7个90°弯头的局部阻力系数∑ξ=7ξ=7×0.9=6.3。

则h2=6.1780×14.152×6.3=7.79×103（Pa）。

故得空气管中总的压力损失为

h=h1+h2=1.24×103+7.79×103=9.03×103（Pa）

5.空气分配管的孔眼数

孔眼直径采用d0=4mm。

单孔面积=0.785×0.0042=12.56×10-6（m2）。

孔眼流速采用v0=20m/s。

所需孔眼总数N=≈663（个）。

用压缩空气调制药液的溶解池见图3-5。

【例题3-3】投药水射器的计算。

（一）已知条件

污水厂三级处理出水加药流量为0.20L/s；压力喷射水进水压力H1=2.4516×105Pa；水射器出口压力（考虑了管道等损失）要求Hd=9.8065×104Pa；被抽提药液吸入口压力（考虑了管道等损失）Hs=0.3～0.5m正水头，为安全起见，以Hs=0计。

（二）设计计算

1.计算压头比

式中　H1——压力喷射水进水压力，m；

Hd——混合液送出压力（包括管道损失），m；

Hs——被抽提液体的抽吸压力（包括管道损失），m，注意正负值。

则N==0.667

2.据N值求截面比R及掺和系数

式中　F1——喷嘴截面，m2；

F2——喉管截面，m2；

Q1——喷嘴工作水流量，m3/s；

Q2——吸入水流量，m3/s。

据N值，查图3-6得R=0.46，M=0.44。

3.根据M值计算喷嘴

（1）喷嘴工作水流量

（2）喷口断面面积

式中　C——喷口出流系数，C=0.9～0.95，此处采用0.9。

则A1==0.23（cm2）。

（3）喷口直径

采用d1=0.55cm，则相应喷口断面=0.24cm3。

（4）喷口流速

（5）喷嘴收缩段长度

式中　D1——喷射水的进水管直径，cm，一般按流速v1≤1m/s选用，此处采用D1=3.0cm；

γ——喷嘴收缩段的收缩角，一般为10°～30°，此处采用γ=20°。

（6）喷嘴直线段长度

（7）喷嘴总长度

4.根据R值计算喉管

（1）喉管断面

（2）喉管直径

（3）喉管长度

l2=6d2=6×0.81=4.86（cm）

（4）喉管进口扩散角

α=120°

（5）喉管流速

5.计算扩散管

式中　D3——水射器混合水出水管管径，cm，采用D3=D1；

θ——扩散管扩散角度，一般为5°～10°，此处采用θ=5°。

则l3==12.6（cm）。

6.喷嘴和喉管进口的间距

l=0.5d2=0.5×0.81=0.41（cm）

【例题3-4】药剂仓库的计算。

（一）已知条件

污水厂深度处理投加混凝剂为精制硫酸铝，每袋质量40kg，每袋的体积为0.5×0.4×0.2（m3）。投药量为30g/m3，水厂设计水量为800m3/h。药剂堆放高度为1.5m，药剂储存期30d。

（二）设计计算

1.硫酸铝袋数

式中　Q——水厂设计水量，m3/h；

u——投药量，mg/L；

T——药剂储存期，d；

W——每袋药剂重量，kg。

2.有效堆放面积

式中　H——药剂堆放高度，m；

V——每袋药剂体积，m3；

e——堆放孔隙率，袋堆时e=20％。