2.2. Смесители

В технологии очистки сточных вод широко распространены различные аппараты смешения. Смесительные устройства предназначены для быстрого и равномерного распределения реагентов в обрабатываемой воде, что необходимо для скорейшего протекания реакций и более полного использования реагентов.

Конструкции смесителей весьма разнообразны, однако общим признаком любого из данных аппаратов является создание условий для значительной турбулизации потока жидкости в нем. Для обеспечения необходимой турбулизации скорость движения жидкости в наиболее узком сечении аппарата должна быть не менее 1 м/с.

При проектировании смесителей продолжительность смешения реагентов с водой принимают равной 1÷2 мин. при мокром и не более 3 мин. при сухом дозировании реагентов.

По конструктивным особенностям смесители можно разделить на следующие виды:

1) лотковые: ершовые, дырчатые, перегородчатые и типа «лоток Паршаля»;

2) вертикальные (вихревые);

3) механические.

Лотковые смесители представляют собой открытые каналы (лотки), поперечное сечение которых перекрыто перегородками. При огибании потоком перегородок или при прохождении его через отверстия в перегородках происходит интенсивное перемешивание воды.

Рис. 2.3. Ершовый смеситель: 1 – проточный лоток; 2 – ершовые перегородки

Ершовый смеситель (рис. 2.3) представляет собой железобетонный лоток с ершовыми перегородками. Данные устройства применяются при расходах сточных вод от 12 до 1400 м³/сут. [4].

Дырчатый смеситель (рис. 2.4) представляет собой железобетонный лоток с тремя вертикальными перегородками, установленными перпендикулярно к направлению движения воды. В перегородках имеются отверстия, расположенные в несколько рядов. Суммарная площадь отверстий в каждой перегородке не должна превышать 30 % ее рабочей площади. Расстояние между центрами отверстий по вертикали и горизонтали составляет от 1.5 до 2.5 их диаметров. С целью исключения возможности насыщения воды пузырьками воздуха предусматривают затопление верхних радов отверстий на глубину h = 0.10÷0.15 м. Скорость движения воды в отверстиях принимается не менее 1 м/с.

При расчете дырчатых смесителей количество вертикальных перегородок обычно принимают равным трем, расстояние между ними – не менее ширины лотка, диаметр отверстий – от 20 до 100 мм [9].

Число отверстий в перегородке определяют по формуле:

,

(2.9)

где Q_p – расчетный расход сточных вод, м³/с;

v_o – скорость движения воды в отверстиях, м/с;

d – диаметр отверстий, м.

Потеря напора при прохождении воды через перегородки определяется по формуле:

,

(2.10)

где μ – коэффициент расхода, зависящий от отношения диаметра отверстия к толщине перегородки δ и принимаемый в пределах от 0.65 при d/δ = 2 до 0.75 при d/δ = 1.

Рис. 2.4. Дырчатый смеситель: 1 – подача воды; 2 – место ввода реагента; 3 – отвод воды; 4 – дырчатые перегородки; 5 – переливной карман

Задаваясь глубиной потока воды в конце смесителя (обычно 0.4÷0.5 м), определяют уровни воды в начале смесителя и между перегородками.

Перегородчатый смеситель с разделением потока по ширине (рис. 2.5) имеет три перегородки. В первой и третьей проходы располагаются в центре, в средней – два боковых прохода у стенок лотка. Для предупреждения засасывания воздуха в воду верхние кромки проходов должны быть затоплены на глубину 0.10÷0.15 м.

Вертикальный (вихревой) смеситель (рис. 2.6) представляет собой круглый или квадратный в плане резервуар с конической или пирамидальной нижней частью. Центральный угол между наклонными стенками составляет 30÷40º. Перемешивание в аппаратах такого типа происходит в конической части в результате разницы скоростей движения воды у стенок и вдоль оси смесителя. Интенсификации процесса способствует то, что скорости восходящего потока воды в конической части непрерывно меняются вследствие изменения площади проходного сечения. Для лучшего смешения воды с реагентами в конической части вертикального смесителя часто устанавливают дополнительные тарелки с отверстиями.

Рис. 2.5. Перегородчатый смеситель: 1 – подача реагента; 2 – подача воды; 3 – перелив; 4 – перегородки

Рис. 2.6. Смеситель типа «лоток Паршаля»: 1 – подача реагента; 2 – лоток.

При расходах сточных вод свыше 1400 и до 280000 м³/сут. применяют смесители типа «лоток Паршаля» (рис. 2.6). Этот смеситель состоит из подводящего раструба, горловины и отводящего раструба. Боковые стенки горловины строго вертикальны, а дно имеет уклон в сторону движения воды. В результате сужения сечения и резкого изменения уклона дна в отводящем раструбе образуется падающий поток, в котором происходит интенсивное перемешивание воды с реагентами. Основные размеры и потери напора в смесителях этого типа приведены в приложении 2.

Вихревые смесители (рис. 2.7) проектируются на время пребывания воды в них в течение 1.5÷2 мин. Площадь сечения смесителя рассчитывают, принимая скорость восходящего потока воды на уровне сборного устройства равной 25 мм/с. Систему сборных труб или лотков рассчитывают по скорости движения воды в них 0.6 м/с. Скорость выхода воды из подводящего трубопровода в нижнюю часть смесителя принимают в пределах 1÷1.2 м/с.

Механические смесители применяют в тех случаях, когда по условиям высотного расположения и компоновки отдельных сооружений станции водоочистки нельзя обеспечить перепад уровней воды, требуемый для смесителей гидравлического (лоткового) типа. На рис. 2.8 показано устройство механического смесителя пропеллерного типа.

Объем камеры V_c, м³, изображенного на рис 2.8 смесителя принимается равным объему воды, поступающей на очистку в течение 1÷2 мин. При этом количество прокачиваемой пропеллером воды Q_n, м³/с, определяют по формуле:

,

(2.12)

где z – число оборотов воды в смесителе за 1 мин (принимают обычно равным 5÷10).

Диаметр центральной трубы смесителя d, м, находят, принимая скорость движения воды в ней v = 1.5÷2.0 м/с:

.

(2.13)

Рис. 2.8. Механический смеситель пропеллерного типа: / – электродвигатель; 2 – лопастный винт

Иногда смешение реагентов с водой осуществляют непосредственно в трубопроводе. При этом длина участка трубы, на котором происходит смешение, должна быть не менее 50 ее диаметров.

Для подачи реагентов в трубопроводы используют трубки Вентури, эжекторы, дроссельные шайбы и другие устройства.