了不同结构参数对该种混合器混合效能的影响， 以 优化其结构， 为工程化应用提供技术支持。 １ 试验装置和方法 １ １ 工艺流程 试验采用静态混合、 隔板絮凝、 斜板沉淀常规处
３ 理工艺（ 见图 １ ） ， 设计处理量为 ２ ５ｍ ／ ｈ 。
１ ３ 分析项目与方法 采用水下摄影仪进行摄像， 利用物理影像法测 算出相应的絮体分形Байду номын сангаас数（ Ｄ ） 和有效粒径（ ｄ ） ； 采 ｆ ｆ
中国给水排水 Ｖ ｏ ｌ ． ２ ５Ｎ ｏ ． ９ 第２ ５卷 第 ９期 Ｍ ａ ｙ ２ ０ ０ ９ ２ ０ ０ ９年 ５月 Ｃ Ｈ Ｉ Ｎ ＡＷＡ Ｔ Ｅ Ｒ＆ＷＡ Ｓ Ｔ Ｅ ＷＡ Ｔ Ｅ Ｒ
同心列管式静态混合器的结构参数与应用性能研究
李伟光１， 王广智１， 南 军１， 时文歆１， 徐立群２， 李 楠３， 刘希邈２
（ １ ． 哈尔滨工业大学 市政环境工程学院，黑龙江 哈尔滨 １ ５ ０ ０ ９ ０ ；２ ． 长春立源水处理技术 有限责任公司，吉林 长春 １ ３ ０ ０ ２ ２ ；３ ． 城市水资源开发利用 ＜ 北方 ＞ 国家工程研究中心， ５ ０ ０ ９ ０ ） 黑龙江 哈尔滨 １ 摘 要： 同心列管式静态混合器利用管道边壁的边界层作用， 强化形成准均匀各向同性涡 旋， 实现快速混合作用。试验结果表明， 同心列管间距为 １ ０ ０ｍ ｍ 、 列管段数为 ３ 、 列管段间设置导 流锥的同心列管式混合器的混合效果最优。与普通孔板式混合器相比， 在相同操作条件下可以节 省１ ５ ． ８ ％的絮凝剂用量， 同时使絮体的分形维数和粒径分别提高了 １ １ ． ８ ％和 ５ ２ ． ６ ％， 降低沉后水 浊度达 ２Ｎ Ｔ Ｕ左右。 关键词： 给水处理； 静态混合器； 同心列管； 导流锥； 分形维数； 絮体粒径 中图分类号：Ｔ Ｕ ９ ９ １ 文献标识码：Ａ 文章编号：１ ０ ０ ０－ ４ ６ ０ ２ （ ２ ０ ０ ９ ） ０ ９－ ０ ０ ３ ３－ ０ ４
基金项目：国家自然科学基金资助项目（ ５ ０ ６ ７ ８ ０ ４ ７ ） ； 国家科技支撑计划重点项目（ ２ ０ ０ ６ Ｂ Ａ Ｊ ０ ８ Ｂ ０ ９ ）
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第２ ５卷 第 ９期 中 国 给 水 排 水 ｗ ｗ ｗ ． ｗ ａ ｔ ｅ ｒ ｇ ａ ｓ ｈ ｅ ａ ｔ ． ｃ ｏ ｍ
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０ ％的聚合氯化铝（ Ｐ Ａ Ｃ ） ， 投量为 １ ０～ ２ ５ 絮凝剂为 １

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图３ 出水浊度的对比 Ｆ ｉ ｇ ． ３ Ｃ ｏ ｍ ｐ ａ ｒ ｉ ｓ ｏ ｎｏ ｆ ｔ ｕ ｒ ｂ ｉ ｄ ｉ ｔ ｙｏ ｆ ｔ ｒ ｅ ａ ｔ ｅ ｄｗ ａ ｔ ｅ ｒ
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３ ］ 增强， 其超负荷运转能力可达 １ ０ ０ ％［ 。笔者研究
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图２ 同心列管式混合器的结构 Ｆ ｉ ｇ ． ２ Ｓ ｃ ｈ ｅ ｍ ａ ｔ ｉ ｃｄ ｉ ａ ｇ ｒ ａ ｍｏ ｆ ｃ ｏ ｎ ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ｉ ｃｔ ｕ ｂ ｅ ａ ｒ ｒ ａ ｙ ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｃｍ ｉ ｘ ｅ ｒ ｓ 表１ 同心列管式静态混合器的结构参数 Ｔ ａ ｂ ． １ Ｐ ａ ｒ ａ ｍ ｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｏ ｆ ｃ ｏ ｎ ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ｉ ｃｔ ｕ ｂ ｅ ａ ｒ ｒ ａ ｙｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｃｍ ｉ ｘ ｅ ｒ ｓ 混合器 管束间距 ／ ｍ ｍ 导流锥 Ａ ２ ５ 无 Ｂ ５ ０ 无 Ｃ ５ ０ 有 Ｄ １ ０ ０ 有 Ｅ １ ５ ０ 有
生水解吸附或架桥之前就迅速完全均匀地扩散到水 中， 以便同最大数量的胶体和悬浮物进行接触反应， 故混合要求快速和剧烈搅拌
［ ２ ］
验运行 １ ２ｈ ， 取样时间间隔为 １ｈ 。
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。同心列管式混合
器是在孔板式混合器的基础上开发研制的新型混合 设备， 是对普通列管式混合器的改进型设备。它在 流道中设置列管， 水流经列管时， 在管道边壁的边界 层作用下形成准均匀各向同性紊流， 产生空间分布 均匀、 可控密度、 可控尺度的涡旋， 实现快速混合作 用。同心列管式静态混合器解决了孔板式混合器需 要较大流场空间、 混合效果受设备尺寸影响较大、 设 备易堵塞等不足， 具有结构简单、 成本低廉、 高效节 能等优点。同时， 其对负荷变化的适应性也有很大
由图 ３可见， 设备运行 ２ｈ后出水浊度趋于稳 定。在投药量、 流量、 原水浊度以及其他操作条件基 本相同的情况下， Ｃ 、 Ｄ型混合器的出水浊度较为接 近， 均略高于 ３Ｎ Ｔ Ｕ ， 其中 Ｃ型混合器的出水浊度最 Ａ型混合器的出水浊度略低于 ４Ｎ Ｔ Ｕ ； Ｂ型、 Ｅ 低；
试验用水取自某水库， 试验期间其浊度较高， 最大为 ８ ５Ｎ Ｔ Ｕ ， 平均为 ２ ４Ｎ Ｔ Ｕ ， ｐ Ｈ值为 ６ ． ５左右。 ｍ ｇ ／ Ｌ ； 助凝剂为０ ． １ ％的阴离子型聚丙烯酰胺 （ Ｐ Ａ Ｍ） ， 投量为 ０ ． ３ｍ ｇ ／ Ｌ 。 １ ２ 静态混合器 不同结构的混合器均采用不锈钢制作， 絮凝反 应池及斜板沉淀池的结构及操作参数保持不变， 混 合器使用 ５种不同间距与长度的同心直列管束结构 形式。混合器内置直列管束的间距分别取 ２ ５ 、 ５ ０ 、 １ ０ ０ 、 １ ５ ０ｍ ｍ ， 同心列管均布于混合器主管内， 通过 改变管径和增加导流锥形成不同结构形式的直列式 混合器， 其结构及参数如图 ２和表 １所示。列管混 合器总长为 ３ｍ ， 内径为 ３ ０ ０ｍ ｍ ， 混合时间为 ３ｓ ， 设 计流速为 １ｍ／ ｓ ， 设计水头损失 ＜ ４ ． ９ｋ Ｐ ａ 。在絮凝 反应池的第一反应区出口设取样及测试点， 每组试
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用便携式 ２ １ ０ ０ Ｐ浊度仪测定沉后水浊度。 ２ 结果与讨论 ２ １ 沉后水浊度 采用不同结构的混合器时沉后水浊度的对比见 图３ 。
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图１ 工艺流程 Ｆ ｉ ｇ ． １ Ｆ ｌ ｏ ｗｃ ｈ ａ ｒ ｔ ｏ ｆ ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ
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（ １ ．Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｍ ｕ ｎ ｉ ｃ ｉ ｐ ａ ｌ ａ ｎ ｄＥ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ，Ｈ ａ ｒ ｂ ｉ ｎＩ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ，Ｈ ａ ｒ ｂ ｉ ｎ １ ５ ０ ０ ９ ０ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ２ ．Ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｃ ｈ ｕ ｎＬ ｅ ｅ ｙ ａＷ ａ ｔ ｅ ｒ Ｔ ｒ ｅ ａ ｔ ｍ ｅ ｎ ｔ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙＣ ｏ ．Ｌ ｔ ｄ ． ，Ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｃ ｈ ｕ ｎ１ ３ ０ ０ ２ ２ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ３ ．Ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇＲ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈＣ ｅ ｎ ｔ ｅ ｒ ｏ ｆ Ｕ ｒ ｂ ａ ｎＷ ａ ｔ ｅ ｒ Ｒ ｅ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ｓ ，Ｈ ａ ｒ ｂ ｉ ｎ１ ５ ０ ０ ９ ０ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ） Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｃｔ ｕ ｂ ｕ ｌ ａ ｒ ｍ ｉ ｘ ｅ ｒ ｗ ｉ ｔ ｈｃ ｏ ｎ ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ｉ ｃｔ ｕ ｂ ｅ － ａ ｒ ｒ ａ ｙ ｓ ，ｓ ｅ ｍ ｉ － ｕ ｎ ｉ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｄｉ ｓ ｏ ｔ ｒ ｏ ｐ ｙ ｔ ｕ ｒ ｂ ｕ ｌ ｅ ｎ ｔ ｆ ｌ ｏ ｗｔ ａ ｋ ｅ ｓ ｐ ｌ ａ ｃ ｅｂ ｅ ｃ ａ ｕ ｓ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｏ ｆ ｂ ｏ ｕ ｎ ｄ ａ ｒ ｙ ｌ ａ ｙ ｅ ｒ ｉ ｎｔ ｈ ｅ ａ ｒ ｒ ａ ｙ ｅ ｄｔ ｕ ｂ ｅ ，ｗ ｈ ｉ ｃ ｈｃ ａ ｎａ ｃ ｈ ｉ ｅ ｖ ｅ ｒ ａ ｐ ｉ ｄｍ ｉ ｘ ｉ ｎ ｇ ．Ｔ ｈ ｅｍ ｉ ｘ ｉ ｎ ｇｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｉ ｓ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍ ａ ｌ ｗ ｈ ｅ ｎｔ ｈ ｅｓ ｐ ａ ｃ ｅｂ ｅ ｔ ｗ ｅ ｅ ｎｃ ｏ ｎ ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ｉ ｃｔ ｕ ｂ ｅ － ａ ｒ ｒ ａ ｙ ｓ ｉ ｓ １ ０ ０ｍ ｍ ， ｔ ｈ ｅｎ ｕ ｍ ｂ ｅ ｒ ｏ ｆ ｔ ｕ ｂ ｅ － ａ ｒ ｒ ａ ｙｕ ｎ ｉ ｔ ｓ ｉ ｓ ３ ，ａ ｎ ｄｔ ｈ ｅｃ ｏ ｎ ｅ － ｓ ｈ ａ ｐ ｅ ｄｂ ａ ｆ ｆ ｌ ｅ － ｂ ｏ ａ ｒ ｄ ｓ ａ ｒ ｅｓ ｅ ｔ ｂ ｅ ｔ ｗ ｅ ｅ ｎｐ ｉ ｐ ｅ － ａ ｒ ｒ ａ ｙ ｕ ｎ ｉ ｔ ｓ ．Ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｔ ｈ ｅ ｓ ａ ｍ ｅ ｏ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ， ｃ ｏ ｍ ｐ ａ ｒ ｅ ｄｗ ｉ ｔ ｈｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｉ ｆ ｉ ｃ ｅ ｐ ｌ ａ ｔ ｅ ｍ ｉ ｘ ｅ ｒ ， ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｃ ｔ ｕ ｂ ｕ ｌ ａ ｒ ｍ ｉ ｘ ｅ ｒ ｗ ｉ ｔ ｈｃ ｏ ｎ ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ｉ ｃｔ ｕ ｂ ｅ －ａ ｒ ｒ ａ ｙ ｓｃ ａ ｎｓ ａ ｖ ｅａ ｂ ｏ ｕ ｔ １ ５ ． ８ ％ ｏ ｆ ｆ ｌ ｏ ｃ ｃ ｕ ｌ ａ ｎ ｔ ｄ ｏ ｓ ａ ｇ ｅ ，ｔ ｈ ｅｆ ｒ ａ ｃ ｔ ａ ｌ ｄ ｉ ｍ ｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎａ ｎ ｄ ｐ ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅｓ ｉ ｚ ｅｏ ｆ ｆ ｌ ｏ ｃ ｓ ａ ｒ ｅ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｄｂ ｙ １ １ ． ８ ％ａ ｎ ｄ ５ ２ ． ６ ％，ａ ｎ ｄｔ ｈ ｅ ｔ ｕ ｒ ｂ ｉ ｄ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｄ ｉ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｅ ｆ ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｔ ｉ ｓ ｄ ｅ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｄｂ ｙ ２Ｎ Ｔ Ｕ ． Ｋ ｅ ｙｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ： ｗ ａ ｔ ｅ ｒ ｔ ｒ ｅ ａ ｔ ｍ ｅ ｎ ｔ ； ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｃｍ ｉ ｘ ｅ ｒ ； ｃ ｏ ｎ ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ｉ ｃｐ ｉ ｐ ｅ －ａ ｒ ｒ ａ ｙ ； ｃ ｏ ｎ ｅ －ｓ ｈ ａ ｐ ｅ ｄｂ ａ ｆ ｆ ｌ ｅ － ｂ ｏ ａ ｒ ｄ ； ｆ ｒ ａ ｃ ｔ ａ ｌ ｄ ｉ ｍ ｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ； ｐ ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅｓ ｉ ｚ ｅｏ ｆ ｆ ｌ ｏ ｃ 静态混合器是 ２ ０世纪 ７ ０年代发展起来的一种 １ ］ 新型高效化工单元设备 ［ 。快速静态混合器对水 处理的效果及能耗有着重要影响。由于混凝剂的水 解和缩聚反应速度很快， 所以应使混凝剂在尚未产