石灰投加系统的改造
摘 要：分析了石灰投加系统存在问题的原因，重新设计了溶液池、吸液池、搅拌器、翻越沉淀楷及管路系统等。用自制的揽拌器替代原进口的搅拌器，选用国产的离心泵替代原进口的计量泵，实施后取得了成功，并带来可观的经济效益。
关键词：水厂；石灰投加系统；吸液池；搅拌器；泵；改造
石灰投加系统是水厂处理水质的关键投加系统。国家（生活饮用水卫生标准》中规定生活饮用水中的pH值为6.5～8.5。深圳市的水源来自广东的东江，pH值常年偏低。此外，原水经投加混凝剂和加氯消毒后，水的pH值一般还会进一步降低。为此，必须利用石灰投加系统投加的石灰乳来调节水的碱度。
1改造前石灰投加系统状况
图1是原石灰投加系统示意图，其中系统中搅拌部分主要结构示意图见图2。干投机将干石灰送入溶液池，与同时由进水流量计与阀门控制其流量的自来水相混合，经搅拌后流入吸液池，在吸液池内被充分搅拌后的石灰乳由计量泵送至混合池。该系统使用中，出现了许多问题，使石灰投加系统的正常运行常被中断，干扰了混凝沉淀反应的进行，影响水质，降低了供水水质的可靠性。
改造前石灰投加系统主要存在以下缺点：
(1)溶液池和吸液池采用玻璃钢制成，并且材料单薄。搅拌器运行中，受冲击力的影响，使分别安装在溶液池和吸液池盖上的搅拌器机座长年处于振动状态，加上吸液池上的搅拌器是装在半边盖子上，其运行时的振动更为明显。
(2)受振动的影响，吸液池侧面出现了裂缝，致使石灰水外渗。
(3)溶液池及吸液池上安装的搅拌器为美国进口产品。由于振动的作用，固定轴承支架的螺丝斜面间的摩擦阻力减少，固定螺丝逐渐松脱，接着是轴承架脱位、轴承损坏、搅拌轴弯曲。同时，受冲击力变大的影响，电机也出现了异常响声，对环境造成一定的噪音污染。由于零配件无法购买，严重影响了设备的正常运行。
(4)由于石灰质量不稳定，能生产性能优、质量稳定的石灰厂家稀少。石灰中不溶于水的杂质较多，经常堵塞计量泵。计量泵堵塞后，使得计量泵的隔膜十分容易破裂。通常一个月左右就需更换1片隔膜。因计量泵为德国引进的设备，进口每片隔膜需3000元人民币。另外，石灰乳也易在计量泵的液力端结晶，致使液力端的进出口单向球阀与阀座无法贴合，严重影响了计量泵的正常工作。
(5)计量泵的吸水管和压水管布置交错复杂，加上管径太小，使石灰乳的杂质易沉积于管道内。
(6)由于输送石灰乳的PVC管道太长，约120m，清理人员清除沉积于管道内的杂质时，需锯PVC管，用铁钩及高压水来清除杂质。工作劳动强度大、工期长。
2改造的主要内容
针对改造前石灰投加系统存在的问题，我们于1999～2003年间分别对该系统进行了改造。图三是改造后的石灰投加系统示意图，其中改造后系统中搅拌部分主要结构示意图。
2.1设计、砌筑溶液池及吸液池
设计了图4所示的溶液池及吸液池。溶液池和吸液池采用砖块和混凝土砌筑，池体的内外表面均贴上了瓷片。这样不仅池体坚固、美观，而且两池的连通孔不会积杂质。
2.2设计石灰搅拌器
为解决进口设备的配件缺乏问题，决定自行设计搅拌器。以下举例吸液池上的搅拌器的设计计算：
(1)设计数据
吸液池直径D=1.5m。
(2)搅拌器选用及主要参数选用桨式搅拌器；
搅拌器外缘线速度V=1.5～3，取V=3m/s；
搅拌器直径d=（1/3～2/3）D=0.5～1；取d＝0.6m；
搅拌器距池底高度H6＝(0.5～0.75) d = 0.3～0.45，取H6＝0.3m；
搅拌器桨叶数Z=2片；
搅拌器宽度b＝(0.1～0.25) d=0.06～0.15，取b＝0.06m；
搅拌器层数e＝H/D=0.72 /1.5≤1.2～1.3，取e＝1
搅拌器转速n=60V/7πd＝60(1.5～3)/7rd=47.75～95.49r/min，取n＝82r/min；
搅拌器旋转角速度ω=2V/d =24rad/s；
计算搅拌功率N=C3×rω3ZebR4/408g =0.4975～1.243kW；
式中C3一阻力系数，C3–≈0.2～0.5；
r一溶液容重，kg/m3；
ω一搅拌器旋转角速度，ω=2V/d, rad/s；
Z一搅拌器桨叶数，片；
e一搅拌器层数；
b一搅拌器桨叶宽度，m；
R一搅拌器半径，m；
g一重力加速度9.81，m/s2。
(3)摆线针轮减速电动机的选用
选用JXJ0一17一0.55摆线针轮减速电动机，功率为0.55kW，输出转速为82r/min。
2.3安装搅拌器
利用槽钢作为支撑件，按W4分别将自行设计并自制的搅拌器装于溶液池和吸液池上。
2.4更换计量泵
将原参数Q=3000 L/h，H=30m的3台计量泵（2用1备）换成参数Q＝50m3/h，H= 8m的2台国产离心泵（1用1备）。国产离心泵具有价格低、维修方便、配件供应快捷等优势。
2.5布置离心泵机组
在保证设备运行安全，安装与维护方便，管道短、顺直、管件少的原则下重新布置离心泵机组。吸液管管径由原来的DN50改为DN100，压液管管径由原来的DN50改为DN80。同时，在压液管上增加了冲洗管道沉积物的机构。
2.6更换输液管
将约120m长的石灰乳输液管更换为PVC钢丝增强软管，管径由原来的DN50改为DN80。清洗时，先用木榔头振动PVC钢丝增强软管外壁，待软管内壁的沉积物被振松后，再开启输送石灰乳的离心泵将沉积物冲走。这种方法清洗方便、工期短。
2.7设计翻越沉淀糟
为防止清洗石灰投加系统后排放液中的固体杂质流入排水管，进而造成排水管的堵塞问题，设计了图5所示的翻越槽：用砖和混凝土砌于环300的排污管道前，这样流入翻越沉淀槽的石灰固体杂质依靠重力作用沉下来，上层较清的清水通过排水管排出。
3改造效果
(1)原从美国进口每台搅拌器的价格为1.9万元，而自行设计并自制的搅拌器的价格仅为每台0.1801万元。自从对原石灰投加系统改造后，搅拌器运行平稳，故障率大大降低，约平均2年换一次减速机中的轴承即可，轴承购置费用约80元。
(2)国产的离心泵在实际使用中效果很好，使用3年后仅换过一次轴承。通过换泵，既大大减少了检修人员的工作量，又从根本上解决了设备备件的问题。与进口设备相比，替代设备成本低廉，离心泵的每台购置成本为0.37万元，购置2台共花0.74万元，而改造前每年购买进口计量泵上的隔膜需花4.2万元。由此可见，2个多月即可收回购置离心泵的成本。
(3)石灰投加系统改造后，经使用观察，吸液管、压液管及输液管的积物量大大减少，并且清洗方便迅速。
(4) DN300的排水管前增加自行设计的翻越沉淀槽后，沉淀杂质的效果非常好。
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