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气浮理论工艺

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气浮理论工艺


三、溶气浮法的设计与计算
目前压力气气浮法应用最为广泛。与其他方法相比,它具有以下优点:
(1)在加压条件下,空气的溶解度大,供气浮用的气泡数量多,能够确保气浮效果;
(2)溶入的气体经骤然减压释放,产生的气泡不仅微细、粒度均匀、密集度大、而且上浮稳定,对液体扰动微小,因此特别适用于对疏松絮凝体、细小颗粒的固液分离;
(3)工艺过程及设备比较简单,便于管理、维护;
(4)特别是部分回流式,处理效果显著、稳定,并能较大地节约能耗。
(一)设计要点及注意事项
(1)要充分研究探讨待处理水的水质情况,分析采用气浮工艺的合理性和适用性;
(2)在有条件的情况下,对需处理的废水应进行必要的气浮小型试验或模型试验。并根据试验结果选择适当的溶气压力及回流比(指溶气水量与待处理水量的比值)。通常溶气压力采用0.2~0.4MPa,回流比取5%~25%一之间;
(3)根据试验时选定的混凝剂种类、投加量、絮凝时间、反应程度等,确定反应形式及反应时间,一般沉淀反应时间较短,以5一15分钟为宜;
(4)确定气浮池的池型,应根据对处理水质的要求、净水工艺与前后处理构筑物的衔接、周围地形和构筑物的协调、施工难易程度及造价等因素综合地加以考虑。反应池宜与气浮池合建。为避免打碎絮体,应注意构筑物的衔接形式。进人气浮池接触室的流速宜控制在0.1m/s以内;
(5)接触室必须对气泡与絮凝体提供良好的接触条件,同时宽度应考虑安装和检修的要求。水流上升流速一般取10~20mm/s:,水流在室内的停留时间不宜小于60秒;
(6)接触室内的溶气释放器,需根据确定的回流量,溶气压力及各种型号释放器的作用范围按下表来选定:
(7)气浮分离室需根据带气絮体上浮分离的难易程度选择水流(向下)的流速,一般取1.5~3.0mm/s,即分离室的表面负荷率取5.4~10.8m3/(m2.h);
(8)气浮池的有效水深一般取2.0~2.5m,池中水流停留时间一般为10~20min;
(9)气浮池的长宽比无严格要求;一般以单格宽度不超过10m,池长不超过15m为宜;
(10)气浮池的排渣一般采用刮渣机定期排除。集渣槽可设置在池的一端或两端.;刮渣机的行车速度宜控制在5m/min以内;
(11)气浮池集水应力求均匀,一般采用穿孔集水管,集水管的最大流速宜控制在0.5m/s左右;
(12)压力溶气罐一般采用阶梯环为填料,填料层高度通常取1~1.5m,这时罐直径一般根据过水截面负荷率:100~200m3/(m2.h)选取,罐高为2.5~3.0m。
(二)设计程序
1、进行实验室或现场试验
由于废水种类繁多,即使是同类型的废水,其水质变化也很大。通常的设计参数也只是经验统计值。因此可靠的办法最好采用实验室或现场小型试验取得的结果作为设计依据。
2、确定设计方案在进行现场查勘及综合分析各种资料的基础上,确定主体设计方案。
(1)溶气方式采用全溶气式还是部分回流式;
(2)气浮池池型选用平流式还是竖流式,取圆形、方形还是矩形;
(3)在气浮前或后是否需要用预处理或后续处理构筑物,其形式怎样,如何衔接?
(4)浮渣处理与处置途径;
(5)工艺流程及平面布置的初步确定及合理性分析。
3、设计计算(不包括一般处理构筑物的常规计算) 气浮理论工艺(下半部)

四、溶气浮法的主要设备的设计

(一)溶气释放器

1、溶气释放器主要特点

(1)释气完全,在0.15MPa以上能释放溶气量的99%左右;

(2)能在较低压力下工作,在0.2MPa以上时能取得良好的净水效果,节约电耗:

(3)释出的气泡微细,气泡平均直径为20-40微米,气泡密集,附着性能良好。

2、不同型溶气释放器

()压力溶气罐

   2.溶气罐

溶气罐的作用是在一定的压力(一般0.2~0.6MPa)下,保证空气能充分地溶于废水中,并使水、气良好混合;混合时间一般为1~3min,混合时间与进气方式有关、即泵前进气混合时间可短些,泵后进气混合时间要长些溶气罐的顶部没有排气阀,以便定期将积存在罐顶部未溶解的空气排掉,以免减少罐容,另外多余的空气如不排出,由于游离气泡的搅动会影响气浮池的气浮效果。罐底设放空阀,以便清洗时放空溶气罐。

为了防止溶气罐内短流。增大紊流程度促进水气充分接触,加快气体扩散,常在罐内设隔套、挡板或填料。

溶气罐的形式可分为静态型和动态型两大类。静态型包括花板式、纵隔板式、横隔板式等,这种溶气罐多用于泵前进气。动态型分为填充式、涡轮式等,多用于泵后进气。国内多采用花板式和填充式。

压力溶气罐有多种形式,比较好形式是空压机供气的喷淋式填料罐。该设备特点是:

(1)该种压力溶气罐用普通钢板卷焊而成。但因属压力容器范畴,故其设计、制作需按一类压力容器要求考虑;

(2)该种压力溶气罐的溶气效率与不加填料的溶气罐相比高30%,在水温20-30℃范围内,释气量约为理论饱和溶气量的90%-99%;

(3)可应用的填料种类很多,如瓷质拉西环、塑料斜交错淋水板、不锈钢圈填料、塑料阶梯环等。由于阶梯环具有较高的溶气效率,故可优先考虑。不同直径的溶气罐,需配置不同尺寸的填料,其填料的充填高度一般取1m左右。当溶气罐直径超过500mm时,考虑到布水均匀性,可适当增加填料高度。

(4)由于布气方式、气流流向变化等因素对填料罐溶气效率几乎无影响,因此进气的位置及形式一般无需过多考虑;

(5)为自动控制罐内最佳液位,采用了浮球液位传感器,当液位达到了浮球传感器下限时,即指令关闭进气管上的电磁阀,反之,当液位达到上限时,则指令开启电磁阀;

(6)溶气水的过流密度(溶气水流量与罐的截面积之比)有一个优化的范围。根据同济大学试验结果所推荐的’rR型压力溶气罐的型号、流量的适应范围及各项主要参数列

压力溶气罐的主要尺寸

罐直径(mm)

流量适用范围(m3/h)

压力适用范围(MPa)

进水管直径(mm)

出水管直径(mm)

罐总高(包括支脚)mm

200

3-6

0.2-0.5

40

50

2550

300

7-12

0.2-0.5

70

80

2580

400

13-19

0.2-0.5

80

100

2680

500

20-30

0.2-0.5

100

125

3000

600

31-42

0.2-0.5

125

150

3000

700

43-58

0.2-0.5

125

150

3180

800

59-75

0.2-0.5

150

200

3280

900

76-95

0.2-0.5

200

250

3330

1000

96-118

0.2-0.5

200

250

3380

1200

119-150

0.2-0.5

250

300

3510

1400

151-200

0.2-0.5

250

300

3610

1600

201-300

0.2-0.5

300

350

3780







(四)刮渣机

如果大量浮渣得不到及时的清除或者刮渣时对渣层的扰动过于剧烈,刮渣时液位及刮渣程序控制不当,刮渣机运行速度与浮渣的粘滞性不协调等都将影响气浮净化后出水的效果

  目前,对矩形气浮池均采用桥式剖渣机。这种类型的刮渣机适用范围一般在跨度10m以下,出渣槽的位置可设置在池的二端或两端。

对圆形气浮池,大多数采用行星式刮渣机。其适用范围在直径2-8m,出渣槽位置可在圆池径向的任何部位。此外,还有一些用于特殊情况的刮渣机,如小型链条式刮渣机等。

 (五)减压阀

减压阀的作用,在于保持溶气罐出口处的压力恒定,从而可以控制出罐后气泡的粒径和数量。也可用低压溶气释放器来代替减压阀,溶气水流经释放器时、由于形成强烈的搅动和涡流,便产生微细气泡。

六、溶气浮法的运行管理及技术经济分析
(一)运行管理
溶气浮法的运行管理较为简便,当溶气罐实现自控后,在一般情况下,只需2-4小时用按钮操纵刮渣机排渣即可。试运行时的应注意以下几项内容。
(1)在调试前,除了对各种设备进行常规的清扫、检查外,还应将释放器卸下,进行多次管路及溶气罐的清洗,待出水没有易堵的颗位杂质时,再安装释放器;
(2)在调试时,应首先调试压力溶气系统与溶气释放系统,调试用的溶气水应是清水。待上述系统运行正常后,再向反应池内注入废水;
(3)压力溶气罐的进、出阀门,在运行时必须完全打开,避免由于出水阀门处截流而使气泡提前释出,并在管道内膨大现象的发生;
(4)运行时;压力溶气罐内的水位必须妥加控制,水位不能淹没填料层,但也不宜过低,以防在出水中带出大量未溶气泡。一般水位保持在距罐底60cm以上处;
(5)空压机的压力应在大于溶气罐的压力时,才可以向罐内注入空气。为防止压力水倒罐进入空压机,也可在进气管上装设单向阀;
(6)需经常观察池面情况。如发现接触区浮渣面不平,局部冒出大气泡时,很可能是由于释放器被堵。如发现分离区渣面不平,池面常有大气泡鼓出或破裂,则表明气泡与絮粒粘附不好,应采取相应的措施加以解决;
(7)为了在刮渣时尽量不影响出水水质,刮渣时需抬高池内水位,并按最佳的浮渣堆积厚度及浮渣含水率进行定期刮渣。
 (二)技术经济分析
由于净水工艺中沉淀法沿用了多年,人们选用气浮法自然地要与沉淀法比较。其实,两种方法各具特点,对于轻飘易浮的杂质宜采用溶气气浮法,;对于密实沉重的杂质宜采用沉淀法。通常通过投药、混合反应后形成的絮体,当上浮速度快于沉淀时,则选用气浮法为好。因为气浮法占地面积小(仅为沉淀法的1/8一1/2),池容积也小(仅为沉淀法的1/8-1/4),处理后出水水质好,不仅浊度及SS低而且溶解氧高,排出的浮渣含水率远远低于沉淀法排出的污泥。一般污泥体积比为1/10-1/2,这给污泥的进一步处理和处置既带来了较大方便,又节约了费用。
有些废水同时含可沉、可浮的杂质,单独使用气浮或沉淀效果都不理想。此时可将沉淀与气浮结合,发挥各自优点,不仅会提高处理效果,而且也节省投资和运行费用。
生产实践表明,气浮池不仅在除色、去浊上优于沉淀池,而且在降低污染水1个的COD、木质素以及提取氧等方面都显出极其独特的优点,其造价也比平流沉淀池、斜管沉淀池、水力或机械加速澄清池低约z%左右,其运行费用也略低
(五)关于提高气浮净水技术的途径
气浮法净水在国内外均处在推广和技术提高阶段。技术上先进、经济上合理是气浮法推广的支柱。回顾气浮法净水的发展历程其技术发展速度是缓慢的。刀年代改善了溶气方法,解决了溶气释放中产生的气泡尺寸及其数量这个技术关键性难题后,气浮法净水才在发达国家首先得以采用和逐步推广。
尽管气浮法净水因其独特优点而日露锋芒,但要充分发挥其特点,目前还应重点在以下应三个方面进行研究开发。
1.气泡进一步微细化。
众所周知,在相等的释气量条件下,所产生的微气泡越细,则气泡个数越多越密集,粘附的絮粒也越小,净水效果也就越好,而且形成的浮渣也越稳定。因此。研究气泡平均直径更小的溶气释放器是当前提高气浮净水技术的一个途径。它不仅能提高现有净水对象的去除效果,而且还能开拓气浮法净水的应用范围。
2.直接切割气体制造微气泡
压力溶气气浮法净水存在两个问题:第一是压力溶气相对能耗较大;第二是溶气水量的加入增大了气浮池内的水力负荷,给分离带来困难。解决这两个问题的理想办法是研制直接产生微气泡的布气装置,通过该装置将气体切割成稳定、微细、密集的微气泡群,从而极大限度地降低能耗,而且不会增加气浮池容积。尽管直接布气法难度很大,但它是最有吸引力的研究方向。
3.固、液分离技术。
为了提高固、液分离技术,充分发挥气浮净水的优势,除上述气泡进一步微细化与采用直接布气法外,改善固、液分离效果也是一个重要方面。因为气浮净水的最终目的还是体现在提高分离效果上。如果设法将电凝聚气浮的泡、絮同时形成并凝聚的这个概念引人压力溶气气浮法中则有可能大大提高其分离效果。这个概念可称共凝聚气浮。为了适应共凝聚气浮,应该研制一种新型的溶气释放器,它应该延时释出高度密集的超微气泡,在与投药混合后的初级反应水(确切说,微絮粒尚未形成时的水)充分混和时,两者同时成长,即超微气泡与微絮粒同时形成并结合在一起,进而共同成长为带气絮粒。这样形成的带气絮粒在上浮过程中,不但不会受剪力影响而使气泡脱落,以至下沉,而且上浮快,浮渣稳定,耗用的气量最少。因此说共凝聚气浮是很有前途的研究方向。
此外,如何妥善地解决粘附牢度问题也是当前急待解决的一个问题。
气浮法作为一个物化法,不仅要提高气泡质量(如细微度、密集度、稳定性等),而且还要十分重视改善絮粒的性能。如果我们能得到僧水性、吸附性强的絮粒,则将大大有助于提高气浮净水的效果。为此,研究供气浮用的絮凝剂和助凝剂也是迫在眉捷的一个问题。
正象沉淀技术的发展离不开沉淀理论的研究一样,气浮技术的发展也需要气浮理论的指导。更何况气浮研究的对象是液、固、气三相体系,比沉淀更复杂。对于气泡的结构和特性、气泡尺寸的正确选择与控制、气泡与絮粒粘附的条件,均须深入研究。有些理论上的新概念与假设,尚须进一步通过实验逐个地得到验证与确认。因此气浮净水技术远非已臻完善,众多的问题等待着我们去研究突破。