溶氣氣浮的分類及設(shè)計(jì)原理

1、溶氣氣浮的分類及設(shè)計(jì)原理溶氣氣浮是氣浮的一種，它利用水在不同壓力下溶解度不同的特性，對(duì)全部或部分待處理（或處理后）的水進(jìn)行加壓并加氣，增加水的空氣溶解量，通入加過混凝劑的水中，在常壓情況下釋放，空氣析曲形成小氣泡，粘附在雜質(zhì)絮粒上，造成絮粒整體密度小于水而上升，從而使固液分離。溶氣氣浮適用于處理低濁度、高色度、高有機(jī)物含量、低含油量、低表面活性物質(zhì)含量或具有富藻的水。相對(duì)于其它的氣浮方式，它具有水力負(fù)荷高，池體緊湊等優(yōu)點(diǎn)。但是它的工藝復(fù)雜，電能消耗較大，空壓機(jī)的噪音大等缺點(diǎn)也限制著它的應(yīng)用。1分類根據(jù)不同的劃分原則，DAF可以有不同的分類。1. 1根據(jù)氣泡從水中析生時(shí)所處壓力的不同，可分為真空

2、式氣浮法與壓力溶氣氣浮法兩種。前者利用抽真空的方法在常壓或加壓下溶解空氣，然后在負(fù)壓下釋放微氣泡，供氣浮使用；后者是在加壓情況下，使空氣強(qiáng)制溶于水中，然后突然減壓，使溶解的氣體從水中釋放由來，以微氣泡形式粘附上絮粒，一起上浮。1.1.1 真空式氣浮池，雖然能耗低，氣泡形成和氣泡與絮粒的粘附較穩(wěn)定；但氣泡釋放量受限制；而且，一切設(shè)備部件，都要密封在氣浮池內(nèi)；氣浮池的構(gòu)造復(fù)雜；只適用于處理污染物濃度不高的廢水，因此實(shí)際應(yīng)用不多。1.1.2 壓力溶氣氣浮法是目前國內(nèi)外最常采用的方法,可選擇的基本流程有全流程溶氣氣浮法、部分溶氣氣浮法和部分回流溶氣氣浮法三種。1.1.2.1全流程溶氣氣浮法全流程溶氣氣

3、浮法是將全部廢水用水泵加壓，在溶氣罐內(nèi)，空氣溶解于廢水中，然后通過減壓閥將廢水送入氣浮池流程圖見圖1。它的特點(diǎn)是：溶氣量大，增加了油?；驊腋☆w粒與氣泡的接觸機(jī)會(huì)；在處理水量相同的條件下，它較部分回流溶氣氣浮法所需的氣浮池小。全部廢水經(jīng)過壓力泵，所需的壓力泵和溶氣罐均較其他兩種流程大，因此投資和運(yùn)轉(zhuǎn)動(dòng)力消耗較大。1.1.2.2部分溶氣氣浮法部分溶氣氣浮法是取部分廢水加壓和溶氣，其余廢水直接進(jìn)入氣浮池并在氣浮池中與溶氣廢水混合。它的特點(diǎn)是：與全流程溶氣氣浮法所需的壓力泵小，因此動(dòng)力消耗低；氣浮池的大小與全流程溶氣氣浮法相同，但較部分回流溶氣氣浮法小。1.1.2.3部分回流溶氣氣浮法部分回流溶氣氣浮

4、法是取一部分處理后的水回流，回流水加壓和溶氣，減壓后進(jìn)入氣浮池，與來自絮凝池的含油廢水混合和氣浮，流程見圖2。它的特點(diǎn)是：加壓的水量少，動(dòng)力消耗?。粴飧∵^程中不促進(jìn)乳化；磯花形成好，后絮凝也少；氣浮池的容積較前兩種流程大?，F(xiàn)代氣浮理論認(rèn)為：部分回流加壓溶氣氣浮節(jié)約能源，能充分利用浮選劑，處理效果優(yōu)于全加壓溶氣氣浮流程。而回流比為50%寸處理效果最佳，所以部分回流加壓溶氣氣浮工藝是目前國內(nèi)外最常采用的氣浮法。圖2部分回流溶氣氣浮法流程圖1. 2根據(jù)氣浮池中微氣泡污泥層有無過濾作用及水的不同流態(tài)分為：早期DAR普通DAF和紊流DAF。2設(shè)計(jì)原理DAF一般設(shè)置在生物處理單元之前，物理處理單元之后，習(xí)

5、慣上將其歸為物理處理單元。若設(shè)為兩級(jí)浮選，為了方便節(jié)約，平面布置時(shí)常將一、二級(jí)浮選池并列，一、二級(jí)浮選池是約有500m仇右的液位差保證污水從一級(jí)浮選池流動(dòng)到二級(jí)浮選池，而取消提升泵達(dá)到節(jié)能效果。體現(xiàn)在豎向布置上，即在設(shè)計(jì)、施工時(shí)必須嚴(yán)格控制刮渣機(jī)拖架（板）、可調(diào)節(jié)堰和除渣槽頂?shù)臉?biāo)高，這一點(diǎn)非常重要，是關(guān)鍵因素之一，否則會(huì)嚴(yán)重影響氣浮效果（泡沫層無法用機(jī)械方法撇除），這也正是必須采用可調(diào)節(jié)由水堰的原因所在。圖2兩級(jí)浮選池工藝流程圖DAF主要由空氣飽和設(shè)備、空氣釋放設(shè)備和氣浮池等組成。目前，溶氣氣浮工藝的設(shè)計(jì)和最佳操作的確定，需要依靠中試和經(jīng)驗(yàn)。以下，根據(jù)各種應(yīng)用中總結(jié)生的經(jīng)驗(yàn)，分別介紹各個(gè)組成部

6、分的設(shè)計(jì)原理。2. 1壓力溶氣系統(tǒng)3. 1.1溶氣系統(tǒng)占整個(gè)氣浮過程能量消耗的50%,溶氣罐價(jià)值占工廠總基建投資的12%因此優(yōu)化溶氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)縮小氣浮操作費(fèi)用是很重要的。溶氣罐多為園筒形，立式布置，容積按廢水停留時(shí)間253min計(jì)算，罐中可裝設(shè)有隔板，瓷環(huán)之類，也有用空罐的。因?yàn)槿軞夤迌?nèi)水、氣相混合，所以一般按壓力容器進(jìn)行設(shè)計(jì)，罐頂設(shè)自動(dòng)排氣閥或罐底設(shè)自動(dòng)減壓閥平衡壓力，罐內(nèi)壓力一般控制在左右為宜，據(jù)此可以確定提升泵、回流泵和空壓機(jī)的參數(shù)。在國外的設(shè)計(jì)資料和文獻(xiàn)中，認(rèn)為氣水停留時(shí)間越長，溶氣效率越高。這樣就使得溶氣罐的體積顯得龐大，停留時(shí)間有時(shí)長達(dá)35min。國內(nèi)的研究證實(shí)了液膜阻力控制著溶

7、氣速率，認(rèn)為停留時(shí)間越長，溶氣效果越好的觀念不符合實(shí)際，因此國內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)不同于國外，是以預(yù)定的溶氣效率為設(shè)計(jì)指標(biāo)，以液相過流密度和液相總?cè)萘總髻|(zhì)系數(shù)為參數(shù)。所有研究都表明有填充床的溶氣罐比沒有填充床的有效，其效率最高可達(dá)到99%但在實(shí)際運(yùn)行中，經(jīng)常需對(duì)溶氣罐進(jìn)行內(nèi)部檢查，因而在很多溶氣氣浮工藝中常選用沒有填充床的系統(tǒng)，而且大部分無填充床的溶氣罐常配有內(nèi)部的或外部的噴射器以提高溶氣效率。2. 1.2加壓溶氣法有兩種進(jìn)氣方式，即泵前進(jìn)氣和泵后進(jìn)氣。第一種是泵前進(jìn)氣，流程圖見圖3。當(dāng)空氣吸入量小于空氣在該溫度下水中的飽和度時(shí)，由水泵壓水管引由一支管返回吸水管，在支管上安裝水力噴射器，廢水經(jīng)過水力噴射

8、器時(shí)造成負(fù)壓，將空氣吸入與廢水混合后，經(jīng)吸水管、水泵送入溶氣罐。這種方式省去了空壓機(jī)，氣水混合效果好，但水泵必須采用自引方式進(jìn)水，而且要保持lm以上的水頭，其最大吸氣量不能大于水泵吸水量的10%,否則，水泵工作不穩(wěn)定，破壞了水泵應(yīng)當(dāng)具有的真空度，會(huì)產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象。第二種是泵后進(jìn)氣，流程圖見圖4。當(dāng)空氣吸入量大于空氣在該溫度下水中的飽和度時(shí)，空氣通過空壓機(jī)在水泵的由水管壓入，但也不宜大于水泵吸水量的25%這種方法使水泵工作穩(wěn)定，而且不必要求在正壓下工作，但需要由空氣壓縮機(jī)供給空氣。為了保證良好的溶氣效果，溶氣罐的容積也比較大，一般需采用較復(fù)雜的填充式溶氣罐。圖3泵前進(jìn)氣流程圖圖4泵后進(jìn)氣流程圖2.

9、1.3空氣注入量的調(diào)節(jié)是浮選操作的另一關(guān)鍵因素，一般隨選擇的溶氣壓力或回流比而變。實(shí)驗(yàn)也表明由水質(zhì)量僅依賴于引入系統(tǒng)的空氣總量（氣泡尺寸一致時(shí)），而與單獨(dú)壓力或回流比無關(guān)。要根據(jù)污水水質(zhì)、浮選劑和減壓釋放器的類型經(jīng)反復(fù)實(shí)踐而定。2.1.4溶氣罐內(nèi)水位高低是影響氣浮效果的重要因素。水們南寧市，縮小了水氣接觸部分的窖，溶氣效果不好；水位太低則缺乏必要的緩沖水深，氣體會(huì)穿過水層進(jìn)入氣浮設(shè)備形成大氣泡，氣浮效果也不佳。推薦水位控制在罐內(nèi)1/31/4左右。2.1.5溶氣罐內(nèi)的壓力是影響氣量的重要因素。一般情況下，壓力高，則溶氣多，在空壓機(jī)加氣方式中，溶氣罐內(nèi)的壓力是由空壓機(jī)氣壓和水泵共同決定的。在正運(yùn)轉(zhuǎn)

10、時(shí)，首先要保證足夠的水壓，但水壓和氣壓又要基本相當(dāng)。在采用水射器加氣的方式中，保證溶氣罐壓力的關(guān)鍵是采用合適的水泵，一般水泵壓力應(yīng)在保證額定流量的前提下大于，溶氣罐壓力調(diào)整可通過調(diào)節(jié)溶氣罐由水閥、水泵由水閥、回流控制閥進(jìn)行。2.1.6根據(jù)中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范第條溶氣罐的設(shè)計(jì)應(yīng)符合下列要求：一、溶氣罐工作壓力宜采用300500kPa;二、空氣量以體積計(jì)，可按污水量510%+算；三、污水在溶氣罐內(nèi)停留時(shí)間應(yīng)根據(jù)罐的型式確定,般宜為14min,罐內(nèi)應(yīng)有促進(jìn)氣水充分混合的措施；四、采用部分回流的溶氣罐宜選用動(dòng)態(tài)式，并應(yīng)有水位控制措施。2.1.7有應(yīng)用中提到，增加一個(gè)精密空氣穩(wěn)流器，它

11、的作用是使空氣在進(jìn)入溶氣罐的噴頭前，確保壓力平穩(wěn)、均O回流比是指，當(dāng)采用部分回流溶氣氣浮法時(shí)，進(jìn)入溶氣罐加壓溶氣的回流水量與處理水量的比值?；亓鞅纫话銥閺U水的25%50%。但當(dāng)污水水質(zhì)較差，且污水水量不大時(shí)，可適當(dāng)加大回流比，以保證由水水質(zhì)。2.2溶氣釋放系統(tǒng)釋放器是該系統(tǒng)的關(guān)鍵裝置，它對(duì)氣泡形成的大小、分布以及對(duì)氣浮凈水效果和運(yùn)行費(fèi)用均有明顯影響。目前被采用的釋放器的釋氣效率可達(dá)%2.2.1以前的研究認(rèn)為，釋氣泡的大小與溶氣壓力有關(guān)，低壓時(shí)形成大氣泡居多，不利于氣浮。國內(nèi)最新研究認(rèn)為：溶氣水在減壓消能時(shí)氣泡的釋放規(guī)律與氣泡在靜水中的狀況不同；低壓時(shí)大氣泡的由現(xiàn)歸咎于釋放器不良所致。除了要釋放

12、由大量穩(wěn)定的微小氣泡，關(guān)鍵是要如何防止堵塞。目前國內(nèi)外采用不同類型的釋放器，有簡單閥門式、針型閥式以及專用釋放器。溶氣釋放器的專利產(chǎn)品很多，其中效果較好的一般都有以下特點(diǎn)：在噴嘴處有一個(gè)瞬間的壓降；在釋放器的入口處水流方向會(huì)突然改變；釋放器口徑不超過，水在釋放器中的停留時(shí)間V；離開釋放器的水流速度逐漸變小；離開釋放器的水體會(huì)與其前面一擋板發(fā)生撞擊。任何釋放器都不可能只產(chǎn)生微氣泡，而一般是產(chǎn)生直徑在4070以m之間的氣泡，一些大氣泡的產(chǎn)生是不可避免的，盡管這些大氣泡的存在會(huì)降低系統(tǒng)的運(yùn)行效率。2.2.2根據(jù)中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范第條溶氣釋放器的選用應(yīng)根據(jù)含油污水水質(zhì)、處理流程和釋

13、放器性能確定。2.3氣浮分離系統(tǒng)氣浮分離系統(tǒng)的功能是確保一定容積來完成微氣泡群與水中雜質(zhì)的充分混合、接觸、粘附以及帶氣絮粒與清水的分離。2.3.1為了提高氣浮的處理效果，往往向廢水中加入混凝劑或氣浮劑，投加量因水質(zhì)不同而異，一般由試驗(yàn)確定。對(duì)于鋁類絮凝劑，通過提高攪拌強(qiáng)度均可使由水濁度進(jìn)一步降低。為保證浮選（混凝）劑的混凝作用，浮選池進(jìn)水端宜設(shè)靜態(tài)管道混合器和反應(yīng)室，反應(yīng)室有效容積約按廢水（進(jìn)水量與回流量的和）停留時(shí)間10分鐘計(jì)算，一般分為三間，迷宮式布置，且每間設(shè)攪拌機(jī)提高混凝效果，每間中的速度梯度常常是相同的。絮凝池設(shè)計(jì)最好提供活塞流狀態(tài)，可以確保較好的氣浮效果。2.3.2溶氣氣浮池的最大

14、建議尺寸可達(dá)145m2,相應(yīng)的產(chǎn)水能力為29004350m3/h,單位面積的產(chǎn)水能力至少提高了一倍。溶氣氣浮池的深度從增加到，且池型由長方形向正方形發(fā)展，長寬比在（2）:1之間。目前運(yùn)行良好的溶氣氣浮池的長度最大可達(dá)12m,但寬度被限制為，這主要是因?yàn)闄C(jī)械刮渣機(jī)的最大跨度為。污水在氣浮池內(nèi)的停留時(shí)間一般取3040min,工作水深為1525m,長寬比不小于4,表面負(fù)荷510m3/m2?h。若停留時(shí)間太短，水流的沖擊力大，浮選罐中的污水牌較強(qiáng)的紊流狀態(tài)，這樣不但不利于氣泡與絮體的粘附，反而會(huì)將部分已粘附在氣泡上的絮體打碎；另外，由于紊流和較短的反應(yīng)時(shí)間，而使投加的部分混凝劑未反應(yīng)完全時(shí)就隨由水流由

15、，致使由水中懸浮固體的去除率降低，甚至由現(xiàn)負(fù)增長的趨勢。2.3.3氣浮池分2個(gè)區(qū)：接觸區(qū)和分離區(qū)。2.3.3.1設(shè)計(jì)接觸區(qū)時(shí)，要注意控制絮凝水的上升流速，避免短流、偏流，不致在上浮過程中被水流剪脫已粘附的氣泡而影響后續(xù)分離效果。通常情況下接觸區(qū)的上升流速以控制在1020mm/s為宜，高度以為宜，在這種流速和高度下，既保證了絮粒和微氣泡的接觸時(shí)間，又不會(huì)造成絮粒因上浮時(shí)間過長而破壞或下沉。合理地布置釋放器，使釋放水的作用范圍遍及全區(qū)，能充分、及時(shí)地使微氣泡下絮粒接觸。2.3.3.2分離區(qū)選擇分離速度時(shí)，應(yīng)有利于帶氣絮粒上浮。對(duì)于絮粒大、密度小、不易破碎的帶氣絮粒一般采取較大的分離速度，反之取較小

16、值。分離區(qū)的流速宜在13mm/s,流速過小會(huì)造成大絮粒因擁擠而沉淀，流速過大會(huì)造成帶氣絮粒和清水的分界面向下延伸，從而造成絮粒隨水流出、水質(zhì)下降。對(duì)濃度大、浮渣多，在固液分離時(shí)形成擁擠上浮現(xiàn)象的應(yīng)減小上浮速度，否則浮渣層太厚會(huì)造成落渣，或因分離區(qū)容積過小而影響分離效果。選取集水系統(tǒng)時(shí)，盡可能做到集水均勻，不讓上浮較慢的細(xì)小帶氣絮粒流由池外。為此，應(yīng)避免短流、快部滯流、碰壁回流等不良現(xiàn)象由現(xiàn)。當(dāng)溶氣氣浮池的水力負(fù)荷10m3/m2?h時(shí)，很容易由現(xiàn)氣浮由水?dāng)y帶氣泡進(jìn)入后續(xù)濾池的情況，氣泡會(huì)存在于濾池的上層。雖然有人發(fā)現(xiàn)濾池中氣泡的存在會(huì)有利于水中顆粒的去除，但是它會(huì)導(dǎo)致濾池水頭損失的急劇升高，從而

17、使濾池運(yùn)行周期顯著縮短，因此應(yīng)該避免濾池進(jìn)水中氣泡的存在，所以在大幅度提高溶氣氣浮池水力負(fù)荷的同時(shí)，必須設(shè)置脫氣系統(tǒng)以保證工藝的正常運(yùn)行。安裝簡易，靈巧的刮渣設(shè)備，以便刮渣時(shí)不致擾動(dòng)浮渣層而產(chǎn)生落渣，影響由水水質(zhì)。2.3.4國內(nèi)外氣浮池的設(shè)計(jì)參數(shù)變化范圍很大，我國主要采用以下參數(shù)：接觸區(qū)：停留時(shí)間表面負(fù)荷率3672m3/m2?h分離區(qū)：表面負(fù)荷率m3/m2?h2.3.5根據(jù)中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范第條氣浮池可采用矩形或圓形。矩形氣浮池的設(shè)計(jì)應(yīng)符合下列要求：一、氣浮池應(yīng)設(shè)置反應(yīng)段，反應(yīng)時(shí)間宜為1015min;二、每格池寬不應(yīng)大于，長寬比宜為34;三、有效水深宜為，超高不應(yīng)小于；四、

18、污水在氣浮池分離段停留時(shí)間不宜大于；五、污水在池內(nèi)的水平流速不宜大于10mm/s;六、氣浮池端部應(yīng)設(shè)置集沫槽；七、池內(nèi)應(yīng)設(shè)刮沫機(jī)，刮沫機(jī)的移動(dòng)速度宜為15m/min。2.3.6氣浮模型研究得由了一些新概念，如飲用水氣浮處理需針尖大小（數(shù)十微米）的絮體。pH對(duì)絮體形成和氣泡粘附一樣重要。在最佳pH時(shí)，顆粒的工電位接近于0或?yàn)樨?fù)值，可采用較高的溢流流速度（15m/h）o氣浮池的最佳設(shè)計(jì)是接觸區(qū)和分離區(qū)呈長窄形狀的活塞流反應(yīng)器，停留時(shí)間分別大于和5min,這樣表面負(fù)荷要比傳統(tǒng)數(shù)值提高許多，而且效率較高。增加一個(gè)射流混合器可以保證隔油池由水與溶氣水充分混合后進(jìn)入浮選池中，使形成的超微氣泡均一散布于池中

19、。因?yàn)槲鬯幸话愫卸居泻ξ镔|(zhì)，故浮選池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要考慮設(shè)防腐層和頂蓋板，有條件時(shí)可考慮浮選氣體的有組織排放。2.4正交試驗(yàn)分析得由：回流比、混凝劑投加量和浮選罐的有效停留時(shí)間這三個(gè)主要參數(shù)對(duì)氣浮效果影響大小的主次關(guān)系是：回流比混凝劑投加量浮選罐的有效停留時(shí)間。溶氣罐與氣浮池之間的回流水輸送管道要短，壓力損失要小，從而防止空氣從超飽和的水中逸由。水溫降低對(duì)溶氣氣浮效果有不利的影響。3應(yīng)用圖紙附錄1其它氣浮方式1、分散空氣氣浮法。又可分為轉(zhuǎn)子碎氣法和微孔布?xì)夥?種。前者依靠高速轉(zhuǎn)子的離心力所造成的負(fù)壓而將空氣吸入并于提升上來的廢水充分混合后，在水的剪切力的作用下，氣體破碎成微氣泡而擴(kuò)散于水中；后者

20、則是使空氣通過微孔材料或噴頭中的小孔被分割成小氣泡而分布于水中。該法設(shè)備簡單，但產(chǎn)生的氣泡較大，且水中易產(chǎn)生大氣泡。大氣泡在水中具有較快的上升速度。巨大的慣性力不僅不能使氣泡很好地粘附于絮凝體上，相反會(huì)造成水體的嚴(yán)重紊流而撞碎絮凝體。所以渦凹?xì)飧∫獓?yán)格控制進(jìn)氣量。氣泡的產(chǎn)生依賴于葉輪的高速切割，以及在無壓體系中的自然釋放，氣泡直徑大、動(dòng)力消耗高，尤其對(duì)于高水溫污水的氣浮處理，處理效果難如人意。由于產(chǎn)生的氣泡大，更適合處理一些稠油廢水，由于大氣泡在上浮過程易破裂，建議設(shè)計(jì)時(shí)污水在“分離室”的停留時(shí)間不要超過20分鐘，時(shí)間越長氣泡破裂得越多，可能導(dǎo)致絮凝體重新沉淀到池底。分散空氣氣浮法產(chǎn)生的氣泡直

21、徑均較大，微孔板也易受堵，但在能源消耗方面較為節(jié)約，多用于礦物浮選和含油脂、羊毛等廢水的初級(jí)處理及含有大量表面活性劑廢水的泡沫浮選處理。2、溶氣泵氣浮法。溶氣泵采用渦流泵或氣液多相泵，其原理是在泵的入口處空氣與水一起進(jìn)入泵殼內(nèi)，高速轉(zhuǎn)動(dòng)的葉輪將吸入的空氣多次切割成小氣泡，小氣泡在泵內(nèi)的高壓環(huán)境下迅速溶解于水中，形成溶氣水然后進(jìn)入氣浮池完成氣浮過程。溶氣泵產(chǎn)生的氣泡直徑一般在2040以m,吸入空氣最大溶解度達(dá)到100%溶氣水中最大含氣量達(dá)到30%泵的性能在流量變化和氣量波動(dòng)時(shí)十分穩(wěn)定，為泵的調(diào)節(jié)和氣浮工藝的控制提供了極好的操作條件。3、電解凝聚氣浮法。這種方法是將正負(fù)相間的多組電極安插在廢水中,當(dāng)通過直流電時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電解、顆粒的極化、電泳、氧化還原以及電解產(chǎn)物間和廢水間的相互作用。當(dāng)采用可溶電極（一般為鋁鐵）作為陽極進(jìn)行電解時(shí)，陽極的金屬將溶解