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气浮工艺及加压溶气气浮的原理与设计要点(下)

2012/5/23 14:50:30      点击:

下面以平流式气浮池为例分析带气絮凝体上浮分离过程的运动状态。 
带气絮粒在接触室内通过浮力、重力与水流阻力的平衡作用后,取得了向上的升速U上。进入分离区后,又受到两个力的作用:一是水流扩散后由水平推力所产生的水平向流速U推;二是由于底部出流所产生的向下流速U下。这两种流速的合速度大小及方向决定了带气絮凝体或是上浮去除,或是随水流挟出。至于其中上升或下降的速度则视合成速度U合在纵轴上投影的大小。 该速度影响了气浮的处理效果。絮凝体的大小,气泡的大小,气浮池体中水流向下的速度三者直接影响合成向上速度。合成向上的速度越大,气浮的去除效率越高,气浮池体的就越小,整个工程造价越低。要使上浮效果好,首先在池体中尽量降低U下。它可用扩大底部出流面积或提高出水的均匀度实现,随着底部的均匀集流、出流,水流到池未端U平约为零,这有利于上浮力较小的带气絮凝体的分离; 如要提前实现上浮去除,应尽量降低u平,这可用扩大气浮池横断面的方式来实现。接着要处理好絮凝体的大小,通过加药混合,和絮凝反应来完成,应注意控制以下几个点,药剂的品种,投药量,药剂和污水的混合时间和混合强度,药剂的投加点,药剂和污水的反应时间和反应强度,产生的絮凝体的大小。另外还要控制溶气系统中气泡的大小。 

竖流式气浮池分离区中颗粒的运动状态与平流式相似。但其水平向分速要小得多、而且随径向距离的增加,断面迅速扩展,u平迅速变小。特别是竖流式的流速方向改政变不大,絮凝体主要受到向上水流推动力的惯性作用,颗粒的向上分速增大,使得带气絮凝体与水体的分离条件比平流式要优越得多。不过究竟采用什么形式还需要对各方面的条件进行综合评价后才能确定。
(六)电解气浮气浮工艺流程
电解气浮法对废水进行电解,这时在阴极产生大量的氢气泡,氢气泡的直径很小,仅有20100微米,它们起着气浮剂的作用。废水中的悬浮颗粒粘附在氢气泡上,随其上浮,从而达到了净化废水的目的。与此同时,在阳极上电离形成的氢氧化物起着混凝剂的作用,有助于废水中的污泥物上浮或下沉。 
电解气浮法的优点是:能产生大量小气泡;在利用可溶性阳极时,气浮过程和混凝过程结合进行;装置构造简单,是一种新的废水净化方法。 
这是最近几年在水处理领域才出现的二种工艺,由于这种方法具有设备简单;理方便;运行条件易于控制、装置紧凑、效果良好,因而发展很快。
(七)溶气浮法的设计与计算 
1.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5~100%一之间,回流比的确定需和悬浮物的浓度联系起来。浓度高回流比大,浓度小回流比小。

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230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0.1ms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10~20mms:,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和水质的处理要求而定。选择水流(向下)的流速,一般取1.5~3.0mms,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5mmin以内; 

11)气浮池集水应力求均匀,一般采用穿孔集水,集水的最大流速宜控制在0.5ms左右; 

2.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。 

溶气方式采用全溶气式还是部分回流式; 

气浮池池型选用平流式还是竖流式,取圆形、方形还是矩形;

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? 

浮渣处理与处置途径;

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) 

4)提供废水性质,详细的表格参见后面的附表。


(八)溶气浮法的主要设备的设计 

1.溶气释放器 

(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.压力溶气罐 

溶气效率达80%以上

 (九)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18一1/2),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、斜沉淀池、水力或机械加速澄清池低,其运行费用也略低。
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。 

4,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。