氣浮工藝及加壓溶氣氣浮的原理與設計要點(下)
下面以平流式氣浮池為例分析帶氣絮凝體上浮分離過程的運動狀態。
帶氣絮粒在接觸室內通過浮力、重力與水流阻力的平衡作用后,取得了向上的升速U上。進入分離區后,又受到兩個力的作用:一是水流擴散后由水平推力所產生的水平向流速U推;二是由于底部出流所產生的向下流速U下。這兩種流速的合速度大小及方向決定了帶氣絮凝體或是上浮去除,或是隨水流挾出。至于其中上升或下降的速度則視合成速度U合在縱軸上投影的大小。 該速度影響了氣浮的處理效果。絮凝體的大小,氣泡的大小,氣浮池體中水流向下的速度三者直接影響合成向上速度。合成向上的速度越大,氣浮的去除效率越高,氣浮池體的就越小,整個工程造價越低。要使上浮效果好,首先在池體中盡量降低U下。它可用擴大底部出流面積或提高出水的均勻度實現,隨著底部的均勻集流、出流,水流到池未端U平約為零,這有利于上浮力較小的帶氣絮凝體的分離; 如要提前實現上浮去除,應盡量降低u平,這可用擴大氣浮池橫斷面的方式來實現。接著要處理好絮凝體的大小,通過加藥混合,和絮凝反應來完成,應注意控制以下幾個點,藥劑的品種,投藥量,藥劑和污水的混合時間和混合強度,藥劑的投加點,藥劑和污水的反應時間和反應強度,產生的絮凝體的大小。另外還要控制溶氣系統中氣泡的大小。
豎流式氣浮池分離區中顆粒的運動狀態與平流式相似。但其水平向分速要小得多、而且隨徑向距離的增加,斷面迅速擴展,u平迅速變小。特別是豎流式的流速方向改政變不大,絮凝體主要受到向上水流推動力的慣性作用,顆粒的向上分速增大,使得帶氣絮凝體與水體的分離條件比平流式要優越得多。不過究竟采用什么形式還需要對各方面的條件進行綜合評價后才能確定。
(六)電解氣浮氣浮工藝流程
電解氣浮法對廢水進行電解,這時在陰極產生大量的氫氣泡,氫氣泡的直徑很小,僅有20~100微米,它們起著氣浮劑的作用。廢水中的懸浮顆粒粘附在氫氣泡上,隨其上浮,從而達到了凈化廢水的目的。與此同時,在陽極上電離形成的氫氧化物起著混凝劑的作用,有助于廢水中的污泥物上浮或下沉。
電解氣浮法的優點是:能產生大量小氣泡;在利用可溶性陽極時,氣浮過程和混凝過程結合進行;裝置構造簡單,是一種新的廢水凈化方法。
這是最近幾年在水處理領域才出現的二種工藝,由于這種方法具有設備簡單;管理方便;運行條件易于控制、裝置緊湊、效果良好,因而發展很快。
(七)溶氣浮法的設計與計算
1.設計要點及注意事項
(1)要充分研究探討待處理水的水質情況,分析采用氣浮工藝的合理性和適用性;
(2)在有條件的情況下,對需處理的廢水應進行必要的氣浮小型試驗或模型試驗。并根據試驗結果選擇適當的溶氣壓力及回流比(指溶氣水量與待處理水量的比值)。通常溶氣壓力采用0.2~0.4MPa,回流比取5%~100%一之間,回流比的確定需和懸浮物的濃度聯系起來。濃度高回流比大,濃度小回流比小。
(3)根據試驗時選定的混凝劑種類、投加量、絮凝時間、反應程度等,確定反應形式及反應時間,一般沉淀反應時間較短,以2一30分鐘為宜;
(4)確定氣浮池的池型,應根據對處理水質的要求、凈水工藝與前后處理構筑物的銜接、周圍地形和構筑物的協調、施工難易程度及造價等因素綜合地加以考慮。反應池宜與氣浮池合建。為避免打碎絮體,應注意構筑物的銜接形式。進人氣浮池接觸室的流速宜控制在0.1m/s以內;
(5)接觸室必須對氣泡與絮凝體提供良好的接觸條件,同時寬度應考慮安裝和檢修的要求。水流上升流速一般取10~20mm/s:,水流在室內的停留時間不宜小于60秒。
(6)接觸室內的溶氣釋放器,需根據確定的回流量,溶氣壓力及各種型號釋放器的作用范圍按下表來選定:
(7)氣浮分離室需根據帶氣絮體上浮分離的難易程度和水質的處理要求而定。選擇水流(向下)的流速,一般取1.5~3.0mm/s,即分離室的表面負荷率取 5.4~10.8m3/(m2.h);
(8)氣浮池的有效水深一般取2.0~2.5m,池中水流停留時間一般為10~20min;
(9)氣浮池的長寬比無嚴格要求;一般以單格寬度不超過10m,池長不超過15m為宜;
(10)氣浮池的排渣一般采用刮渣機定期排除。集渣槽可設置在池的一端或兩端.;刮渣機的行車速度宜控制在5m/min以內;
(11)氣浮池集水應力求均勻,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;
2.設計程序
(1)進行實驗室或現場試驗
由于廢水種類繁多,即使是同類型的廢水,其水質變化也很大。通常的設計參數也只是經驗統計值。因此可靠的辦法最好采用實驗室或現場小型試驗取得的結果作為設計依據。
(2)確定設計方案在進行現場查勘及綜合分析各種資料的基礎上,確定主體設計方案。
①溶氣方式采用全溶氣式還是部分回流式;
②氣浮池池型選用平流式還是豎流式,取圓形、方形還是矩形;
③在氣浮前或后是否需要用預處理或后續處理構筑物,其形式怎樣,如何銜接?
④浮渣處理與處置途徑;
⑤工藝流程及平面布置的初步確定及合理性分析。
(3)設計計算(不包括一般處理構筑物的常規計算)
(4)提供廢水性質,詳細的表格參見后面的附表。
(八)溶氣浮法的主要設備的設計
1.溶氣釋放器
(1)釋氣完全,在0.15MPa以上能釋放溶氣量的99%左右;
(2)能在較低壓力下工作,在0.2MPa以上時能取得良好的凈水效果,節約電耗:
(3)釋出的氣泡微細,氣泡平均直徑為20-40微米,氣泡密集,附著性能良好。
2.壓力溶氣罐
溶氣效率達80%以上
(九)技術經濟分析
由于凈水工藝中沉淀法沿用了多年,人們選用氣浮法自然地要與沉淀法比較。其實,兩種方法各具特點,對于輕飄易浮的雜質宜采用溶氣氣浮法,;對于密實沉重的雜質宜采用沉淀法。通常通過投藥、混合反應后形成的絮體,當上浮速度快于沉淀時,則選用氣浮法為好。因為氣浮法占地面積?。▋H為沉淀法的1/8一1/2),池容積也?。▋H為沉淀法的1/8-1/4),處理后出水水質好,不僅濁度及SS低而且溶解氧高,排出的浮渣含水率遠遠低于沉淀法排出的污泥。一般污泥體積比為1/10-1/2,這給污泥的進一步處理和處置既帶來了較大方便,又節約了費用。
有些廢水同時含可沉、可浮的雜質,單獨使用氣浮或沉淀效果都不理想。此時可將沉淀與氣浮結合,發揮各自優點,不僅會提高處理效果,而且也節省投資和運行費用。
生產實踐表明,氣浮池不僅在除色、去濁上優于沉淀池,而且在降低污染水的COD、木質素以及提取氧等方面都顯出極其獨特的優點,其造價也比平流沉淀池、斜管沉淀池、水力或機械加速澄清池低,其運行費用也略低。
盡管氣浮法凈水因其獨特優點而日露鋒芒,但要充分發揮其特點,目前還應重點在以下應三個方面進行研究開發。
1.氣泡進一步微細化。
眾所周知,在相等的釋氣量條件下,所產生的微氣泡越細,則氣泡個數越多越密集,粘附的絮粒也越小,凈水效果也就越好,而且形成的浮渣也越穩定。因此。研究氣泡平均直徑更小的溶氣釋放器是當前提高氣浮凈水技術的一個途徑。它不僅能提高現有凈水對象的去除效果,而且還能開拓氣浮法凈水的應用范圍。
2.直接切割氣體制造微氣泡
壓力溶氣氣浮法凈水存在兩個問題:第一是壓力溶氣相對能耗較大;第二是溶氣水量的加入增大了氣浮池內的水力負荷,給分離帶來困難。解決這兩個問題的理想辦法是研制直接產生微氣泡的布氣裝置,通過該裝置將氣體切割成穩定、微細、密集的微氣泡群,從而極大限度地降低能耗,而且不會增加氣浮池容積。盡管直接布氣法難度很大,但它是最有吸引力的研究方向。
3.固、液分離技術。
為了提高固、液分離技術,充分發揮氣浮凈水的優勢,除上述氣泡進一步微細化與采用直接布氣法外,改善固、液分離效果也是一個重要方面。因為氣浮凈水的最終目的還是體現在提高分離效果上。如果設法將電凝聚氣浮的泡、絮同時形成并凝聚的這個概念引人壓力溶氣氣浮法中則有可能大大提高其分離效果。這個概念可稱共凝聚氣浮。為了適應共凝聚氣浮,應該研制一種新型的溶氣釋放器,它應該延時釋出高度密集的超微氣泡,在與投藥混合后的初級反應水(確切說,微絮粒尚未形成時的水)充分混和時,兩者同時成長,即超微氣泡與微絮粒同時形成并結合在一起,進而共同成長為帶氣絮粒。這樣形成的帶氣絮粒在上浮過程中,不但不會受剪力影響而使氣泡脫落,以至下沉,而且上浮快,浮渣穩定,耗用的氣量最少。因此說共凝聚氣浮是很有前途的研究方向。
4,如何妥善地解決粘附牢度問題也是當前急待解決的一個問題。
氣浮法作為一個物化法,不僅要提高氣泡質量(如細微度、密集度、穩定性等),而且還要十分重視改善絮粒的性能。如果我們能得到僧水性、吸附性強的絮粒,則將大大有助于提高氣浮凈水的效果。為此,研究供氣浮用的絮凝劑和助凝劑也是迫在眉捷的一個問題。
正象沉淀技術的發展離不開沉淀理論的研究一樣,氣浮技術的發展也需要氣浮理論的指導。更何況氣浮研究的對象是液、固、氣三相體系,比沉淀更復雜。對于氣泡的結構和特性、氣泡尺寸的正確選擇與控制、氣泡與絮粒粘附的條件,均須深入研究。有些理論上的新概念與假設,尚須進一步通過實驗逐個地得到驗證與確認。因此氣浮凈水技術遠非已臻完善,眾多的問題等待著我們去研究突破。
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