1.3气浮设备

第三节气浮设备主要内容1.气浮原理2.气浮设备的分类3.气浮设备的设计4.几种气浮设备及技术1.气浮原理基本概念利用高度分散的微小气泡作为载体粘附于废水中的悬浮污染物，使其浮力大于重力和阻力，从而使污染物上浮至水面，形成泡沫，然后用刮渣设备自水面刮除泡沫，实现固液或液液分离的过程称为气浮。悬浮颗粒与气泡粘附的原理：水中悬浮固体颗粒能否与气泡粘附主要取决于颗粒表面的性质。颗粒表面易被水湿润，该颗粒属亲水性；如不易被水湿润，属疏水性。亲水性与疏水性可用气、液、固三相接触时形成的接触角大小来解释。在气、液、固三相接触时，固、液界面张力线和气液张力线之间的夹角称为湿润接触角以θ表示。为了便于讨论，气、液、固体颗粒三相分别用1，2，3表示。亲水性和疏水性物质的接触如图所示。如θ90ْ为亲水性颗粒，不易与气泡粘附，θ90ْْ为疏水性颗粒，易于与气泡粘附。在气、液、固相接触时，三个界面张力总是平衡的。亲水性和疏水性物质的接触，当θ→0ْ，即颗粒完全被水湿润cosθ→1，∆W→0，颗粒不与气泡粘附，就不宜用气浮法处理。当θ→180ْ，颗粒完全不被水湿润，cosθ→-1，∆W→2σ1.2，颗粒易于与气泡粘附，宜于气浮法处理。2．投加化学药剂对气浮效果的促进作用(1)投加表面活性剂维持泡沫的稳定性(2)利用混凝剂脱稳以油的颗粒为例，表面活性物质的非极性端吸附于油粒上，极性端则伸向水中，极性端在水中电离，使油粒被包围了一层负电荷，产生了双电层现象，增大了ζ-电位，不仅阻碍油粒兼并，也影响抽粒与气泡粘附。(3)投加浮选剂改变颗粒表面性质2.气浮设备的分类气浮设备是一类在水中通入或产生大量的微细气泡，使空气以高度分散的微小气泡形式附着在悬浮物颗粒上，造成密度小于水的状态，利用浮力原理使其浮在水面，从而实现固-液分离的水处理设备。气浮方式可分为散气气浮、溶气气浮（包括真空气浮法）与电解气浮法。目前在给水、工业废水和城市污水处理方面都有应用。气浮设备较其它固-液分离设备具有投资少、占地面极小、自动化程度高、操作管理方便等特点。在实践中应根据废水处理工艺、废水的水质水量等特点进行有针对性的选择与使用。根据气浮中气泡产生的方式，可以将气浮分为电解气浮法、散气气浮法、溶气真空气浮法、加压溶气气浮法。相应的也有电解气浮设备、散气气浮设备、溶气真空气浮设备、加压溶气气浮设备。电解气浮设备：一、工作原理：电解气浮法是用不溶性阳极和阴极，通以直流电，直接将废水电解。阳极和阴极产生氢气和氧的微细气泡，将废水中的污染物颗粒或先经混凝处理所形成的絮凝体粘附而上浮至水面，生成泡沫层，然后将泡沫刮除，实现分离去除污染物质。在直流电作用下，正负两极产生的氢和氧的微气泡，将废水中呈颗粒状的污染物带至水面以进行固液分离。222HeH2224OOHeOH电解式气浮设备按照气浮池的形状可以分为竖流式气浮池和平流式气浮池。其原理结构如图：图8-4竖流式电解气浮池1-入流室；2-整流栅；3-电极组；4-出流孔；5-分离室；6-集水孔；7-出水管；8-排沉泥管；9-刮渣机；10-水位调节器109432716855排泥出水进水图8-5双室平流式电解气浮池1-入流室；2-整流栅；3-电极组；4-出口水位调节器；5-刮渣机；6-浮渣室；7-排渣阀；8-污泥排除口i8b12385674L2L2BLH1二、优缺点：电解法产生的气泡尺寸远小于溶气气浮和散气气浮产生的气泡尺寸，而且不产生紊流。该设备去除的污染物范围广，对有机物废水除降低BOD外，还有氧化、脱色和杀菌作用，对废水负载变化的适应性强，生成污泥量少，占地少，不产生噪声。近年来发展很快。电解气浮设备目前尚存在电解能耗及极板损耗较大，运行费用较高等问题，因此限制了该种设备的推广使用。散气气浮设备：一、工作原理：散气气浮设备是靠高速旋转叶轮的离心力所造成的真空负压状态将空气吸入，成为微细的空气泡而扩散于水中。气泡由池底向水面上升并粘附水中的悬浮物一起带至水面。达到固-液分离的目的。形成的浮渣不断地被缓慢旋转的刮渣板刮出池外。按照产生气泡的方式可以分为：扩散板曝气气浮、叶轮气浮。图8--6扩散板曝气气浮法1--入流液；2--空气进入；3--分离柱；4--微孔陶瓷扩散板；5--浮渣；6--出流液34562二、主要应用：散气气浮设备中水流的机械剪切力与扩散板产生的气泡较大（直径达1mm左右），不易与细小颗粒和絮凝体相吸附，反而易将絮体打碎，因此，散气气浮不适用于处理含颗粒细小与絮体的废水。散气气浮设备气浮时间约为30nim，溶气量达0.51m3/m3（气/水）。旋转叶轮周边线速度约为12.5m/s。该设备应用范围有油漆、制革、炼油、印染、化学、乳品加工、纤维生产、造纸、食品饮料、屠宰、纺织、机械加工、市政污水等小型污水处理工程。溶气真空气浮设备：一、工作原理：废气在常压下被曝气，使其充分溶气，然后在真空条件下，使废水中溶气析出，形成细微气泡，粘附颗粒杂质上浮于水面形成泡沫浮渣而除去。溶气真空气浮设备是使空气在常压或加压下溶于水中，而在负压下析出的气浮设备。二、优缺点：真空式气浮设备优点是气泡的形成、它与颗粒的粘附以及气泡和颗粒絮凝体的上浮都在稳定的环境中进行，絮凝体破坏的可能性小，整个气浮过程所需要的能耗量小。其缺点是水中溶气量有限，不适用于含浓度大于250-300mg/L悬浮物的废水；另一缺点是要求有密封的容器，在容器内还需要装有刮渣机械，结构复杂，因此在工程实际中使用较少。该设备可能得到的空气量因受到能够达到的真空度（一般运行真空度40kPa）的影响，析出的微细泡量很有限，且构造复杂，运行维修不方便，现已逐步淘汰。加压气气浮设备一、工作原理：加压溶气气浮设备是将清水加压至（3-4）×105Pa，同时加入空气，使空气溶解于水，然后骤然减至常压，溶解于水的空气以微小气泡形式（气泡直径约为20-100μm左右），从水中析出，将水中的悬浮物颗粒载浮于水面。从而实现固-液分离。二、设备特点：加压溶气气浮设备是目前应用范围较为广泛的一种气浮设备。该设备可以广泛适用于各类废水处理（尤其是含油废水处理）、污泥浓缩及给水处理。加压溶气气浮设备主要有空气饱和设备、空气释放及与废水相混合的设备、固-液或液-液分离设备三部分组成。根据原水中所含悬浮物的种类、性质、处理效率，可分为全部加压溶气气浮、部分加压溶气气浮和回流加压溶气气浮三种。目前加压力溶气气浮法应用最广。与其它气浮设备相比，具有以下特点：⑴在加压条件下，空气溶解度大，供气浮用的气泡数量多，能够确保气浮效果；⑵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，对液体扰动小，因此特别适用于对疏松絮凝体、细小颗粒的固液分离；⑶工艺过程及设备比较简单，便于管理、维护；⑷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。三、加压溶气气浮工艺流程加压溶气气浮可分为：全溶气流程、部分溶气流程、回流加压溶气流程。其相应流程原理图如下所述：图8-9全溶气方式加压溶气浮上法流程1-原水进入；2-加压泵；3-空气加入；4-压力溶气罐（含填料层）；5-减压阀；6-气浮池；7-放气阀；8-刮渣机；9-集水系统；10-化学药剂出水浮渣96857423101全溶气流程（图8—9）部分溶气流程（图8—10）图8-10部分溶气方式浮上法流程1-原水进入；2-加压泵；3-空气加入；4-压力溶气罐（含填料层）；5-减压阀；6-气浮池；7-放气阀；8-刮渣机；9-集水系统；10-化学药剂压力表11032475869浮渣出水回流加压溶气流程（图8—11）图8-11回流加压溶气方式流程示意图1-原水进入；2-加压泵；3-空气进入；4-压力溶气罐（含填料层）；5-减压阀；6-气浮池；7-放气阀；8-刮渣机；9-集水管及回流清水管6回流13247589出水3.气浮设备的设计一、加压溶气气浮系统的设计在气浮设备中最常用的是加压溶气气浮设备，在设计加压溶气主要有，溶气方式的选择、空气饱和设备（溶气设备）的设计、溶气水的减压释放设备。分别对其进行介绍：（1）溶气方式加压溶气设备的溶气方式主要有水泵吸气溶气方式、水泵压水管射流溶气方式、内循环式射流加压溶气方式。各种溶气方式如图所示图8-12水泵吸水管吸气、溶气方式13428561-回流水；2-加压泵；3-气量计；4-射流器；5-溶气罐；6-放气管；7-压力表；8-减压释放设备37765821(a)(b)1264571-回流水；2-加压泵；3-射流器；4-溶气罐；5-压力表；6-减压释放设备；7-放气阀；图8-13水泵压水管射流溶气方式空气吸水图8-14内循环式射流加压溶气方式139681-回流水；2-清水池；3-加压泵；4-射流器Ι；5-射流器Ⅱ；6-溶气罐；7-水位自控设备；8-循环泵；9-减压释放设备；10-真空进气阀52Ⅰ47P2水流循环PP1空气循环空气吸入10（2）空气饱和设备：作用：在一定压力下将空气溶解于水中而提供溶气水的设备加压泵：溶入空气量V=KTP（L/m3水）式中：P——空气所受的绝对压力（Pa）KT——溶解常数，设计空气量V’=1.25V（L/m3水）填充式溶气罐图8-15填充式溶气罐进水出水（3）溶气水的减压释放设备：要求微气泡的直径20~100um减压阀（截止阀）每个阀门流量不同，气泡合并现象，阀芯、阀杆、螺栓易松动。专用释放器主要有TS型溶气释放器·0.15Mpa，释放溶气量的99%TJ型溶气释放器·在0.2Mpa以上低压下工作，净水效果良好TV型溶气释放器·气泡微细20~40um专用释放器如下图所示：图8-16溶气释放器（a）TS型（b）TJ型（c）TV型接口(a)上接口下接口共8根辐射管接口(b)(c)4.几种气浮设备及技术一、KROFTA气浮机KROFTA气浮机先把压缩空气切割成微细气泡，然后在紊流非常剧烈的情况下在溶气管内与加压水混合，这时空气在溶气管内以两种形式存在：一种是溶解在水中(与溶气罐类似，不过溶气罐的停留时间是2～4min，而溶气管的停留时间是8～12s，溶气管内的气、液接触面积要远远大于溶气罐内的气、液接触面积)，气浮时，溶解在水中的空气从溶气水中释放形成微小气泡；二是直接以微小气泡存在于水中(是气浮气泡的主要来源)。KROFTA气浮机中这两种途径形成的气泡的数量要远远大于传统加压溶气气浮的溶气罐和溶气释放器系统形成的气泡的数量，在溶气管体积比传统气浮池配备的溶气罐体积小12～17倍的情况下，气固比反而高2～3倍，且避免了气泡分布不均匀现象，也没有溶气罐内填料堵塞问题和控制溶气罐内水位高低的问题。二、CDAF系统美国IUT公司生产的溶气浮选系统(CDAF)，包括多相泵供气系统，化学絮凝系统和浮渣去除系统。高效气液多相混合泵取代加压泵、空压机、射流器、高压溶气罐、气水混合器及释放器等，可以同时吸水吸气，在泵内完成气液两相的溶解性混合，形成20～30μm的气泡。溶气效率高，气体饱和度可达到100%，最大气液比30%。采用多相流泵不但可节约设备投资，还可节约设备的运行成本(30%～40%)。国内也有类似装置，如利用涡流泵的特殊搅拌功能，将难以相溶的水和气体进行高效混合溶解并同时进行压送，不仅大大缩减了搅拌工艺环节，而且能代替成本较高的空气压缩机、溶解罐及加压泵等。CF型超效浮选装置采用旋涡气液混合泵替代传统的空压机、溶气罐、释放器、溶气泵具有自吸空气并在泵体内加压溶解形成溶气水的功能。三、空穴气浮(CAF)设备空穴气浮(CAF)是一种能耗低、效率高的机械搅拌水处理气浮技术。CAF系统集吸气、混合、气浮等过程于一体。其长方形的槽分为两个部分：曝气段和气浮段，废水与絮凝剂一起进入装有空穴曝气机的曝气段，曝气机使室内形成空穴产生负压，从进气管吸入的空气被分割成微小气泡，废水在上升的过程中通过气浮段，大量微气泡挟带废水中的悬浮物和油脂上浮到水面，刮入排泥沟。空穴气浮系统(CAF)的充气率比溶气气浮(DAF)的充气率高，而且气泡直径小于溶气气浮，因而废水中悬浮物、油脂的上浮速度快，去除效率高。由于空穴气浮法没有能