解析气浮设备及生物水处理装置

摘 要：本报告结合气浮设备的工作原理、结构、优缺点、应用情况等方面介绍了几种常用的气浮设备的应用情况。对国内外同类设备进行了比较，并对应用情况作了简单的介绍。同时介绍了气浮法净水技术，对气浮技术在废水处理中的应用作了综述。包括处理石油化工及机械制造业中的含油废水、处理造纸废水、处理电镀废水和含重金属离子废水、处理印染废水和洗毛废水、处理制革废水、城市生活污水和富营养化的前驱物等。并讨论了气浮设备的研究和应用的发展趋势，最后展望气浮法的发展前景。

1气浮净水技术

1.1气浮净水技术历史背景及原理

气浮净水技术是一种历史悠久的高效固液分离技术,始于选矿。该项技术在水处理领域颇受国内外学者的关注并得以迅速发展。其根据气泡的产生方式不同,可分为电解凝聚气浮、散气气浮和溶气气浮等。其中部分加压式溶气浮是国内外最常用的气浮法,在某些方面可以作为替代沉淀的新技术。

气浮净水技术产生于20世纪40 年代，主要用于去除密度与水相近、无法自然沉降又难于自然上浮的悬浮杂质，具有分离效率高、设备简单等优点。该技术起初发展较为缓慢，直到70 年代微气泡产生技术的提高才得以迅速发展，现已被广泛应用于含油废水和印染废水的处理、纸浆脱墨、土壤改良、藻类和重金属离子的去除等方面。气浮净水过程可以简单地概括为：水中的疏水性杂质与散布于水中的疏水性微小气泡在一定水力条件下碰撞，通过分子间的范德华力粘附在一起，在浮力作用下上浮到水面而除去;此外，它也包括水中较大的亲水性絮凝体通过网捕、架桥以及包卷等作用俘获微小气泡，借助浮力作用上浮到水面而被除去的过程

1.2气浮净水技术的影响因素

1.2.1容器系统

溶气系统占气浮过程能量消耗的50 %,溶气罐价值占有溶气气浮工厂总基建投资的12 %,因此优化溶气系统的设计对缩小气浮操作费用是很重要的。加压的溶气方式很多,例如,在压力溶气罐中将空气溶入水中,将水滴流过填料层、将水喷入空罐中,用射流器吸入空气,用循环泵的吸水管吸入空气等方式。其中气液多相介质泵作为一种新兴的溶气方式,能产生大量稳定的微小气泡,直径在30μm以下,有利于提高气浮效率。它取代了传统的溶气气浮法溶气系统中的溶气罐、空压机和释放器,减少了投资费用,减小了噪声,正逐渐在气浮设备上广泛应用。

1.2.2释气系统

该系统关键装置是释放器,它对气泡形成的大小、分布以及对气浮净水效果和运行费用均有明显影响。目前国内外采用不同类型的释放器,有简单阀门式、针型阀式以及专用释放器,后者属于专利技术。我国研制成功的TS、TJ、TV型释放器,可有效避免微细气泡并大,在2-3 kg/cm²的条件下仍能满足气浮净水的需要。同样冶金部建筑研究总院设计的YJH型喷头在2-3 kg/cm²工作压力下,甚至可将溶解气体转换成直径1-0.1μm的微气泡,具有更高的优越性。

1.2.3分离系统

分离系统主要是指气浮池构件,它反应了浮渣与清水的分离效果、分离速度(表面负荷率m³/m²˙h)和投资费。基本形式有圆形(竖流式)和矩形(平流式)。前者主要用于小型气浮工厂中进行废水处理和污泥浓缩。后者在饮用水处理中应用较为普遍。这主要是因为:矩形的气浮池结构较简单;建造方便且节省占地;便于和絮凝池连接,并且进水口处的水流更平缓。目前,溶气气浮池的深度从1.5 m增加到5.0 m,并且池型由长方形向正方形发展,长宽比在(1.2-2)∶1之间。

通常气浮池分为接触区和分离区。其中接触区式实现释气水中的微细气泡群与絮凝水中絮粒结合、碰撞、粘附的场所,它能否形成良好上浮性、脱水性与稳定性的带气絮粒,将直接影响气浮净水的效果。分离区是将带气絮粒与清水进行分离的场所,必须确定合适的分离速度确保上浮时水面上的浮渣不被扰动。对于出水的设计和操作也必须保持平稳的水力条件,气浮池的停留时间是依据表面负荷率和池深而设计,一般为5-15min。

1.2.4排渣方式

溶气气浮池的排渣方式主要分为两种:机械刮渣和水力溢渣。机械刮渣是根据浮渣形成的速度,从而借助刮渣机进行定期刮渣。在水处理领域,部分式或全长式刮渣机和沿边刮渣机得以广泛的应用。另外还有一些溶气气浮工艺直接利用其后续滤池反冲水进行水力溢渣,这种方式的优点是:提高了水厂的产水率,节省了能耗;当水源水隐孢子虫卵囊含量过高时,采用此排渣方法可以避免增加额外处理费用以去除滤池反冲水中的隐孢子虫卵囊。但是要以损失较多水量和低的浮渣固含量(少于0.2 %)为代价。

2.气浮设备

2.1气浮设备的工作原理

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。污水处理技术中，气浮法应用于几方面：

⑴石油、化工及机械制造业中的含油污水的油水分离

⑵工业废水处理

⑶污水中有用物质回收

⑷取代二次沉淀池，特别是用于易于产生活性污泥膨胀的情况

⑸剩余活性污泥的浓缩

2.2气浮设备的工艺特点及适用范围

2.2.1气浮设备的工艺特点

目前压力溶气气浮法的气浮装置应用最广。与其他气浮装置相比，该气浮设备具有以下优点：

⑴ 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;

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，对液体扰动微小，因此特别适用于对疏松絮凝体、细小颗粒的固液分离;

⑶气浮设备的工艺过程及设备比较简单，便于管理、维护。

2.2.2气浮设备的使用范围

⑴ 适合分离地面水中的细小悬浮物、藻类及微絮体;

⑵ 可回收工业废水中的有用物质，如造纸废水中的纸浆纤维及填料;

⑶ 可代替二沉池，分离和浓缩剩余活性污泥，特别适用于那些易于产生污泥膨胀的生化处理工艺中;

⑷ 适合分离回收含有废水中的悬浮油和乳化油;

⑸ 适合分离回收以分子或离子状态存在的目的。

延伸阅读：

污水处理设备篇：气浮设备在污水处理中有何应用?

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