新型溶氣氣浮系統(tǒng)的研制

酈智明 陳永山 酈蘇浩

摘 要：近年來我國已經(jīng)開始不斷加大對廢水處理與水環(huán)境保護(hù)工作的投資力度。筆者研制一體式溶氣機(jī)，將傳統(tǒng)的由空壓機(jī)、循環(huán)泵、壓力罐組成的溶氣系統(tǒng)合而為一，形成一個部件。在溶氣機(jī)內(nèi)一次性完成氣液吸入、空氣粉碎、氣泡溶化和氣液的混合輸送等工作。該溶氣機(jī)結(jié)構(gòu)簡單占地面積小，安裝、維護(hù)、操作管理等均十分方便，而且溶氣水質(zhì)量高、處理效果好，同時設(shè)備投資小、運(yùn)行成本低。借助于一體式溶氣機(jī)，我們對溶氣氣浮中重要部件-固液分離系統(tǒng)（即氣浮箱箱體）進(jìn)行了重大的改進(jìn)設(shè)計，提出了開發(fā)新一代的氣浮設(shè)備-立式對向流氣浮系統(tǒng)的設(shè)想。

關(guān)鍵詞：浮選處理法;新型溶氣氣浮系統(tǒng);研制

一、概述：

氣浮也叫浮選處理法，是污水處理工程中一種比較常用的廢水處理方法，其原理是：利用溶氣機(jī)所產(chǎn)生的微氣泡作為載體，使廢水中的固體懸浮物、乳化油等污染物質(zhì)粘附在氣泡上，然后利用氣泡的浮力將懸浮物浮至水面而形成浮渣，通過收集浮渣達(dá)到分離雜質(zhì)、凈化水質(zhì)的目的。氣浮不但可以有效去除污水中的固體懸浮物（SS），而且工藝簡單、設(shè)備投資省、操作方便、處理效果明顯，是十分理想的污水處理設(shè)備，在國內(nèi)國外均有十分廣泛的市場應(yīng)用前景和推廣價值。

二、國內(nèi)外現(xiàn)狀：

目前較為普遍應(yīng)用在污水處理工程中的的氣浮有二類：一類是壓力溶氣氣浮，另一類是渦凹?xì)飧　?/p>

壓力溶氣氣浮由三部分組成：溶氣發(fā)生系統(tǒng)（溶氣機(jī)）、溶氣釋放系統(tǒng)（釋放頭）以及固液分離系統(tǒng)（氣浮箱體），其中溶氣發(fā)生系統(tǒng)又由空壓機(jī)、循環(huán)泵和壓力溶氣罐組成。壓力溶氣氣浮的作用原理：由空壓機(jī)和循環(huán)泵同時將空氣和水壓入到壓力溶氣罐中，在高壓作用下進(jìn)行氣水混合，然后將氣水混合液體輸送到釋放器上，通過釋放器釋放后變成溶氣水，即將空氣部分切成為一個個直徑很小的微氣泡，在氣浮箱體的接觸室中與被處理的污水充分接觸后，利用微氣泡的吸附能力吸附并去除污水中的固體懸浮物。這種氣浮系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)是氣泡直徑較小，處理效果好，系統(tǒng)也比較穩(wěn)定;缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、占地面積大、能耗高、運(yùn)行效率低，安裝、調(diào)試和使用等都比較困難，而且釋放器容易堵塞。

渦凹?xì)飧∠到y(tǒng)不用溶氣機(jī)，也不需要釋放器，采用曝氣機(jī)直接將氣泡注入到污水中。這種氣浮系統(tǒng)由于產(chǎn)生的氣泡直徑大，吸附能力差，浮渣時需加入較大劑量的絮凝劑，運(yùn)行成本高，處理效率低，應(yīng)用行業(yè)也有一定的局限性。

作者已研制成功一種新型氣氣浮主機(jī)：一體式溶氣機(jī)[專利號ZL201820943912.6]。一體式溶氣機(jī)將傳統(tǒng)的由空壓機(jī)、循環(huán)泵、壓力罐組成的溶氣系統(tǒng)合而為一，形成一個部件。在溶氣機(jī)內(nèi)一次性完成氣液吸入、空氣粉碎、氣泡溶化和氣液的混合輸送等工作。該溶氣機(jī)結(jié)構(gòu)簡單占地面積小，安裝、維護(hù)、操作管理等均十分方便，而且溶氣水質(zhì)量高、處理效果好，同時設(shè)備投資小、運(yùn)行成本低。

借助于一體式溶氣機(jī)，我們對溶氣氣浮中重要部件-固液分離系統(tǒng)（即氣浮箱箱體）進(jìn)行了重大的改進(jìn)設(shè)計，提出了開發(fā)新一代的氣浮設(shè)備-立式對向流氣浮系統(tǒng)的設(shè)想。

三、立式對向流氣浮系統(tǒng)的研制

立式對向流氣浮系統(tǒng)在原理上與傳統(tǒng)壓力溶氣氣浮系統(tǒng)一樣，但在結(jié)構(gòu)、溶氣方法以及微氣泡與固體懸浮物的接觸方式上均有根本性的改變。

立式對向流氣浮系統(tǒng)中溶氣發(fā)生系統(tǒng)可采用前面所述的一體式溶氣機(jī);溶氣釋放系統(tǒng)可采用我公司研制的專利技術(shù)-大流量管路釋放器[專利號ZL201320282790.8]，本文重點(diǎn)介紹固液分離系統(tǒng)即對向流氣浮箱箱體的開發(fā)研制。

立式對向流氣浮系統(tǒng)具體技術(shù)、工作順序如下

一般氣浮箱體中必須具備：氣液接觸室、固液分離室、刮渣槽等，在臥式氣浮箱體中，這幾個部分是從污水進(jìn)水口到出渣口依次水平排列，故而隨著被處理污水量的增加，箱體平面尺寸是成倍增加，正常氣浮箱箱體中固液分離室約占四分之三以上的體積，固液分離室中的固液分離基本上是在箱體上半部分進(jìn)行，此時箱體下半部幾乎全被浪費(fèi)，因此這種箱體利用率很低。但在對向流氣浮箱箱體中，將臥式結(jié)構(gòu)改為立式結(jié)構(gòu)了，分離區(qū)和刮渣槽位于箱體上部，釋放器進(jìn)口則位于箱體下部，接觸區(qū)位于箱體中部，絮凝后的污水被引入到箱體上部，經(jīng)減速壓釋放的的溶氣水引入到氣浮箱體下部，在氣浮箱體內(nèi)，利用溶氣水中的微細(xì)氣泡上升的速率與被處理污水由上向下流動速率的差值，形成兩種流體-污水和溶氣水的對向流，并形成以氣泡為中心的共核，使微細(xì)氣泡與污水中的固體懸浮物充分接觸后吸附，從而將懸浮物一起帶至水面，實(shí)現(xiàn)固液分離，這樣的流態(tài)可以最大限度地利用溶氣水中的微細(xì)氣泡，以提高處理效果和效率，此時箱體利用率很高，所以能大大減小箱體體積。

與同類產(chǎn)品相比，立式對向流氣浮系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)在三方面有明顯提高和突破：

1、氣泡消失時間大于5分鐘（在標(biāo)準(zhǔn)容器內(nèi)）;

2、SS在（100～500）mg/l時，其去除率>80%;在（501～3000）mg/l時，其去除率>90%;

3、系統(tǒng)能耗<0.25kW·h/m3。

采用此種結(jié)構(gòu)的氣浮系統(tǒng)在以下四個方面具有突出優(yōu)點(diǎn)：

1、設(shè)備體積大幅度減小、成本降低，相比國內(nèi)現(xiàn)有同等處理量的氣浮設(shè)備，設(shè)備成本至少降低三分之一以上，特別是在處理量提高時，設(shè)備體積不會成倍增加，因此減少設(shè)備投資費(fèi)用;

2、于設(shè)備充分利用空間體積，所以減小占地面積，節(jié)省大量建設(shè)用地;

3、運(yùn)輸成本大大降低;

4、處理效果優(yōu)于傳統(tǒng)氣浮設(shè)備，凈化效率高，因此在使用過程中能降低電耗和藥劑量，降低運(yùn)行成本，擴(kuò)大了使用范圍。

根據(jù)本公司一個項目運(yùn)行情況測算：在造紙中段廢水處理工程中，同樣處理一噸廢水，達(dá)到同樣水質(zhì)排放標(biāo)準(zhǔn)時，現(xiàn)有氣浮設(shè)備的電耗和藥劑費(fèi)用在0.15元左右，而采用立式對向流氣浮系統(tǒng)的電耗和藥劑費(fèi)用不超過0.08元，即每處理一噸水，立式對向流氣浮系統(tǒng)可節(jié)約50%以上電費(fèi)和藥費(fèi)。

為了進(jìn)一步提高氣浮系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性，提高設(shè)備處理效果、降低能耗，作者除了對固液分離系統(tǒng)進(jìn)行徹底改進(jìn)和繼續(xù)研制外，同時對溶氣機(jī)和釋放器均進(jìn)行了研究，特別針對溶氣機(jī)主機(jī)，準(zhǔn)備進(jìn)行以下幾方面的創(chuàng)新：

1、準(zhǔn)備由潛水式結(jié)構(gòu)代替原來的立式結(jié)構(gòu)，使泵頭部分與電機(jī)同軸，極大縮短軸長，提高設(shè)備使用可靠性，降低機(jī)械損耗;

2、用溶氣水直接冷卻潛水電機(jī)，使機(jī)器既可在液下運(yùn)行，也可在液上運(yùn)行，擴(kuò)大使用范圍，提高安裝靈活性和電機(jī)的使用可靠性;

3、在水力部件上將首次采用閉式旋渦葉輪代替?zhèn)鹘y(tǒng)的開式葉輪進(jìn)行氣液混送。

這個研制成功后，將會打破只有開式葉輪才能進(jìn)行氣液混送的常規(guī)，并且大幅提高溶氣機(jī)的水力效率，在同樣功率下增加溶氣水?dāng)?shù)量，即增加處理量，達(dá)到節(jié)能的目的。

四、結(jié)論

立式對向流氣浮系統(tǒng)無論在理論上還是在外形結(jié)構(gòu)上，在國內(nèi)均獨(dú)一無二，試制成功后不僅會給企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益，同時也將給國家、社會帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

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