新型溶氣氣浮裝置工作性能與試驗(yàn)探討

俞 峰

（蕪湖國禎環(huán)保科技有限公司，安徽 蕪湖 241000）

溶氣氣浮裝置具有顯著的高效、快速等優(yōu)勢特征，能夠迅速對固態(tài)和液態(tài)的物質(zhì)進(jìn)行分離。一般情況下，在石油化工行業(yè)中主要是將其應(yīng)用于加壓溶氣氣浮工藝以及渦凹?xì)飧》绞?。但是考慮到渦凹?xì)飧》绞綒馀荽?，且浮渣穩(wěn)定性差，出水后的SS含量仍然偏大，因此本研究選擇了相對較為優(yōu)良的加壓溶氣氣浮工藝。加壓溶氣氣浮工藝以往在應(yīng)用中，受到水質(zhì)影響限制，難以形成穩(wěn)定效果，并且分離負(fù)荷率相對較低，造成排泥不便。隨著廢水處理工作要求的提升，研究人員需要開發(fā)全新的溶氣氣浮裝置。

1 試驗(yàn)裝置

管式反應(yīng)以及高效溶氣裝置的構(gòu)成，是建立在以往的加壓溶氣氣浮工藝基礎(chǔ)上，在融合了先進(jìn)的國內(nèi)外技術(shù)之后，研究人員基于工程研究，改造了溶氣裝置的釋放系統(tǒng)、分離系統(tǒng)以及混合反應(yīng)系統(tǒng)[1]。改造后的實(shí)驗(yàn)裝置以及流程等如圖1所示。相較于以往的傳統(tǒng)加壓溶氣氣浮裝置，全新的溶氣氣浮裝置動能優(yōu)勢更加鮮明，具備更加簡便的快速混合反應(yīng)過程，促使管式反應(yīng)器能夠同步展開絮凝過程以及容器水的添加，形成共聚反應(yīng)，在絮體內(nèi)結(jié)合氣泡，可節(jié)省藥劑并提升固液分離率。

2 試驗(yàn)方法

在對新型溶氣氣浮裝置性能進(jìn)行試驗(yàn)時，流速設(shè)計(jì)需要控制在0.50 m3/h，并應(yīng)用到某油田污水站，對污水進(jìn)行原水配置。在調(diào)配完成后，原水的pH值需要處于6～7之間，且其中的SS含量不得高出65 mg/L，油脂的含量為60 mg/L以下。在原水泵前向其中添加適量的混凝劑，借助于原水泵向管式反應(yīng)器加壓傳輸原水，并添加溶氣水，發(fā)生反應(yīng)之后，則轉(zhuǎn)移到氣浮池中進(jìn)行接觸分離。當(dāng)固液分離之后，從底部清水槽排出清水，借助氣浮池排出上層浮渣。溶氣系統(tǒng)則是應(yīng)用相對較為穩(wěn)妥的回流加壓溶氣，連續(xù)實(shí)施試驗(yàn)，并在試驗(yàn)過程中促使溶氣壓力、回流比、藥劑添加量以及反應(yīng)器管徑等進(jìn)行調(diào)整。最終的性能判斷則是需要憑借出水中的含油量以及SS含量進(jìn)行綜合評定[2]。

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 反應(yīng)器流速設(shè)計(jì)

通過試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，新型溶氣氣浮裝置中的管式反應(yīng)器提供的反應(yīng)強(qiáng)度，主要是借助管道的內(nèi)流速控制程度來進(jìn)行，進(jìn)而形成相對良好的絮凝效果。試驗(yàn)狀態(tài)下，出水水質(zhì)所代表的新型溶氣氣浮裝置處理性能與管徑之間的關(guān)系如表1所示。

表1 管徑以及流速與出水水質(zhì)關(guān)系

在管式反應(yīng)器內(nèi)徑參數(shù)不變的狀況下，僅僅是增加流速，將會在一定程度上增加反應(yīng)強(qiáng)度，并造成更大的顆粒碰撞率，因此相較于φ20而言，φ15會產(chǎn)生更好的效果。但是研究人員在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，如果出現(xiàn)水流流速過快的現(xiàn)象，則會促使紊流出現(xiàn)反應(yīng)程度過高的問題，進(jìn)而在強(qiáng)大的水流沖擊力的作用下，促使礬花破裂，難以形成良好的絮凝作用。經(jīng)過檢測發(fā)現(xiàn)，此時φ12管徑的管道出水水質(zhì)處于相對較差的狀態(tài)。

在新型溶氣氣浮裝置中的管式反應(yīng)器應(yīng)用φ12+15變徑設(shè)計(jì)，經(jīng)過檢測發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前這一狀態(tài)下的實(shí)際參數(shù)值相較于其他管徑狀態(tài)，能夠形成更加良好的出水水質(zhì)。這進(jìn)一步證明了在水力進(jìn)行絮凝的過程中，如果逐漸降低水流的實(shí)際流速，則能促使原水中的顆粒進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)充分碰撞，從而實(shí)現(xiàn)基于新型溶氣氣浮裝置的良好固液分離效果。進(jìn)一步來說，如果想要應(yīng)用新型溶氣氣浮裝置形成對污水良好的處理效果，則需要促使管式反應(yīng)器將實(shí)際流速控制在0.8 m/s左右，并設(shè)計(jì)管道擴(kuò)徑，以形成相對良好的反應(yīng)效果。

3.2 回流比設(shè)計(jì)

試驗(yàn)當(dāng)中涉及到的石油采集水原水水量以及在試驗(yàn)過程中所應(yīng)用的加壓溶氣水水量，后者比前者，形成的回流水量參數(shù)就是回流比。一般情況下，回流比參數(shù)的大小，對于新型溶氣氣浮裝置而言，關(guān)乎到其最終的氣浮效果、日常運(yùn)行費(fèi)用以及設(shè)備實(shí)際投資比例等。因此，在試驗(yàn)過程中，除了盡可能保障出水水質(zhì)良好，其中的含油量以及SS含量有所降低之外，更需要促使回流比參數(shù)盡可能地縮小，才能保障新型溶氣氣浮裝置具有較高的使用價值，有效節(jié)約運(yùn)行所消耗的成本費(fèi)用[3]。

在本次試驗(yàn)中，回流比處于10%時，出水中的SS含量以及含油量分別為3.5 mg/L以及14 mg/L；回流比處于20%時，出水中的SS含量以及含油量分別為1.7 mg/L以及6 mg/L；回流比處于30%時，出水中的SS含量以及含油量分別為1.6 mg/L以及5 mg/L；最終當(dāng)回流比處于50%時，出水中的SS含量以及含油量分別為1.5 mg/L以及4 mg/L。從這樣的試驗(yàn)數(shù)據(jù)不難看出，當(dāng)試驗(yàn)過程中的回流比參數(shù)不斷提升時，將會逐漸降低出水中的含油量以及懸浮物實(shí)際含量，促使氣浮固液分離處理率有效提升。

但是與此同時，若回流比高于30%，回流比將難以對處理后的出水水質(zhì)產(chǎn)生影響。換言之，回流比在超過30%之后，對出水水質(zhì)產(chǎn)生的影響將逐漸縮小，但是也會相應(yīng)地消耗大量能耗，并加大投入成本，因此考慮到回流比參數(shù)值對于出水水質(zhì)的影響以及新型溶氣氣浮裝置的綜合使用效果，最好將回流比控制在20%左右，才能在形成更有效的污水處理能力的同時，提升其性價比與使用價值。

3.3 溶氣壓力設(shè)計(jì)

在新型溶氣氣浮裝置的氣浮試驗(yàn)過程中，如果要達(dá)成相對良好的絮凝效果，促使懸浮物凝結(jié)上升，則需要確保其中所涉及到的溶氣水，能夠?yàn)樵囼?yàn)反應(yīng)供給大量的細(xì)微氣泡。基于亨利定律，在新型溶氣氣浮裝置中的溶氣罐若不斷提升壓力狀態(tài)值，則會促使水中的空氣溶解量得到有效提升。因此基于這樣的定律，可以說明當(dāng)前試驗(yàn)中新型溶氣氣浮裝置溶氣處理水的實(shí)際效果，將受到溶氣罐的壓力大小影響。因此在試驗(yàn)過程中，試驗(yàn)人員應(yīng)對溶氣罐的實(shí)際壓力值進(jìn)行調(diào)整，并觀察在壓力參數(shù)調(diào)整后，出水中的含油量以及SS的實(shí)際含量結(jié)果，從而考察溶氣壓力參數(shù)變化對新型溶氣氣浮裝置使用性能的影響。

試驗(yàn)人員觀察試驗(yàn)參數(shù)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)容器壓力的參數(shù)為0.3 MPa時，試驗(yàn)出水中的含油量以及SS含量分別為17 mg/L以及25 mg/L；當(dāng)容器壓力的參數(shù)為0.5 MPa時，試驗(yàn)出水中的含油量以及SS含量分別為3 mg/L以及10 mg/L；當(dāng)容器壓力的參數(shù)為0.7 MPa時，試驗(yàn)出水中的含油量以及SS含量分別為2 mg/L以及7 mg/L。隨后的出水經(jīng)過檢測，含油量以及SS含量變化趨勢不明顯。本文基于這樣的研究數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，在新型溶氣氣浮裝置性能試驗(yàn)中，不斷增加溶氣罐的溶氣壓力，處理污水中的含油量以及SS含量能夠逐漸降低[4]。

但是在這一過程中，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)當(dāng)溶氣罐的溶氣壓力增加到0.7 MPa之后，出水的水質(zhì)檢測結(jié)果中含油量以及SS含量變化趨勢逐漸趨于微弱狀態(tài)。變化平穩(wěn)，則需要考慮到新型溶氣氣浮裝置運(yùn)行過程中的電耗等其他影響因素，試驗(yàn)人員在確保其更加方便快捷的固液分離處理效果的同時，要盡可能地實(shí)現(xiàn)其節(jié)能環(huán)保的應(yīng)用效果。試驗(yàn)人員根據(jù)試驗(yàn)的相關(guān)數(shù)據(jù)，將溶氣罐的容器壓力設(shè)定為最佳的0.60 MPa狀態(tài)，促使新型溶氣氣浮裝置表現(xiàn)出最佳的處理性能。

3.4 PAC投加量設(shè)計(jì)

在新型溶氣氣浮裝置的性能試驗(yàn)當(dāng)中，為了促使污水處理的固液分離效果更加明顯，需要應(yīng)用適量的PAC。這一材料是在石油化工污水處理工作中常用的無機(jī)高分子絮凝劑，這一絮凝材料本身的應(yīng)用成本較低，且能夠在較小用量下形成良好的絮凝效果，因此廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代化工廠污水的固液分離。而在新型溶氣氣浮裝置的污水處理試驗(yàn)中檢測裝置性能，需要借助PAC材料輔助完成，因?yàn)橹挥性谛跄齽┑淖饔孟虏拍苄纬晒桃悍蛛x效果。

試驗(yàn)人員在試驗(yàn)過程中調(diào)整PAC的投加量，進(jìn)一步考察廢水中的含油量及SS含量參數(shù)，并進(jìn)行結(jié)果對比。新型溶氣氣浮裝置處理廢水，如果不添加PAC，則形成的絮凝效果相對較差，最高僅能達(dá)到40%以及70%的去除率。當(dāng)PAC的實(shí)際投加量為0 mg/L狀態(tài)時，試驗(yàn)出水中的SS含量以及含油量經(jīng)過檢測為35 mg/L以及17 mg/L；當(dāng)PAC的實(shí)際投加量為30 mg/L時，試驗(yàn)出水中的SS含量以及含油量為25 mg/L以及9 mg/L；當(dāng)PAC投加量為60 mg/L時，試驗(yàn)出水中的SS含量以及含油量為2 mg/L以及8 mg/L；當(dāng)PAC的實(shí)際投加量為90 mg/L時，試驗(yàn)出水中的SS含量以及含油量為1.8 mg/L以及7 mg/L；當(dāng)PAC的實(shí)際投加量最終提升到105 mg/L時，試驗(yàn)出水中的SS含量以及含油量為1.9 mg/L以及8 mg/L。

觀察這樣的試驗(yàn)結(jié)果不難發(fā)現(xiàn)，在試驗(yàn)中應(yīng)用適當(dāng)?shù)乃巹?，才能形成良好的絮凝效果，從而形成高效去除SS以及油脂的作用。試驗(yàn)人員在不斷增加PAC藥劑含量的試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，出水中的SS含量以及含油量持續(xù)降低，當(dāng)PAC的實(shí)際添加量小于60 mg/L狀態(tài)時，則出現(xiàn)明顯的變化狀況；PAC的實(shí)際添加量處于60 mg/L～90 mg/L之間時，能夠形成相對較為穩(wěn)定的出水狀態(tài)，并且此時的出水水質(zhì)狀態(tài)相對較好；當(dāng)實(shí)際的投加量超過90 mg/L后，盡管水中的SS以及油脂能夠被絮凝，但與此同時水中的絮凝劑含量超標(biāo)，難以溶解，并在水中沉淀滯留，影響水質(zhì)和環(huán)境?？紤]到新型溶氣氣浮裝置的性能需求以及其經(jīng)濟(jì)性等因素，工作人員需要對PAC的添加量進(jìn)行控制，最好控制在60 mg/L。

3.5 穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)

新型溶氣氣浮裝置在處理污水過程中的穩(wěn)定性同樣十分重要，本研究對新型溶氣氣浮裝置的穩(wěn)定性進(jìn)行試驗(yàn)，以獲取最佳的性能參數(shù)表現(xiàn)，并對新型溶氣氣浮裝置進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，以形成最佳設(shè)計(jì)效果。因此，研究人員在某油田污水處理站，對新型溶氣氣浮裝置的運(yùn)行穩(wěn)定效果進(jìn)行試驗(yàn)。其中所涉及到的實(shí)際參數(shù)內(nèi)容包括：回流比控制在最佳的20%左右，并處于0.6 MPa的溶氣罐溶氣壓力狀態(tài)，確?？諝膺\(yùn)行流量處于0.15～0.2 m3/h之間，控制PAC的實(shí)際添加量為60 mg/L，保持0.80 m/s的絮凝流速狀態(tài)。

試驗(yàn)人員在如此詳細(xì)的參數(shù)控制狀態(tài)下，對新型溶氣氣浮裝置的運(yùn)行穩(wěn)定性進(jìn)行連續(xù)試驗(yàn)及分析，通過對比新型溶氣氣浮裝置試驗(yàn)過程中的原水以及出水水質(zhì)狀態(tài)發(fā)現(xiàn)，相較于原水中的含油量以及SS含量，出水的水質(zhì)狀態(tài)相對較好。新型溶氣氣浮裝置能夠形成穩(wěn)定的出水狀態(tài)，在第1 d、第3 d、第5 d以及第7 d，出水的SS含量以及含油量均能處于持平狀態(tài)。當(dāng)進(jìn)水狀態(tài)下含油量以及SS的實(shí)際含量處于110 mg/L以下時，則出水中的實(shí)際懸浮物含量不高于15 mg/L，含油量低于2 mg/L，高達(dá)85%以及96%的去除率進(jìn)一步證明了新型溶氣氣浮裝置的良好污水處理性能。研究人員使用傳統(tǒng)的容器氣浮裝置，處理與本次試驗(yàn)中水質(zhì)相近的油田污水，其最終油脂去除率，最高僅能達(dá)到85%左右，這進(jìn)一步證明了新型溶氣氣浮裝置具有較為顯著的工作性能。

4 結(jié)論

綜上所述，通過對新型溶氣氣浮裝置進(jìn)行試驗(yàn)，研究人員確定了其最佳的工藝參數(shù)設(shè)定為：20%的回流比、0.60 MPa的溶氣壓力、反應(yīng)器擴(kuò)徑并控制在0.8 m/s左右的徑流速率。利用這一裝置對石油化工污水進(jìn)行處理，能夠?qū)崿F(xiàn)較為良好的懸浮物去除率，其出水水質(zhì)良好且運(yùn)行相對穩(wěn)定，具有廣泛的廢水處理應(yīng)用前景。