QFQ淺池氣浮裝置的研究與應(yīng)用

1、QFQ淺池氣浮裝置的研究與應(yīng)用羅克健 2006-03-08 摘要：本文介紹一種新型國產(chǎn)淺池氣浮裝置，其固液分離是在水流基本處于穩(wěn)定狀態(tài)下完成的。比較傳統(tǒng)的氣浮，其池深、布水方式，集水方式、撇渣方式，提出了較為先進的理論，并對傳統(tǒng)氣浮凈水裝置的發(fā)展提出了挑戰(zhàn)。 關(guān)鍵詞：固液分離 氣浮 零速度 淺池理論 撇渣裝置 在給水排水處理工藝程序中，固液分離技術(shù)及其設(shè)備是關(guān)鍵項目之一，采用氣浮凈水技術(shù)去除液體中微小懸浮顆粒，在國內(nèi)已有約25年的發(fā)展歷史，目前應(yīng)用已非常廣泛，其基本原理是向水中注入微氣泡，并促其粘附于雜質(zhì)顆粒上，形成比重小于水的浮體，上浮水面，從而獲得分離雜質(zhì)的一種凈水法。 1. 傳統(tǒng)氣浮凈水

2、法按其氣泡產(chǎn)生形式可大致分為以下四種： 1.1.分散空氣氣浮法轉(zhuǎn)子碎氣法、微孔布氣法； 1.2.電解氣浮法； 1.3.生化氣浮法生化產(chǎn)生氣泡、化學(xué)產(chǎn)生氣泡； 1.4.溶解空氣氣浮法真空氣浮法、壓力氣浮法； 目前壓力溶氣法應(yīng)用最廣泛，與其它方法比較，壓力溶氣法具有以下優(yōu)點： 在加壓的條件下，空氣的溶解度大，供氣浮用的氣泡數(shù)量多能夠確保氣浮效果。 溶入的氣體經(jīng)溶氣釋放器驟然減壓釋放，產(chǎn)生的氣泡不僅微細、粒度均勻、密集度大，而且上浮穩(wěn)定，對液體擾動微小，因此特別適用于對疏松絮凝體、細小顆粒的固液分離。 工藝過程及設(shè)備比較簡單，便于管理、維護。 壓力溶氣氣浮法又可分為以下三種： 1.4.1全溶氣法；

3、1.4.2部分溶氣法； 1.4.3部分回流溶氣法； 其中部分回流法因其處理效果顯著、穩(wěn)定，并且能耗省、投資省等優(yōu)點在國內(nèi)較多選用，部分回流式傳統(tǒng)溶氣氣浮池的分離區(qū)有效水深為2.0-2.5m，其工藝流程（如圖1） 1.4.3.1圖1中污水經(jīng)污水泵提升，絮凝劑投加通常采用泵前加藥，并通過水泵葉輪混合，進入反應(yīng)室，反應(yīng)形成絮體后進入接觸室與溶氣水相混合，其溶氣水使用處理后的部分水回流，回流量控制在5-25%，通過回流泵進行加壓，空氣由空氣壓縮機提供。在氣浮分離區(qū)微氣泡粘附于絮體和雜質(zhì)顆粒，形成比重小于水的浮體，上浮水面，通過刮渣機進行刮除，從而獲得分離雜質(zhì)的目的。 2. 氣浮裝置處理污水的原理氣浮法

4、本身是一種物理法，但是可能伴隨著十分復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)；單從物理角度來分析，粘附微氣泡顆粒（帶氣顆粒）的上升速度取決于斯篤克斯定律，即顆粒的上升速度V上升，取決于顆粒的粒徑（d）、密度（s），以及液體的密度（）和粘滯度（）等參數(shù)，其表達式為：u=g(s-) d2/18；V上升的速度通過實驗驗證，一般可取6mm/s，V下（分離區(qū)水流下流速度）的速度一般可取2-3mm/s，在氣浮中當V上升V下時固液可以分離，當V上升V下時絮粒將隨水流出氣浮池，在氣浮池的設(shè)計中，停留時間一般為10-20min，這樣水深H=V下T60/1000=2.51560/1000=2.25m,故傳統(tǒng)氣浮一般池深都在2.25m左

5、右。 2.1如按絮體在分離區(qū)的實際運行情況，一般把水深H分為5個階段（如圖2所示）。 2.1.1 H1段，處理后清水區(qū)，一般取200-400mm，主要考慮氣浮在長期運行中為避免沉積于池底的泥沙等進入集水管。 2.1.2 H2段，清水下降段，一般取200mm，此段為純清水區(qū)域。 2.1.3 H3段，安全段，一般取600mm，該段為適應(yīng)因水量水質(zhì)、流速、絮粒大小及因操作不當引起的處理效果不佳等沖擊，A-A界面為帶氣絮體與水的分界面，但在實際使用過程中不排除該段區(qū)域中存在微小絮體。 2.1.4 H4帶氣絮體上升區(qū)，一般取600mm，微氣泡粘附于絮體和雜質(zhì)顆粒，形成比重小于水的浮體在此段上浮。 2.1

6、.5 H5浮渣區(qū)，一般取100mm，浮渣通過一段時間的上升，在該區(qū)域形成高密浮渣區(qū)，此時浮渣含水率在95%左右。 H=H1+ H2+ H3+ H4+ H5=1700mm-1900mm 以上分析，傳統(tǒng)氣浮池在原理和工藝上決定了該處理裝置池深在2.0-2.5m。 3. QFQ淺池式氣浮為江蘇一環(huán)環(huán)保設(shè)計研究院于一九九一年開始研究、試制，根據(jù)國外資料所載情況的介紹，在研究和調(diào)試中不斷的探索，歷時2年于九三年初研制成功其有效水深為400-500 mm，表面負荷最大可達12.28m3/m2h，并獲得國家專利（專利號：ZL93236282.6），經(jīng)對含油污水、化工染料污水、肉食品加工廢水及生活污水等各類污

7、水處理，其運行情況良好，其結(jié)構(gòu)原理（如圖3）所示。 3.1 該處理裝置原水和溶氣水在氣浮池池體外混合后進入中心進水管，通過旋轉(zhuǎn)布水裝置和穩(wěn)流、整流裝置進入氣浮池體，處理后的出水通過旋轉(zhuǎn)集水裝置出水，浮渣通過撇渣裝置排出設(shè)備，該撇渣裝置為挖斗式；本裝置1-6部分均附著于中心筒在驅(qū)動裝置的動力下逆時針運行，而各裝置的運行并不帶動處理水的波動，這就是本裝置的關(guān)鍵所在，即零速度。 零速度的原理是氣浮池體內(nèi)的水流不隨布水、集水裝置的轉(zhuǎn)動而形成波動，因其旋轉(zhuǎn)布水后的水流速度與旋轉(zhuǎn)集水出流速度相同，而布水后的水體的流向與旋轉(zhuǎn)的方向相反，隨著旋轉(zhuǎn)布水器的循環(huán)和穩(wěn)流整流裝置的作用，在池內(nèi)產(chǎn)生了無數(shù)個互不干擾的分

8、離區(qū)域，各分離反應(yīng)區(qū)也隨著循環(huán)周期（旋轉(zhuǎn)速度）所產(chǎn)生的時間差相繼出現(xiàn)和終了，從而達到零速度的目的。 3.2本裝置的有效水深為400-600mm，其池內(nèi)各處理段展開布置圖(如圖4)圖中f1+f2+f3+f4=M=氣浮周長（近似值），與傳統(tǒng)氣浮相比，由于零速度的影響，水流是對中心筒作相對運動，故圖4中h與圖2中的H值有類似，而h值遠遠小于H值，f1為1/2M為浮渣的反應(yīng)上升區(qū)，f2為1/6M為懸浮物低密區(qū)，在該區(qū)懸浮物還沒有停止上升的運動，f3和f4為浮渣區(qū)，其中f3浮渣低密度區(qū)，f4為浮渣高密度區(qū)，撇渣裝置設(shè)置在f4區(qū)段。h值取500mm，絮體的上升速度為6mm/s，絮體的上升只需84s，絮體和

9、水流在縱向為零速度，即只有上升過程而無縱向運動，與傳統(tǒng)氣浮相比，因其獨特的工作原理，其工作段只有相對圖2的H4，即帶氣絮體上升區(qū)，其它工段在淺池氣浮中雖有設(shè)置，但因設(shè)置在其它平面，而對其高度和絮體上升工作無影響，淺池氣浮的停留時間在4-5min，故淺池氣浮的時間和池深足夠，而且有較大的余量。 3.3淺池氣浮的撇渣裝置為一挖斗式的撇渣裝置（如圖5所示），該裝置工作時撇渣裝置不僅隨中心筒繞池體中心線旋轉(zhuǎn)，同時由驅(qū)動裝置帶動，回繞自身軸心線作自轉(zhuǎn)運動，挖斗口連續(xù)地插入由同裝置上的括渣板括聚的浮渣層中，在挖渣翼板向上轉(zhuǎn)動時浮渣沿翼板內(nèi)腔進入中空軸，并由中空軸輸入至中心筒，經(jīng)與中心筒連接的排渣管從池底排

10、出。該裝置把括、集、排連續(xù)工作于一體，所以在工作時避免了浮渣二次溶入水體的后顧之憂。當池型直徑小、浮渣少時可采用單翼式撇渣裝置，當池型直徑大、浮較渣多時可采用雙翼式（或三翼）撇渣裝置，由于該撇渣裝置特殊的結(jié)構(gòu)和特殊的運行方式，故撇渣效果良好，而不對氣浮的處理產(chǎn)生影響。 4. 工程實例4.1上海某肉食品加工廠原采用生化法（SBR）對其生產(chǎn)污水進行處理，其SBR的物化處理只有普通的沉砂池進行預(yù)處理，通過該工藝處理的污水不夠穩(wěn)定，出水經(jīng)常超標，且SBR的出水挾帶懸浮物較多，經(jīng)對現(xiàn)場考察和論證在SBR前增加淺池氣浮處理裝置，以改善其處理效果，經(jīng)改造后出水處理效果如下表：項 目SS mg/lCOD mg

11、/lBOD mg/l色度 倍NH3-H mg/l原 水 進 水994195679516945.8淺池氣浮裝置處理出BR出水（總排口）66.778.518.57.56.2各功能段的主要污染物平均去除率如下表：項 目SS（%）COD（%）BOD（%）色度（%）NH3-H（%）淺池氣浮裝置處理出口85.672.970.085.2SBR出水（總排口）53.484.992.270.0總?cè)コ?3.395.997.795.686.54.2該處理裝置已成功的應(yīng)用于馬鞍山中板軋鋼含油廢水的治理及太湖高含藻類凈化給水等工程的處理。 5. 結(jié)論 該新型淺池氣浮由于采用了布水、旋轉(zhuǎn)集水及新

12、型撇渣裝置等結(jié)構(gòu)工藝方式，使固液分離的效率顯著提高，充分發(fā)揮了池體單位容積的處理量；所以無論在設(shè)備處理效率和投資、經(jīng)常運行費及占地面積等方面，遠較傳統(tǒng)氣浮裝置優(yōu)越，尤其是在場地緊湊以及對水處理工程進行技術(shù)改造時，更有其適用價值。 參考文獻： 1. 同濟大學(xué)氣浮法凈水科研小組編譯氣浮凈水法，北京 中國建筑工業(yè)出版社，1980年11月出版，P4-16。 2. 張自杰主編環(huán)境工程手冊 水污染治理卷，高等教育出版社，1996年12月出版，P314-316。 加壓溶氣氣浮法的特點是：加壓條件下，空氣的溶解度大，供氣浮用的氣泡數(shù)量多，能確保氣浮效果；產(chǎn)生的氣泡微細、粒度均勻、密度大、而且上浮穩(wěn)定，對液體擾動微小，因此特別適用于對