组合气浮设备

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浅层气浮技术探讨

无锡金源环保 戴文强

1，引言
在给水排水处理工艺程序中，固、液分离技术及其设备是关键项目之一。对于液体中微小悬浮颗粒的去除，最常用的方法有沉降分离，筛膜分离，浮迭分离等技术及设备。沉降、筛膜、浮选在各自不同的工况条件下，或采用各种不同的工艺流程，每种方法都有各自的特点和不足，相互不能排斥，也无法替代。浮选法主要应用于所要分离的悬浮物质的密度与水的密度相近，且悬浮物沉降性能较差的废水中。由于浮选法具有设备结构简单，操作使用方便，连续运行性强，费用低，效果好等特点。所以在大水量处理及对水质的深度净化处理中获得了广泛的应用。浮选的形式也是多样的，有加压浮选，真空浮选，电解浮选及生物浮选等。以加压浮选法应用最为普遍。如炼油，化工，造纸，制革，纺织，印染，钢铁，橡胶，食品，制药等工业的废水处理及生活污水处理。尤其是石油工业中炼油废水乳化油的去除，几乎都是采用这一方法。因此，一般指的浮选无特殊说明，也就是指的加压浮选法，既气浮技术及设备。

（一）气浮技术的基本原理
气浮分离是将空气与水在一定的压力和条件下，使气体极大限度地溶入水中，力求处于饱和状态，然后把所形成的压力溶气水通过特殊装置释压，把压能转化为动能，气体脱离水分子引力的束缚，急速产生大量的微气泡，与水中的悬浮物（经过加药后的絮凝体）充分接触，在絮粒的“网捕”，“包卷”，“架桥”作用下，气泡和悬浮物形成一个稳定的夹气絮体，其视密度远小于水，因此夹气絮体很快升至水面，悬浮物在液面结聚成浮渣，把浮渣进行刮集，清除即达到了固液分离的目的。采用部分溶气工艺或者全溶气工艺的气浮设备，其溶气水的释压与原水的混合，微气泡与悬浮物的接触粘附及形成载体后的上升过程都是在同容器内完成的，也就是说混合反应和分离反应是相继完成。
固液分离的效果主要取决于以下三个方面：
1、 水体中悬浮物加药后形成絮体的特征是亲水性还是憎水性。
2、 混合反应中，保证有足够的微气泡及时，充分与絮体接触，理想状态为，在絮体“长大”“共聚”的过程中，及时加入微细气泡，形成“夹气絮体”使浮渣更加稳定。
3、 分离反应中，固、气、液混合物应有适当的停留时间和平稳流型，使“夹气絮体”浮至液面，形成浮渣。控制液体的流态，是分离效果好坏的关键之一。

（二）传统气浮与浅层气浮的技术水平分析比较
1、主要功能原理比较：

见上面的两个简图—传统气浮池体的构造一般有圆形和矩形两种，矩形气浮池的微气泡和“絮凝体”的混合反应和浮渣的分离是在同一池体内用一隔板分开，混合反应后，水流从隔板的底部或上部流入分离室分离，分离过程中水流和浮渣的运动方向呈相互垂直的状态。圆形气浮池混合与分离反应亦是在同一池底内，在池子底部罩圈内完成混合反应，然后呈上流状态，在池内分离。在分离区的水流和浮渣的运动方向成不规则的交叉状。综上看出，传统的两种不同结构形成的气浮装置，其混合反应和分离反应都是在水流不稳定的状态下进行的，且相互干扰，给浮渣的直线上升造成了极为不利的条件，为此，为了达到良好的分离效果，必须给浮渣的上升留有充分的时间，水力停留时间一般为20~50min，有的甚至达一小时之

目前，国内外气浮技术及设备方面的研究已取得了很大的进展，尤其在设备工艺结构上作了重大的改进。本公司根据市场信息，搜集了国内外有关技术文献和资料，自行设计研制了QF型高效浅池气浮装置。见浅层气浮的原理图，其基本原理来源于水深400毫米的烧杯实验，详见原理图。絮凝好的原水和含微气泡的溶气水在烧杯中混合，在400毫米的水深里，以T=两分半钟的时间，浮渣全部上浮到液面上，完成固液分离。该实验具有以下几个特点：
1 水流为静止状态，浮渣上升过程没有水流的紊流影响。
2 水浅，水深只有400毫米，浮起速度接近原水中固形物上浮（4~10cm/min）。
3 浮渣上升过程接近纯理论状态。排除水流的影响。

浅层气浮装置根据上面烧杯的原理，(主要为水流和水深)，针对传统气浮池的不足之处，把它的原水进口和净化水的出口设计为移动式，（见下图浅层气浮的原理图）当V布水=V框架时，布水机构流出的水以静止状态存在。大大减少浮渣上升过程中水流的影响。浅水深（约为400毫米）缩短原水中气泡上浮时间，既原水流向气浮池的同时，池中布水管向原水流出的相反方向移动，使进入到池子中的原水基本上处于相对静止的状态，这样水中的气泡则沿着垂直方向浮向水面，浮起速度接近原水中固形物上浮速度（4~10cm/min），因此根据烧杯实验原理水中的悬浮物能很快浮到水面上接近T=3分钟，而浮渣下的净化水仍停留

浅层气浮的原理图
在原处，当净化水抽提管移到此处时，净化水就能排到池外。为了使进、出水口能同步移动，该机设计成圆形，进、出口管固放在一定的装置上，使它围绕着中心转动，这种移动的布水方式称为“零速”。由于原水中的悬浮物从水中浮到表面的速度快，三分钟原水就能达到净化要求。

2、在给、排水工程应用中，QF型浅池气浮装置和传统气浮装置技术比较：
2.1 QF型高效浅池气浮装置与传统气浮装置在主要工艺参数上，技术水平比较如
表：

2.2 QF型高效浅池装置与传统气浮装置在给水应用工程中，以日处理6万吨的自来水为例比较如下：

2.3 QF型高效浅池气浮装置与传统气浮装置在排水处理工程中，以日处理1600吨造纸白水为例比较如下：

综上：2.1~2.3看出，该机停留时间仅为传统气浮装置的1/10，有效水深仅为传统的1/3~1/4，体积仅为传统的1/10。

（三）、 主要特点
 有效水深浅400~700mm。
 池内水力停留时间短（3~5min）。
 净化量大，即表面负荷高。
 占地面积小，单位负荷轻，全部预制构件组装，不需要操作室，设备可以架空安装，也可多层组合。
 安装维修费用低，易于清扫。
 净化程度高，藻类等悬浮物去除率达90%以上，浓缩后浓泥浓度达3~5%。
 该装置采用的FA型溶气系统申请国家专利（专利号86209262），它结构巧妙，溶气效率高 达90%，体积仅为一般溶气系统的五分之一。
 进水口，出水口和污泥的排出口均在设备的旋转区域内。
 浮起的污泥由旋转撇渣勺回收和排除。
 池底及池边还有刮板能刮去池底及池边的沉淀物，以保持设备清洁。
 可变速的齿轮减速机用于驱动旋转的部件和旋转的撇渣勺。

（四）气浮系统的构成
（见气浮系统的布置图下）气浮系统在水处理的应用中其标准的系下：
加药装置 ，旋流反应系统，气浮主机系统，气浮溶气系统。，提升水泵 ，管道混合器，PAM加药管道 ，PAC（或硫酸铝）加药管道 。
污水的运行过程如下，首先由提升泵把污水从调节池中抽取上来，在水泵的吸水口处加入PAC（或硫酸铝）药品（药品按百分之十配制，由加药装置中的螺杆泵输出到注入点），药品和污水在叶轮的高速旋转下完成混合，经管道送入旋流反应装置中，水流在反应装置中的快速旋转，完成了絮体的长大过程，在反应装置的出水口管道混合器前，加入PAM药品，经管道混合器的快速混合，完成了絮凝水和PAM药品的混合，混合后的絮凝水进入气浮主机系统完成固液分离，清水排入后续处理工艺，污泥排入污泥处理系统，污水在以气浮主机系统为核心的水处理工艺中完成了一个循环。气浮溶气系统产生含有空气的溶气水经过管道输送到气浮主机系统下的溶气水释放机构产生微小气泡，和絮凝后的原水混合接触进入气浮主机系统池体内完成固液分离。
　

4．1气浮主机系统
QF型高效气浮主机系统集凝聚、气浮、撇渣、沉淀、刮泥为一体，整体呈

圆柱形，结构紧凑，池子较浅。装置主体由六大部分组成：池体、旋转布水机构、溶气释放机构、转架机构、集水机构，撇渣机构等。进水口、出水口与浮渣排出口全部集中在池体中央区域内，布水机构、集水机构、撇渣机构都与框架紧密连接在一起，围绕池体中心转动。
新型浅池气浮装置系圆形气浮池，最大的工艺结构特点是中心进水旋转布水，加药絮凝后的原水与溶气系统产生的溶气水接触混合后，在稳流，整流装置的作用下，既固定于圆池的原角度位置，水流在基本处于稳定的状态下来完成固液的分离反应（见下面的气浮系统原理图）与传统气浮装置比较，从根本上改变进水和出水的方式，消除了固液在水流动态情况下进行的不利因素，有效地缩短水利停留时间，停留时间仅为4-6分钟，（由旋转速度调整），降低了气浮池的有效水深，仅400-800mm，比传统气浮装置降低池子深度3-5倍以上，表面处理负荷最高可达12M3/M2/H。随着旋转布水器的循环和稳流整流装置的作用，在池内产生了无数个互不干扰的分离反应区，各分离反应区也随着循环周期（旋转速度可调整）所产生的时间差相继出现或终了。分离结束后的区域就形成了自下而上的泥砂沉积层，清水层和浮渣层，分别有随之同步转动的池底刮泥装置，净化水集水管及水面的撇渣装置刮集。除泥砂刮入池底排泥槽内定时排出外，净化水及浮渣再次导入分隔的中心筒内，从池底连续排出池体流入储存池，设备可以周而复始连续工作。
4．2气浮溶气系统
QF型高效气浮溶气系统为气浮设备提供了高效，稳定的溶气水，保证了气浮分离的效果。其主要的特点如下：
1， 本溶气系统为专利技术产品（专利号86209262）
2， 具有结构简单，体积小，耗电省，溶气效率高达95%以上。
3， 整机运行效果稳定，可靠：电气控制安全，可靠：自动化程度高，操作运行方便。
4， 本溶气系统可以根据不同的污水特性，气浮在不同的处理工艺中的位置，通过调整溶气水泵，射流器，释放器，使整个系统能够很好的和污水处理工艺，污水水质相匹配。能够发挥溶气系统的最大效率,可以极大地提高污水处理的效率。
气浮溶气系统工作原理如下：
本溶气系统采用射流吸气原理，在工作压力0.3-0.5Mpa左右，通过喷口、混合管中水流的高速运动，使大量的空气在最短时间内被吸入，并在混合管中被高速切割成微气泡，然后最大限度地溶入水中，形成超饱和的溶气水。并通过后续的减压释放出大量地直径在20-50um的微气泡，与水中的絮体相结合，形成稳定的夹气絮体，一起上浮至水面，完成絮浮物的分离。
射流吸气原理图

设备的组成：装置由溶气罐、回流水泵、空压机、浮球液位器，压力表，安全阀，管路，机架等组成，控制电柜分开设置。（见附图 FA溶气系统结构图） FA溶气系统

浅层气浮技术的发展也是非常快的，本文只是简单的介绍了该技术，正象沉淀技术的发展离不开沉淀理论的研究一样，气浮技术的发展也需要气浮理论的指导。更何况气浮研究的对象是液、固、气三相体系，比沉淀更复杂。对于气泡的结构和特性、气泡尺寸的正确选择与控制、气泡与絮粒粘附的条件，均须深入研究。有些理论上的新概念与假设，尚须进一步通过实验逐个地得到验证与确认。因此气浮净水技术远非已臻完善，众多的问题等待着我们去研究突破。