压力溶气气浮系统的设计.ppt

压力溶气气浮 系统的设计,Pressure dissolved air floatation equipment：DAF,采用加压的方式将空气溶解于水，再在减压的条件下释放出微小气泡粘附于悬浮物上，使其整体比重小于水而上浮于水面，通过机械装置刮除，实现固液分离的装置。,主要用途及效果： 适用于造纸废水处理及纤维回收、印染废水处理、电镀等含各种重金属离子废水处理、含油废水处理、制革废水处理、化工废水处理、油漆废水处理、食品废水处理、生物处理的泥和水的分离、低温低浊地面水处理、含藻地面水处理以及其它多种废水的固、液分离,1. 压力溶气系统 压力溶气系统：包括（加压）水泵、空压机、压力溶气罐及其它附属设备。 压缩空气与压力水在压力溶气罐中通过传质扩散溶解过程而使水中溶入大量空气。 根据亨利定律,空气在水中的饱和溶解度正比于溶气罐中的压力,但实际上能否达到的溶解量则与溶气罐的溶气效率有关,溶气罐的效率越低,实际溶气量与饱和值的差距越大,此时,为了达到预期的释气量与处理效果,就必须提高溶气系统的压力或扩大溶气罐的容积,增大回流比来实现。,1.1 溶气方式的分类,根据溶气方式不同，溶气系统大致可分为三种：,水泵吸气式 压水管装水射器挟气式 (又称射流挟气式)； 空压机供气式。,泵前插管进气，是在加压泵的吸水管上设置一个膨胀的插管管头，在管头轴线上沿水婉方向插入l3支900的进气管。水泵运行时，叶轮旋转产生的负压将空气从进气管吸入，并与水一起在泵内增压、混合和部分溶解。这种埃气力式简便易行、能耗低，但气水比受到一定限制，一般为58，最高不能超过10，而且加压泵叶轮易受气蚀。,射流进气是以加压泵出水的全部或部分作为射流器的动力水，当水流以3040ms的高速紊流束从喷嘴喷出，并穿过吸气室进入混合管时，便在吸气室内造成负压而将空气吸入。气水混合物在混合管(喉管)内剧烈紊动、碰撞、剪切，形成乳化状态。进入扩散管后，动能转化为压力能而使空气溶于水，随后进入溶气罐，这种供气方式设备简单，操作维修方便，气水混合格解充分；但由于射流器阻力损失大(一般为加压泵出口压力的30%)而位能耗偏高。,空压机供气的优点是气量、气压稳定，并有较大的调节余地，但噪声大，投资较高,1.2 溶气罐系统结构图,实践证明：温度、过水密度和填料层高度是影响溶气效率的主要因素,1.3 影响溶气效率的主要因素,TR系列高通量压力溶气罐,主要特点 1耗能低、效率高(溶气效率高达99%)。 2自动调整溶气罐内气液平衡。 3低压运行(2.5-3Kgf/cm2压力下即可高效运作)。 4过水密度大(罐截面负荷率可达5000米3/米2。日)。 5在不排放未溶空气的条件下运行，可节省空压机电耗，大大缩短连续运行时间，延长空压机寿命。 6小阻力均匀布水，压力降仅为喷头布水的十分之一， 因而有效的利用水泵扬程节省电耗，避免喷头的堵塞。 7罐体轻巧，安装、使用、维护方便,1.4 压力溶气气浮的主要设备及其设计计算,(一)实际供气量及空压机选型 气浮过程所需释气量取决于废水中的悬浮物性质和浓度。出气因比A/S的定义可得下式所示的关系：,式中 AS-气浮过程气固比，L空气kgSS； Q和Qr-分别为人流废水和溶气用水流量，m3L； C-98kPa压力和指定温度下空气在水中的平衡溶解量，mL/L； f-溶气水中的空气饱和系数； p-溶气绝对压力，kPa； Sa-入流废水中的SS浓度，mg/L。,由上式可求得加压溶气用水的需用量Qr，并按下式计算实际供气量Qa(Lh)：,式中 KT-空气在水中的溶解度系数，LkPam3； -溶气效率()。,空压机额定供气量Qa (m3min)为：,式中 -空压机安全系数，一般取l.21.5； 1.25-空气过量系数。 按Qa和溶气压力及输气管路阻力降，即可进行空压机选型。,(二)溶气罐 溶气罐的容积，原则上可按溶气用水量Qr(m3min)、溶气时间t(min)计算。,式中 fd-溶气罐有效容积系数，常取5060。 确定Vd后，可按径高比DH1：(34)确定其结构尺寸。空罐取DH1：3，填料罐取DH1：4。 目前，溶气罐已有若干系列的定型产品(如RG型和YJR型等)供选用。为了保证溶均罐的稳定运行和减轻操作强度，溶气罐应设液位自动控制装置,2. 溶气释放系统,压力溶气水经过瞬时降压、消能、传质、释气后，很快形成无数大小不同的超微气泡(D1um)，并在剧烈的紊流扩散和分子扩散中继续碰撞和逐级并大，从而形成密集的微气泡(1umD100um)，从溶气释放器中流出。而释放空气分子集合的快慢和并成气泡的大小，取决于溶气水的压力计溶气释放器的降压方式。在实际选用过程中，溶气释放器，有简单阀门式、针型阀式以及专用释放器（专利），其性能的判别一般遵从如下三个点： 1、产水量：释放器的产水量，实际上是指同口径释放器出流量的多少。如单位释气量相同，则产水量越多的释放器其释气量越多，所含微气泡总数也就越多。同理，当释放器产水量越大者，在处理相同水量时，所需的释放器个数也就越少，因此，产水量是衡量释放器性能的指标之一。 2、释气率：各种释放器能否在不同压力下，尤其是在低压时将溶解在水中的气体全部释放出来。 3、气泡的细密度：从气浮净水机理分析得出微气泡的大小和数量将直接影响气浮净水效果，特别是与微絮粒的粘附，更依赖于微气泡的大小。实际上产水量和释气率是代表释放器在“量”方面的性能指标，而气泡细密度则是它在“质”方面的性能指标。,溶气释放器的选择的注意点： 1、工作压力： 释放器的工作压力也就是溶气罐的溶气压力。确定溶气所需的压力不仅涉及气浮净水的效果，而且关系到气浮净水的经济性。以往为了取很足够数量的微细气泡，人们只得借助于溶气水压力的提高而其后又不得不把把部分能量减压释放掉。从能量消耗角度看，它与沉淀法相比，是个很大的弱点。一般采用TJ型或者TS型溶气释放器，压力选用2.0-3.0Kg/cm2为佳，上限不超过4 Kg/cm2，其下限不低于1.5Kg/cm2。 2、作用范围： 即一个释放器能顾及多少接触面积，因为释放器布置得好与坏，对净水效果有很大的影响。 3、堵塞问题： 在用于废水处理中，释放器容易堵塞。尺寸小的释放器更易堵塞。,溶气水的减压释放设备：要求微气泡的直径20100um 减压阀（截止阀）:每个阀门流量不同，气泡合并现象，阀芯、阀杆、螺栓易松动。 专用释放器,TS型溶气释放器 0.15Mpa，释放溶气量的99% TJ 型溶气释放器 在0.2Mpa以上低压下工作，净水效果良好 TV型溶气释放器 气泡微细2040um,TS型溶气释放器当压力溶气水通过孔盒时，溶气水反复经过收缩、扩散、撞击、返流、挤压、辐射、旋涡等流态，在0.1秒内，使压力损失95%左右，溶解的空气迅速释放出来。 TJ型溶气释放器为了扩大单个释放器出流量及作用范围，以及克服TS型易被水中杂质堵塞而设计的。可以通过从上接口抽真空，提起器内舌簧，以清除杂质。 TV型溶气释放器克服布水不均匀及需要用水射器才能使舌簧提出等缺点设计的。,TJ型,主要特点 1独特的抗堵塞设计。 2释放率高达99%以上。 3释放气泡直径20-30微米。 4低压运行(2.5-3Kgf/cm2压力下即可高效工作)。 5采用特殊不锈钢制作，抗腐耐磨，使用寿命50年以上。,TV型,SF系列溶气释放器,性能和用途： （1）避免堵塞，便于操作，减轻劳动强度； （2）释放出来的微细气泡平均直径小于25um，气浮效率高； （3）释放出来的溶气水停留时间超过5分钟，确保固液分离彻底； （4）释放后的溶气水扩散迅速，范围大，增大了溶气水的作用面积。 （5）安装前压力溶气水管道系统必须冲冼干净； （6）释放器可任意方向安装，但必须保持空间距离250mm,3. 气浮分离系统,3.1 气浮池工艺布置,平流式气浮池(局部落深式平流式气浮池)和竖流式 气浮&沉淀一体式：该式主要应用于原水浑浊度较高及废水处理中含有部分比重较大、不易混凝的杂质时。根据重者下沉、轻者上浮、因势利导的原则，采用高效的同向流斜管，先将部分易沉杂质去除而未沉的较轻杂质则由气浮池去除。这种形式结构紧凑，占地小，去除率高，也能照顾后续构筑物的高程需要。,3.2 回流比的确定,回流比是指回流溶气的水与待处理的水的比。其影响因素包括：溶气压力、温度、溶气条件、释放器的性能、微气泡的大小及其级配分布、原水的絮凝特性及与水的接触时间。 在设计中很难选定一个恒定值。无试验资料的时候，常用气/固比(A/S)这样一个参数来间接确定回流比。其含义是要浮起一定数量的固体悬游物所必须的空气量。显然，要浮起的固体量越多所需的空气量就越多。但是实践证明“量”不足以衡量，气浮条件的好坏，取决于气泡的“质”及絮粒的可浮性的好坏。 鉴于多因素的影响，一般小式试验确定回流比：对不同的溶气压力、小同的pH值、不问混凝剂与投加量，以及加入不同回流水量等条件下的出水水质进行比较然后择优选定。目前在给水净化上所采用的回流比一般为510，在废水处理中，采用的回流比般为1530。,3.3 接触区的上升流速,一般来说，微气泡与絮粒的粘附并不着重于时间的长短及流速的快促，而主要在于微气泡能否及时均匀地分散于水体中，并获得机会均等的捕捉。根据实践，一般接触区的上升流速以控制在1020mm/s为宜。接触区的高度多以1.52米为宜。 在选定接触区的上升流速后，接触区的截面积就可求得。然而对于矩形池，接触区的长度为B与宽度L是可以有多种组合的。一般来说，是先根据释放器的作用半径选定L后，再决定B。但这中间还须进行多方面的综合平衡，例如有时需顾及必须的最小安装检修距离(500毫米)，有时须顾及气浮池本身的长宽比等等。,3.4 释放器的布置形式,逆向接触式（目前最常用） 同向接触式 垂直辐射式,3.5 分离区流速及池深的控制,分离区的作用是使带气絮粒与水休分离，并上浮至池面，前已提到带气絮粒受到上升流速及出流水的向下流速的控制：当v粒上v水下时，固液可以分离；当v粒上v水下絮粒将随水带出。因此气浮分离区的大小实际上受到流水的平均向下流速的控制。 一般，悬浮物较低，可采用2-3mm/s，浓度较高时，1-1.5mm/s，特别注意，如果此时分离区的面积较小，会发生拥挤沉淀的现象。,3.6 气浮池的长宽比及停留时间的选择,气浮池设计的主要控制参数是分离流速，根据分离流速就可确定池表面积但是长宽比仍然需要确定。根据实践情况看，气浮他的长宽比并无严格要求。建议在气浮池设计中，停留时间订作为复核参数，一般控制1015分钟左右。时间还可缩短，大约有78分钟剧可以了。,3.7 集水方式的选择与控制,上面已提到，固、液相能否分离，决定于分离区水流的向下平均流速。由此可见，出流水的集水越均匀，各点的出流速度越趋于平均流速，因局部出流速度过大而拉吸絮粒的可能性减小。,大孔槽出流：易产生短流现象。 单支状穿孔管集水系统：出流均匀。,考虑到气浮池在长期运转过程中，难免有泥砂或絮粒沉积于池底，因此一般穿孔集水管管底装置在离池底20-30cm处。干管与支管的流速应尽可能小些，宜控制在0.5-0.7m/s之间。孔眼以向下与垂线成45度角交错排列，孔距以20-30cm为宜。,3.8 排渣方式及其设备的选择,排渣方式：排渣方式对分为溢渣和刮渣两种。前者依靠池水位的升高或浮渣积聚后渣面的升高而将渣溢出，这种形式可以连续外溢也可间歇外溢，其优点是对浮渣层扰动小、出水水质不大受排渣的影响，缺点是滞渣的浓度较低、水量流失大、对粘性大的浮渣无法溢出，后有则要借助子别板用人工或机械设备进行定期的刮渣。其优缺点正好与溢渣相反。因此，溢渣方式适用于： (1)小型的气浮处理装里(以件省机械利泥设备)； (2)粘性较小而能顺利地外溢的浮渣； (3)气浮池后面设有泥渣浓缩池或其他脱水设备的场合。,排渣设备：,履带多刮板刮渣机（国外使用较多，易出故障） 行车单刮板刮渣机（国内使用较多）,但是，目前最普遍的还是采用机械刮渣设备。这是因为：(1)它能选择在最恰当的浮渣浓度下排渣，排渣时水量流失少，一般只占处理水量的0.60.7左右，且便于进一步浓缩脱水；(2)能根据浮渣虽的多少，灵活地学握排渣的次数(3)刮渣设备并不复杂且因间歇运行所消耗的能量也极少(4)操作简便,3.9 出水形式与水量控制,气浮池的出水不同于沉淀池与澄清池，它是向下部出水的。因此，需要通过控制出水水位，才能做到进、出水量之间的平衡，以保证气浮池的正常水位。特别是当气浮池刮渣时。为了浮渣的顺利刮除，往往需要借助于升高池水位来实现，因此调节、控制出水量更显重要。最简单的调控形式是在总集水管后装闸门用闸门来调节池水位的高低。但是该方法需经常调节闸门，且不易控制正确，对出水水质的好坏也不能一目了然，因此不宜采用。,第二种形式是增设一个出水井，并把出水管向上升至最低的允许池水位，另外，再在其管外套个水位调节管，通过对调节管的提升与下降(用螺杆调节)来控制分离室水位。管高一般采用30厘米。调节管的内径与出水管外径之间的间隙，以能上、下移动为度，不宜过大。这种方法较前一种方法方便易行，只是很难确保出水井中有稳定的水位，特别是若从出水井抽取部分出流水作为回流溶气水时，很可能产生井中水位低落而被吸空的现象，不利于回流泵的正常运转。为解决这一问题，将第二种形式改为第三种形式即将穿孔集水管与出水井相连通，而在出水井的上部设置溢流出水管，只有当水位超过该管管口时，才向外出流，这样就确保了井中始终有一定的水深，以便随时启动回流泵。因此，目前对中、小型气浮池推荐采用第三种形式。,对于大型气浮池，由于设一根总管出水不甚恰当，因此可用整个或部分池宽作堰流 用活动堰板的升降进行水位、流量调节。,4. 气浮设计举例说明,设计前需要考虑如下问题： 气浮效果是否比沉淀效果好？ 是否需要投加凝聚刘或其他药剂，投加量是多少？ 与原水混合、反应的时间是多少? 所用的溶气水压力与回流水量是多少？ 浮渣的上浮速度、浓缩程度和脱水性能大体怎样?能否回收、利用? .采用气浮法处理的基建及日常运转费用。 主体设计方案包括如下内容： 采用全溶气式还是部分回流式？ 采用平流式还是竖流式，取圆形还是方形？ 在气浮之前是否需要预处理，与后续构筑物如何衔接（高程）？ 浮渣的处理？ 例如：某造纸中段水，SS800mg/L，拟采用平流式气浮池。确定基本设计数据如下：Q=5000m3/d，水温T200C，接触室上升流速Vo=20mm/s，气浮分离速度vs=2.0mm/s(或者表面负荷率=7.2m3/m2.h)，分离室停留时间取16mins，回流比R10，采用TS型溶气释放器，溶气压力为2.5公斤/厘米2，释气量为40ml/L，填料罐过流密度L150m3/hr.m3。,方案草图如下：,计算过程如下： 气浮所需的释气量 式中： Q气浮池设计水量(m3/h)； R试验条件下的回流比（） ae试验条件下的释气量（释气效率）(L/m3)； 水温校正系数，取1.1-1.3(主要考虑水的粘滞度影响，试验时水温与冬季水温相差大者取高值)。,方法二：如果无试验资料，可以根据气固比进行估算，A/S（g释放的气体/g悬浮固体），0.005-0.06，当悬浮