浮力浮上法分离原理与设备(二)(新型气浮设备简介)(NXPowerLite)

环保设备原理与设计多媒体教案NO.5讲授提纲12-Jan-23§1.4浮力浮上法分离原理与设备五、新型气浮装置简介

1.美国涡凹气浮(CavitationAirFlotation，简称CAF)

2.德国Edur型高效气浮装置

3.Krofta超效浅层气浮(SupercellDAF)

1.涡凹气浮涡凹气浮(CavitationAirFlotation，简称CAF)系统是一种性能优良的新型机械扩散气浮技术，是美国麦王环保能源集团(McWongInternationalInc.)成员企业Hydrocal公司的一体化专利产品，也是美国商务部和环保局的出口推荐技术。

美国麦王环保能源集团成员企业韩国裕泉环保工程公司生产该类设备A-曝气机；B-气浮槽；C-链条式撇渣机；D-螺旋推进式浮渣排出机；E-槽底回流管路

CAF系统主要由曝气装置、撇渣装置和排渣装置组成，其中曝气装置主要是带有专利性质的涡凹曝气机，刮渣装置主要是链条式撇渣机，排渣装置主要为螺旋输送器。

经过予处理后的污水流入装有涡凹曝气机的小型曝气段，曝气机底部散气叶轮的高速转动在水中形成一个真空区，从而将液面上的空气通过抽风管道输入水中，由叶轮高速转动产生的剪切作用把空气粉碎成微气泡，空气中的氧气也随之溶入水中。固体悬浮物与微气泡粘附后上浮到水面，并通过呈辐射状的气流推动力来将其驱赶到刮泥机附近。技术关键：涡凹曝气机撇渣机由电机-齿轮传动装置驱动，齿轮传动装置装在槽的一边；刮泥机沿着整个槽的液面宽度移动，将漂浮的固体悬浮物从气浮槽的进口端推到出口端的污泥排放管道中。浮渣排放管道内水平安装有螺旋推进器，将所收集的浮渣送入集泥池中；螺旋输送器通常也由撇渣机的马达一同驱动。净化后的污水由金属板下方的出口进入溢流槽，溢流堰用来控制整个气浮槽的水位，以确保槽中的液体不会流入浮渣排放管道内。

开放式的回流管路从曝气段沿气浮槽的底部伸展，涡凹曝气机在产生微气泡的同时，也会在有回流管的池底形成一个负压区，这种负压作用会使污水从池底回流至曝气段，然后又返回气浮段。该过程确保了30%～50%左右的污水回流，即整套系统在没有进水的情况下仍可工作。

a.节省投资，运行费用低

CAF系统通过专利曝气机来产生微气泡，不需要压力溶气罐、空压机、循环泵等设备，因而设备投资少，占地面积小，减少土建投资。处理量200m3/h的CAF系统占地面积仅为36.15m2。

与传统的溶气气浮(DAF)相比，CAF具有以下优点：

CAF系统的耗电量仅相当于DAF系统的1/8～1/10，节约运行成本约40%～90%。处理量200m3/h的CAF系统仅耗电5.435kW，而DAF系统耗电高达65kW。

CAF系统没有复杂设备，自动化程度高，人工操作及维修工作量极少，降低了人工费及维修费。

b.处理效果显著

CAF系统产生的微气泡是DAF系统的4倍，对固体悬浮物的去除率可超过90%；通过投加合适的化学药剂，对COD和BOD的去除率可达60%以上；而DAF系统对BOD及COD的去除率只能达35%左右。CAF系统还能促进硫化物的氧化，减少污水中的含硫量。在气浮同时的部分曝气充氧效果吗？自1985年发明之后，CAF系统逐步在美国和世界各地推广应用，受到了广大工业界和环保界人士的欢迎和青睐。1997年3月，首台CAF系统在中国昆明第二造纸厂废水处理工程中成功运行，系统处理量150m3/h，耗电仅3.0kW，对SS的去除率为95～98%，对COD的去除率达70%以上，造纸中水和白水经CAF系统处理后已完全达到并超过排放和回用标准，给工厂带来了巨大的环保效益和经济效益。

CAF系统不仅适用于造纸行业，而且还广泛应用于皮革、炼油、纺织、印染、化工以及城市污水处理等许多行业。2.EDUR型高效气浮设备传统部分回流DAF系统的用户都会遇到溶气水不稳定，去除效果不稳定的现象。有时溶气罐压力高达0.40MPa，而释放出来的溶气水不是大的气泡，就是细小的水珠；有时看似乳白色的溶气水，其实是浮选剂的泡沫，根本达不到净化目的。

Edur型高效气浮系统不会因回流水的浮选剂太多而造成难以形成溶气水的后果，同时也克服了一般气浮溶气率低的缺点。核心部件：气液多相流泵，可取代加压泵、空压机、大型压力溶气罐、射流器及释放器等。

(1)设备结构组成特点吸收了CAF切割气泡和DAF稳定溶气的优点，主要由溶气系统、气浮设备、撇渣机、控制系统和配套设备等组成。

①溶气系统采用德国Edur泵业有限公司的专利技术Edur气液多相流泵作为回流泵，将空气和回流水一起从泵进口管道直接吸入，利用该泵特殊的叶轮结构，高速旋转的多级叶轮将吸入的空气多次切割成小气泡，并将切割后的小气泡在泵内的高压环境中瞬间溶解于回流污水中。

再经过减压阀释放成溶气水，使絮凝颗上浮，从而达到净化的目的。

气液多相流泵水平安装，泵和电机同轴，采用机械密封。开式叶轮结构使得在长时间停机或处于临界运行状况时，没有轴向力；导流器的使用则保证了运行条件下的良好动力学性能和高效率。气液多相流泵在泵内建立压力的过程中产生气液两相充分混合并达到饱和，目前每台泵的最大气液比为35%，最大流量65m3/h，气体的溶解度为100%，平均气泡直径小于20μm。整个溶气系统采用整体结构，运行稳定性几乎不受液体流量和气液比波动的影响，这为气浮工艺的控制提供了极好条件；同时系统的气液比可自动调节，使溶气系统达到最佳状况。

②气浮设备与传统气浮设备相比增加了一个稳流室，使处理性能更稳定、效果更优越；而且增加了清洗装置，使沉积于池底的污泥可定期清洗，减少了劳动强度。

稳流室：通过折板反应器的原水流速很高，若直接与溶气水接触，会消散微小气泡，影响气泡粘附絮凝效果，从而降低气浮处理效率。增加稳流室则使湍流的原水耗能，匀速进入溶气水释放室。

清洗装置：系统设置了清洗装置，并在气浮池内设置清洗斗，在设备检修期间，只需放空清洗斗内的存水，再用清洗装置清洗整个气浮池壁，污水由清洗斗中排掉，解决了气浮池清洗困难的问题。

③撇渣机采用了翻板式刮渣机，无需在气浮设备上设置轨道，依靠自动翻板，使渣自动进入浮渣槽，减少了机械摩擦和机械传动，延长了设备使用寿命。

④控制系统控制系统均采用西门子公司的电器元件，以保证设备的长期有效运行。(2)功能特点及主要技术参数上海欧保环境科技有限公司基于Edur多相泵而设计开发的新型高效气浮设备由Milos

Krofta博士(1912-2002)于20世纪70年代发明，随之被广泛应用于水处理行业，简称为Krofta工艺。Milos

Krofta博士一生致力于水处理技术的研究开发，发表了400多篇技术报告和60多项专利。3.超效浅层气浮先后成立了KroftaTechnologiesCorporation、KroftaEngineeringLimited公司、KWI公司，其Krofta气浮设备受目前8项专利技术的保护，其中溶气管(AirDissolvingTube,ADT)是其中最为核心的专利技术。

(1)常规加压溶气气浮的缺点

①气泡不能均衡地充斥到整个气浮分离区，平流式矩形气浮池后段的气浮效果不太理想，亦可称作“气浮死区”。

②气浮池的深度一般为1.7～1.9m，而且要悬浮颗粒的v粒上>vs

(v粒上为在静止状态下上浮速度，vs

为水流在分离区的下降速度)时才有分离效果，气浮池的出水不能太快，故停留时间较长，表面负荷低，致使气浮池体积庞大。

③不论浮渣上浮至液面时间早晚，都采用刮渣机“一刀式”地清除；也不论浮渣层的厚薄程度，都采用定期刮除。这样不但对水体扰动很大，对浮渣的含固率也没有保证。

④动态进水、动态出水，对水体的扰动很大。

⑤常采用填料式压力溶气罐，但靠填料使气、液两相接触面积增大的程度有限，于是要求停留时间长达2～4min，致使溶气罐的体积增大。采用部分回流DAF法时，回流水含有一定的悬浮物，罐内的填料要定期更换或清洗。

⑥需要防止在释气水中带有大量大气泡，以免在气浮池内的上升过程中产生剧烈的水力搅动，这样不仅不能使气泡很好地粘附在颗粒表面，反而将撞碎矾花粒，甚至把已附着的小气泡也撞开。

⑦对微细气泡的形成不注重“溶”，而是在“释”上作文章，片面依靠溶气释放器的作用，对溶气释放器的研制精益求精。

⑧在气浮池的接触区内需采用多个溶气释放器并联，难以保证最佳开启度协调一致，致使每个释放器的出流量各异，且释放出的气泡大小不同。

⑨不易气浮的固体颗粒慢慢沉积在分离区池底，当沉积高度超过穿孔集水管的开孔时，沉积物会被澄清水带出，造成水中悬浮物增多，出水再次被污染。超效浅层气浮装置(Supercellflotationunit)超效浅层气浮装置(Supercellflotationunit)DoyouknowUSPatent?Krofta气浮工艺系统组成示意图

Krofta气浮工艺系统由圆形浅池静止部分、中央旋转部分、加压溶气水制备系统(包括空压机、溶气管)等组成。清水出口加压水进口原水入口原水配水器浮渣出口

清水溢流筒的筒壁底端面采用一个截面为“L”形的密封环与气浮池底板形成静密封。由内向外依次同心设置有浮渣收集筒、清水溢流筒、回转筒和气浮池外筒。其中回转筒无底板，与旋转支架的下方固定联结；其余三个圆筒共用一个气浮池底板。浮渣收集筒的筒底下方设有排渣管，清水溢流筒的底部下方设有清水出水管。浮渣出口清水出口

旋转支架和螺旋撇渣勺的转动各自由调速电机驱动，中心滑环供电。

圆形浅池的中央旋转部分包括原水入口、原水配水器、加压溶气水入口、加压溶气水配水器、清水集水管、回转筒和旋转的螺旋撇渣勺(Spiralscoop)，除了回转筒固联在旋转支架下方之外，其余组件都安放在旋转支架上。支架绕中心沿池体外缘的圆形轨道以与进水流速一致的速度转动。原水从池中心的旋转接头进入，通过橡胶联接管-原水配水器出水管布水；加压溶气水从加压水入口进入，通过加压溶气水管路到加压溶气水配水器布水。

清水由固联在回转筒外侧的清水集水管排出，进入回转筒后溢流到清水溢流筒，最后由清水出口排出，部分清水循环回用。旋转接头部分清水回流原水入口浮渣出口沉淀物排出口

专利技术的螺旋泥斗对水体扰动极小，在某一时刻刮起的总是池内浮起时间最长的浮渣，浮渣靠重力作用排放到静止的浮渣收集筒中；螺旋撇渣勺可选用一斗、二斗或三斗的结构形式。鉴于浮渣是瞬时清除、隔离排出，对水体几乎没有扰动，且浮渣含固率高。螺旋泥斗自传周期t、泥斗个数、泥斗公转周期T与浮渣厚薄之间有严格的匹配关系，可以通过调速电机灵活、机动地进行调节。

Krofta气浮装置在气浮理论上的三大突破：“零速原理”、“浅池理论”、新的溶气机理。

①“零速原理”在传统DAF装置中，设备固定而水体运动，水从入口经过反应区、接触区、分离区到达集水管，水体运动引起的湍流和扰动降低了去除效率。

Krofta气浮装置中，除浮渣收集筒、清水溢流筒和气浮池外筒体外，其它各部分都以与原水布水流速相同的速度沿池体旋转。分别调整原水配水器上各个流量控制阀的开度，可以使得原水的绝对速度：

即进入池体的原水基本上处于相对静止状态。

同时，清水集水管也随着原水配水器同步旋转。当旋转速度和进出水的速度严格匹配时，可以实现“静态”进水和“静态”出水，而不会对池中原水产生扰动，使得悬浮物的升降在一种静态下进行，这就是所谓的“零速原理”，该理论的应用是Krofta气浮装置的关键。浮选体在相对静止的环境中垂直上浮，不仅能使浮选体的上浮速度达到或接近理论最大值，而且出水流度在理论上可不受限制，它意味着气浮效率可以接近理论上的极限。此外，随着加压溶气水配水器的旋转，气泡能均匀地充满整个气浮池，微细气泡与絮粒的粘附发生在整个气浮分离过程中，没有“气浮死区”。

②“浅池理论”

传统DAF气浮池分离区的有效水深通常为2.1～2.4m，而Krofta气浮装置的有效水深只有0.42m，可称其为“浅池”。因为零速原理的应用和进出水的彻底分开，所以当出水管开始出水时，气浮的过程已完成，对应下图来看，即安全段h3、悬浮物低密区h4两段不需要设置，故可以说没有“零速度”就没有浅池。“浅池理论”的应用，大幅度减少了设备的制造费用，缩小了设备的占用空间。以同样处理7000m3/d的造纸废水为例，传统气浮池的占用面积约为155m2，Krofta气浮池的占用面积约为51m2。若按絮粒的上升速度为6mm/s计，0.420mm有效水深所需的上升时间仅为70s。Krofta气浮装置的停留时间定为2～3min，已考虑了很大的工作裕量。

③新的溶气机理

在传统DAF系统中配备压力溶气罐，而Krofta气浮系统中配备溶气管(AirDissolvingTube，ADT)。在溶气水量相同、释气量也接近的情况下，早期溶气罐的停留时间是2～4min；而溶气管的停留时间只有8～12s，所以溶气管的体积只有早期溶气罐的1/12～1/24。溶气管两内侧各装有一块微孔格板，压缩空气通过微孔格板被切割成细小的气泡，然后在扰动非常剧烈的情况下与加压水混合、溶解。此时空气在溶气管内以两种形式存在，一种是溶解在水中；另一种形式是微细气泡以游离状态夹裹、混合在水中，这种气泡直接用于气浮，并且是作为气泡的主要来源，从溶气水中释放的微细气泡也加入到气浮过程中去。

装有入口喷嘴的进水管设计成弯曲的牛角道式插进溶气管内，回流水经过加压后在溶气管内呈旋转状态。

应用新的溶气机理，溶气水在溶气管中停留时间约8～12s，然后从另一端的出水管排出。溶气管的容积利用率接近100%，微小气泡的直径一般为10～20μm。这种途径形成的微细气泡数量要远远大于“压力溶气罐＋溶气释放器”工艺，也是两种溶气方式的本质区别之所在，也是溶气管结构不必要加溶气释放器的原因之所在。溶气管的特殊结构使其没有填料堵塞的问题，也没有控制压力溶气罐内水位高低的问题。

原水、溶气水和药剂在加入气浮池前，已在一段管道内充分混合，气泡能够及时均匀地弥散在悬浮颗粒中，避免了常规DAF工艺中因多个阀门或溶气释放器开启度不一而造成的气泡不均匀现象，也避免了因设置反应室而带来的浮浆腐烂问题。(3)基本设计参数及应用

①表面负荷9.6～12m3/(m2·h)；②回流比20%～40%；③分离时