溶气气浮的分类及设计原理

溶气气浮的分类及设计原理李玛丽摘要：溶溶气气浮（DAF）是气浮的的一种，它利利用水在不同同压力下溶解解度不同的特特性，对全部部或部分待处处理(或处理后)的水进行加加压并加气，增增加水的空气气溶解量，通通入加过混凝凝剂的水中，在在常压情况下下释放，空气气析出形成小小气泡，粘附附在杂质絮粒粒上，造成絮絮粒整体密度度小于水而上上升，从而使使固液分离。关键词：溶气气气浮DAF脱气系统溶气气浮（DAAF）是气浮的的一种，它利利用水在不同同压力下溶解解度不同的特特性，对全部部或部分待处处理(或处理后)的水进行加加压并加气，增增加水的空气气溶解量，通通入加过混凝凝剂的水中，在在常压情况下下释放，空气气析出形成小小气泡，粘附附在杂质絮粒粒上，造成絮絮粒整体密度度小于水而上上升，从而使使固液分离。溶气气浮（DAAF）适用于处处理低浊度、高高色度、高有有机物含量、低低含油量、低低表面活性物物质含量或具具有富藻的水水。相对于其其它的气浮方方式（详见附附录1），它具有有水力负荷高高，池体紧凑凑等优点。但但是它的工艺艺复杂，电能能消耗较大，空空压机的噪音音大等缺点也也限制着它的的应用。1分类（tyype）根据不同的划分分原则，DAF可以有不同同的分类。1．1根据气气泡从水中析析出时所处压压力的不同，可可分为真空式式气浮法与压压力溶气气浮浮法两种。前者利用抽真空空的方法在常常压或加压下下溶解空气，然然后在负压下下释放微气泡泡，供气浮使使用；后者是是在加压情况况下，使空气气强制溶于水水中，然后突突然减压，使使溶解的气体体从水中释放放出来，以微微气泡形式粘粘附上絮粒，一一起上浮。1．1．1真真空式气浮池池，虽然能耗耗低，气泡形形成和气泡与与絮粒的粘附附较稳定；但但气泡释放量量受限制；而而且，一切设设备部件，都都要密封在气气浮池内；气气浮池的构造造复杂；只适适用于处理污污染物浓度不不高的废水（不不高于300mgg/l），因此实实际应用不多多。1．1．2压压力溶气气浮浮法是目前国国内外最常采采用的方法，可可选择的基本本流程有全流流程溶气气浮浮法、部分溶溶气气浮法和和部分回流溶溶气气浮法三三种。1．1．2．11全流程溶气气气浮法

全流程溶气气浮浮法是将全部部废水用水泵泵加压，在溶溶气罐内，空空气溶解于废废水中，然后后通过减压阀阀将废水送入入气浮池。流流程图见图1。

它的特点是：①①溶气量大，增增加了油粒或或悬浮颗粒与与气泡的接触触机会；②在处理水量量相同的条件件下，它较部部分回流溶气气气浮法所需需的气浮池小小。③全部废水经经过压力泵，所所需的压力泵泵和溶气罐均均较其他两种种流程大，因因此投资和运运转动力消耗耗较大。1．1．2．22部分溶气气气浮法

部分溶气气浮法法是取部分废废水加压和溶溶气，其余废废水直接进入入气浮池并在在气浮池中与与溶气废水混混合。它的特点是：①①与全流程溶溶气气浮法所所需的压力泵泵小，因此动动力消耗低；；②气浮池的大大小与全流程程溶气气浮法法相同，但较较部分回流溶溶气气浮法小小。

1．1．2．33部分回流溶溶气气浮法部分回流溶气气气浮法是取一一部分处理后后的水回流，回回流水加压和和溶气，减压压后进入气浮浮池，与来自自絮凝池的含含油废水混合合和气浮，流流程见图2。它的特点是：①①加压的水量量少，动力消消耗省；②气浮过程中中不促进乳化化；③矾花形成好好，后絮凝也也少；④气浮池的容容积较前两种种流程大。现代气浮理论认认为：部分回回流加压溶气气气浮节约能能源，能充分分利用浮选（混混凝）剂，处处理效果优于于全加压溶气气气浮流程。而而回流比为50%时处理效果果最佳，所以以部分回流（回回流比50%）加压溶气气气浮工艺是是目前国内外外最常采用的的气浮法。图2部分回流流溶气气浮法法流程图1．2

根据据气浮池中微微气泡污泥层层（床）有无无过滤作用及及水的不同流流态分为：早早期DAF、普通DAF和紊流DAF。（具体内内容见附录3）2设计原理（desiggnpriincipaal）DAF一般设置置在生物处理理单元之前，物物理处理单元元之后，习惯惯上将其归为为物理处理单单元。若设为为两级浮选，为为了方便节约约，平面布置置时常将一、二二级浮选池并并列，一、二二级浮选池是是约有500mm左右的液位位差保证污水水从一级浮选选池流动到二二级浮选池，而而取消提升泵泵达到节能效效果。体现在在竖向布置上上，即在设计计、施工时必必须严格控制制刮渣机拖架架(板)、可调节堰堰和除渣槽顶顶的标高，这这一点非常重重要，是关键键因素之一，否否则会严重影影响气浮效果果(泡沫层无法法用机械方法法撇除)，这也正是是必须采用可可调节出水堰堰的原因所在在。图2两级浮选选池工艺流程程图DAF主要由空空气饱和设备备（也称压力力溶气系统）、空空气释放设备备（也称溶气气释放系统）和和气浮池（也也称气浮分离离系统）等组组成。目前,溶气气浮工工艺的设计和和最佳操作的的确定，需要要依靠中试和和经验。以下下，根据各种种应用中总结结出的经验，分分别介绍各个个组成部分的的设计原理。2．1压力溶溶气系统（包包括压力溶气气罐、空压机机、水泵及其其附属设备）2．1．1溶溶气系统占整整个气浮过程程能量消耗的的50%，溶气罐价价值占工厂总总基建投资的的12%，因此优化化溶气系统的的设计对缩小小气浮操作费费用是很重要要的。溶气罐多为园筒筒形,立式布置,容积按废水水停留时间25～3min计算，罐中中可装设有隔隔板，瓷环之之类，也有用用空罐的。因为溶气罐内水水、气相混合合，所以一般般按压力容器器进行设计，罐罐顶设自动排排气阀或罐底底设自动减压压阀平衡压力力，罐内压力力一般控制在在0.45MMPa左右为宜，据据此可以确定定提升泵、回回流泵和空压压机的参数。在国外的设计资资料和文献中中，认为气水水停留时间越越长，溶气效效率越高。这这样就使得溶溶气罐的体积积显得庞大，停停留时间有时时长达3～5min。国内的研研究证实了液液膜阻力控制制着溶气速率率，认为停留留时间越长，溶溶气效果越好好的观念不符符合实际，因因此国内设计计参数不同于于国外，是以以预定的溶气气效率为设计计指标，以液液相过流密度度和液相总容容量传质系数数为参数。所有研究都表明明有填充床的的溶气罐比没没有填充床的的有效，其效效率最高可达达到99%，但在实际际运行中，经经常需对溶气气罐进行内部部检查，因而而在很多溶气气气浮工艺中中常选用没有有填充床的系系统，而且大大部分无填充充床的溶气罐罐常配有内部部的或外部的的喷射器以提提高溶气效率率。2．1．2加加压溶气法有有两种进气方方式，即泵前前进气和泵后后进气。第一种是泵前进进气，流程图图见图3。当空气吸吸入量小于空空气在该温度度下水中的饱饱和度时，由由水泵压水管管引出一支管管返回吸水管管，在支管上上安装水力喷喷射器，废水水经过水力喷喷射器时造成成负压，将空空气吸入与废废水混合后，经经吸水管、水水泵送入溶气气罐。这种方方式省去了空空压机，气水水混合效果好好，但水泵必必须采用自引引方式进水，而而且要保持lm以上的水头头，其最大吸吸气量不能大大于水泵吸水水量的10%，否则，水水泵工作不稳稳定，破坏了了水泵应当具具有的真空度度，会产生气气蚀现象。

图3

泵前进进气流程图第二种是泵后进进气，流程图图见图4。当空气吸吸入量大于空空气在该温度度下水中的饱饱和度时，空空气通过空压压机在水泵的的出水管压入入，但也不宜宜大于水泵吸吸水量的25%

。这种方法法使水泵工作作稳定，而且且不必要求在在正压下工作作，但需要由由空气压缩机机供给空气。为为了保证良好好的溶气效果果，溶气罐的的容积也比较较大，一般需需采用较复杂杂的填充式溶溶气罐。

图4

泵后进气流流程图2．1．3空空气注入量的的调节是浮选选操作的另一一关键因素，一一般随选择的的溶气压力或或回流比而变变。实验也表表明出水质量量仅依赖于引引入系统的空空气总量(气泡尺寸一一致时)，而与单独独压力或回流流比无关。要要根据污水水水质、浮选（混混凝）剂和减减压释放器的的类型经反复复实践而定。2．1．4溶气气罐内水位高高低是影响气气浮效果的重重要因素。水水们南宁市，缩缩小了水气接接触部分的窖窖，溶气效果果不好；水位位太低则缺乏乏必要的缓冲冲水深，气体体会穿过水层层进入气浮设设备形成大气气泡，气浮效效果也不佳。推推荐水位控制制在罐内1/3～1/4左右。2．1．5溶溶气罐内的压压力是影响气气量的重要因因素。一般情情况下，压力力高，则溶气气多，在空压压机加气方式式中，溶气罐罐内的压力是是由空压机气气压和水泵共共同决定的。在在正运转时，首首先要保证足足够的水压，但但水压和气压压又要基本相相当。在采用水射器加加气的方式中中，保证溶气气罐压力的关关键是采用合合适的水泵，一一般水泵压力力应在保证额额定流量的前前提下大于0.3Mppa，溶气罐压压力调整可通通过调节溶气气罐出水阀、水水泵出水阀、回回流控制阀进进行。2．1．6根据据《中华人民民共和国国家家标准室外排排水设计规范范》第8.2.7条溶气罐的设设计应符合下下列要求：一、溶气罐工作作压力宜采用用300～500kPPa（约为3～5kgf//cm2）；二、空气量以体体积计，可按按污水量5～10%计算；三、污水在溶气气罐内停留时时间应根据罐罐的型式确定定，一般宜为为1～4min，罐内应有有促进气水充充分混合的措措施；四、采用部分回回流的溶气罐罐宜选用动态态式，并应有有水位控制措措施。2．1．7有应应用中提到，增增加一个精密密空气稳流器器，它的作用用是使空气在在进入溶气罐罐的喷头前，确确保压力平稳稳、均一。回流比是指，当当采用部分回回流溶气气浮浮法时，进入入溶气罐加压压溶气的回流流水量与处理理水量的比值值。回流比一一般为废水的的25％～50％。但当污污水水质较差差，且污水水水量不大时，可可适当加大回回流比，以保保证出水水质质。2．2溶气释释放系统（主主要是释放头头）释放器是该系统统的关键装置置，它对气泡泡形成的大小小、分布以及及对气浮净水水效果和运行行费用均有明明显影响。目目前被采用的的释放器的释释气效率可达达99.2%。2．2．1以以前的研究认认为，释气泡泡的大小与溶溶气压力有关关，低压时形形成大气泡居居多，不利于于气浮。国内内最新研究认认为：溶气水水在减压消能能时气泡的释释放规律与气气泡在静水中中的状况不同同；低压时大大气泡的出现现归咎于释放放器不良所致致。除了要释释放出大量稳稳定的微小气气泡，关键是是要如何防止止堵塞。目前国内外采用用不同类型的的释放器,有简单阀门门式、针型阀阀式以及专用用释放器（专专利）。溶气气释放器的专专利产品很多多,其中效果较较好的一般都都有以下特点点：在喷嘴处处有一个瞬间间的压降；在在释放器的入入口处水流方方向会突然改改变（常为90°）；释放器器口径不超过过2.5mmm,水在释放器器中的停留时时间＜1.5ms；离开释放放器的水流速速度逐渐变小小；离开释放放器的水体会会与其前面一一挡板发生撞撞击。任何释释放器都不可可能只产生微微气泡，而一一般是产生直直径在40～70μｍ之间的气气泡，一些大大气泡的产生生是不可避免免的，尽管这这些大气泡的的存在会降低低系统的运行行效率。2．2．2根根据《中华人人民共和国国国家标准室外外排水设计规规范》第8.2.8条溶气释放器器的选用应根根据含油污水水水质、处理理流程和释放放器性能确定定。2．3气浮分分离系统（气气浮池构件）气浮分离系统的的功能是确保保一定容积来来完成微气泡泡群与水中杂杂质的充分混混合、接触、粘粘附以及带气气絮粒与清水水的分离。2．3．1为了了提高气浮的的处理效果，往往往向废水中中加入混凝剂剂或气浮剂，投投加量因水质质不同而异，一一般由试验确确定。对于铝铝类絮凝剂，通通过提高搅拌拌强度均可使使出水浊度进进一步降低。为保证浮选(混混凝)剂的混凝作作用，浮选池池进水端宜设设静态管道混混合器和反应应室，反应室室有效容积约约按废水(进水量与回回流量的和)停留时间10分钟计算，一一般分为三间间，迷宫式布布置，且每间间设搅拌机提提高混凝效果果，每间中的的速度梯度常常常是相同的的。絮凝池（也也即反应室）设设计最好提供供活塞流状态态（紊流堆动动状态），可可以确保较好好的气浮效果果。2．3．2

溶气气浮池池的最大建议议尺寸可达145m2，相应的产产水能力为2900～4350mm3/h，单位面积积的产水能力力至少提高了了一倍。溶气气气浮池的深深度从1.5m增加到5.0m，且池型由由长方形向正正方形发展，长长宽比在(1.2～2)：1之间。目前前运行良好的的溶气气浮池池的长度最大大可达12m，但宽度被被限制为8.5m，这主要是是因为机械刮刮渣机的最大大跨度为8.5m。污水在气浮池内内的停留时间间一般取30～40min，工作水深深为15～25m，长宽比不不小于4，表面负荷5～10m3/m2•h。若停留时间太短短，水流的冲冲击力大，浮浮选罐中的污污水牌较强的的紊流状态，这这样不但不利利于气泡与絮絮体的粘附，反反而会将部分分已粘附在气气泡上的絮体体打碎；另外外，由于紊流流和较短的反反应时间，而而使投加的部部分混凝剂未未反应完全时时就随出水流流出，致使出出水中悬浮固固体的去除率率降低，甚至至出现负增长长的趋势。2．3．3气气浮池分2个区:接触区和分分离区。2．3．3．11设计接触区区时，要注意意控制絮凝水水的上升流速速，避免短流流、偏流，不不致在上浮过过程中被水流流剪脱已粘附附的气泡而影影响后续分离离效果。通常常情况下接触触区的上升流流速以控制在在10～20mm//s为宜,高度以1.5～2.0m为宜,在这种流速速和高度下,既保证了絮絮粒和微气泡泡的接触时间间,又不会造成成絮粒因上浮浮时间过长而而破坏或下沉沉。合理地布置释放放器，使释放放水的作用范范围遍及全区区，能充分、及及时地使微气气泡下絮粒接接触。2．3．3．22分离区选择择分离速度时时，应有利于于带气絮粒上上浮。对于絮絮粒大、密度度小、不易破破碎的带气絮絮粒一般采取取较大的分离离速度，反之之取较小值。分分离区的流速速宜在1～3mm/ss,流速过小会会造成大絮粒粒因拥挤而沉沉淀,流速过大会会造成带气絮絮粒和清水的的分界面向下下延伸,从而造成絮絮粒随水流出出、水质下降降。对浓度大、浮渣渣多，在固液液分离时形成成拥挤上浮现现象的应减小小上浮速度，否否则浮渣层太太厚会造成落落渣，或因分分离区容积过过小而影响分分离效果。选取集水系统时时，尽可能做做到集水均匀匀，不让上浮浮较慢的细小小带气絮粒流流出池外。为为此，应避免免短流、快部部滞流、碰壁壁回流等不良良现象出现。当溶气气浮池的的水力负荷＞＞10m3/m2•h时，很容易易出现气浮出出水携带气泡泡进入后续滤滤池的情况，气气泡会存在于于滤池的上层层。虽然有人人发现滤池中中气泡的存在在会有利于水水中颗粒的去去除，但是它它会导致滤池池水头损失的的急剧升高，从从而使滤池运运行周期显著著缩短，因此此应该避免滤滤池进水中气气泡的存在，所所以在大幅度度提高溶气气气浮池水力负负荷的同时，必必须设置脱气气系统（具体体内容见附录录2）以保证工工艺的正常运运行。安装简简易，灵巧的的刮渣设备，以以便刮渣时不不致扰动浮渣渣层而产生落落渣，影响出出水水质。2．3．4国国内外气浮池池的设计参数数变化范围很很大，我国主主要采用以下下参数：接触区：

停留时间

＞2.0mmin

表面负荷率

36～72m3/m2•h

分离区：

表面负荷率

77.2～10.8m3/m2•h2．3．5根根据《中华人人民共和国国国家标准室外外排水设计规规范》第8.2.9条气浮池可采采用矩形或圆圆形。矩形气气浮池的设计计应符合下列列要求：一、气浮池应设设置反应段，反反应时间宜为为10～15min；二、每格池宽不不应大于4.5m，长宽比宜宜为3～4；三、有效水深宜宜为2.0～2.5m，超高不应应小于0.4m；四、污水在气浮浮池分离段停停留时间不宜宜大于1.0h；五、污水在池内内的水平流速速不宜大于10mm//s；六、气浮池端部部应设置集沫沫槽；七、池内应设刮刮沫机，刮沫沫机的移动速速度宜为1～5m/miin。2．3．6气气浮模型研究究得出了一些些新概念，如如饮用水气浮浮处理需针尖尖大小(数十微米)的絮体。pH对絮体形成成和气泡粘附附一样重要。在在最佳pH时,颗粒的ζ电位接近于0或为负值,可采用较高高的溢流流速速度(≤15m/hh)。气浮池的的最佳设计是是接触区和分分离区呈长窄窄形状的活塞塞流反应器,停留时间分分别大于1.5miin和5min,这样表面负负荷要比传统统数值提高许许多,而且效率较较高。增加一个射流混混合器可以保保证隔油池出出水与溶气水水充分混合后后进入浮选池池中，使形成成的超微气泡泡均一散布于于池中。因为污水中一般般含有毒有害害物质，故浮浮选池结构设设计要考虑设设防腐层和顶顶盖板，有条条件时可考虑虑浮选气体的的有组织排放放。2．4正交试试验分析得出出：回流比、混混凝剂投加量量和浮选罐（池池）的有效停停留时间这三三个主要参数数对气浮效果果影响大小的的主次关系是是：回流比＞＞混凝剂投加加量＞浮选罐罐（池）的有有效停留时间间。溶气罐与气浮池池之间的回流流水输送管道道要短，压力力损失要小，从从而防止空气气从超饱和的的水中逸出。水水温降低对溶溶气气浮效果果有不利的影影响。3应用图纸（drawiing）附录1

其其它气浮方式式1、分散空气气气浮法。又可可分为转子碎碎气法（也称称为涡凹气浮浮或旋切气浮浮，见图1）和微孔布布气法2种。前者依依靠高速转子子的离心力所所造成的负压压而将空气吸吸入,并于提升上上来的废水充充分混合后,在水的剪切切力的作用下下,气体破碎成成微气泡而扩扩散于水中；；后者则是使使空气通过微微孔材料或喷喷头中的小孔孔被分割成小小气泡而分布布于水中。图1涡凹气浮浮工艺原理该法设备简单，但但产生的气泡泡较大，且水水中易产生大大气泡。大气气泡在水中具具有较快的上上升速度。巨巨大的惯性力力不仅不能使使气泡很好地地粘附于絮凝凝体上，相反反会造成水体体的严重紊流流而撞碎絮凝凝体。所以涡涡凹气浮要严严格控制进气气量。气泡的的产生依赖于于叶轮的高速速切割，以及及在无压体系系中的自然释释放，气泡直直径大、动力力消耗高，尤尤其对于高水水温污水的气气浮处理，处处理效果难如如人意。由于于产生的气泡泡大，更适合合处理一些稠稠油废水，由由于大气泡在在上浮过程易易破裂，建议议设计时污水水在“分离室”的停留时间间不要超过20分钟，时间间越长气泡破破裂得越多，可可能导致絮凝凝体重新沉淀淀到池底。分散空气气浮法法产生的气泡泡直径均较大大,微孔板也易易受堵,但在能源消消耗方面较为为节约,多用于矿物物浮选和含油油脂、羊毛等等废水的初级级处理及含有有大量表面活活性剂废水的的泡沫浮选处处理。2、溶气泵气浮浮法。溶气泵泵采用涡流泵泵或气液多相相泵，其原理理是在泵的入入口处空气与与水一起进入入泵壳内，高高速转动的叶叶轮将吸入的的空气多次切切割成小气泡泡，小气泡在在泵内的高压压环境下迅速速溶解于水中中，形成溶气气水然后进入入气浮池完成成气浮过程。溶溶气泵产生的的气泡直径一一般在20～40μm，吸入空气气最大溶解度度达到100%，溶气水中中最大含气量量达到30%，泵的性能能在流量变化化和气量波动动时十分稳定定，为泵的调调节和气浮工工艺的控制提提供了极好的的操作条件（图2）。图2溶气泵气气浮工作原理理3、电解凝聚气气浮法。这种种方法是将正正负相间的多多组电极安插插在废水中,当通过直流流电时,会产生电解解、颗粒的极极化、电泳、氧氧化还原以