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渦凹氣浮工藝原理及應用

更新時間:2017-10-17      點擊次數(shù):3637

渦凹氣浮工藝原理及應用

氣浮作為一種、快速的固液分離技術(shù),始于選礦。它是利用高度分散的微氣泡作為載體粘附廢水中的懸浮物,使其密度小于水而上浮到水面以實現(xiàn)同液分離過程。它可用于水中固體與固體、固體與液體、液體與液體乃至溶質(zhì)中離子的分離[1]。一般來說,氣浮法處理工藝要滿足以下基本條件[2]:(1) 必須向水中提供足夠量的細微氣泡;(2) 必須使廢水中的污染物質(zhì)能形成懸浮狀態(tài);(3) 必須使氣泡與懸浮的物質(zhì)產(chǎn)生黏附作用。有了上述這三個基本條件,才能完成氣浮處理過程,達到污染物質(zhì)從水中去除的目的。

在污水、廢水處理工程中,氣浮法已經(jīng)廣泛用于以下幾個方面:

(1)石油、化工及機械制造業(yè)中的含油廢水的油水分離;

(2)廢水中有用物質(zhì)的回收,如造紙廢水中的紙漿纖維及填料的回收;

(3)含懸浮固體相對密度接近于1的工業(yè)廢水的預處理;

(4)取代二沉池進行泥水分離,特別適用于活性污泥絮體不易沉淀或易于產(chǎn)生膨脹的情況;

(5)剩余污泥的濃縮。

1. 渦凹氣浮系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理

渦凹氣浮工藝 (Cavitation Air Flotation)系統(tǒng)是世界的水處理設(shè)備,是美國Hydrocal環(huán)保公司的產(chǎn)品,也被稱作THK(Induced Air Flotation)引氣氣浮,是目前普遍采用和推廣的一種投資少、效率高、處理成本低、效率好的污水處理設(shè)備[3]。它是專門為去除工業(yè)和城市污水中的油脂、膠狀物及固體懸浮物(SS)而設(shè)計的系統(tǒng)。整個系統(tǒng)由五部分組成,如圖所示[4]

 

經(jīng)預處理后的污水流入有渦凹曝氣機的小型充氣段,污水在上升的過程中通過充氣段與曝氣機產(chǎn)生的微氣泡充分混合,曝氣機將水面上的空氣通過抽風管道轉(zhuǎn)移到水下。曝氣機的工作原理是利用空氣輸送管道底部散氣葉輪的高速轉(zhuǎn)動在水中形成一個真空區(qū),液面上的空氣通過曝氣機輸入水中,填補真空,微氣泡隨之產(chǎn)生并螺旋型地升到水面,空氣中的氧氣也隨之溶入水中。

由于氣水混合物和液體之間密度的不平衡,產(chǎn)生了一個垂直向上的浮力,將SS帶到水面。上浮過程中,微氣泡會附著到SS上,到達水面后SS便依靠這些氣泡支撐和維持在水面。刮泥機沿著整個液面運行,并將SS從氣浮槽的進口端推到出口端的污泥排放管道中。污泥排放管道里有水平的螺旋推進器,將所收集的污泥送入集泥池中。凈化后的污水流入溢流槽再自流至生化處理部分。

開放的回流管道從曝氣段沿著氣浮槽的底部伸展。產(chǎn)生微氣泡的同時,渦凹曝氣機會在有回流管的池底形成一個負壓區(qū),這種負壓作用會使廢水從池底回流至曝氣區(qū),然后又返回氣浮段。這個過程確保了40%左右的污水回流及沒有進水的情況下氣浮段仍可進行工作[5]。

2. 渦凹氣浮系統(tǒng)運行的影響因素

 2.1 污水水質(zhì)對渦凹氣浮機的影響

    由于工業(yè)廢水和污水中一般會含有相當比例的Ca2+、SO42-,而且在氣浮過程中會投加一些浮選藥劑,渦凹氣浮系統(tǒng)運行一段時間后,氣浮機輪、軸承處附著一層垢,會使氣浮系統(tǒng)的效率降低。

 2.2污水流量對處理效果的影響

    污水流量對處理效果的影響也是不容忽視的。在氣浮機運行時必須保證每間氣浮池的配水均勻,流量的變化意味著污染物量的變化,需要及時調(diào)整藥劑投加量才能取得的效果。當污水流量過大時,氣浮池水平流速加快,停留時間縮短,對絮凝體上浮分離不利;流速過大會引起分離區(qū)水流紊動過大而造成泡絮結(jié)合體破碎。當水量過大時應及時調(diào)整出水堰高度以防止污水進入浮渣系統(tǒng)[6]。

2.3絮凝劑及pH值對氣浮效果的影響

    氣浮效果的好壞除了受氣浮設(shè)備性能的影響外,還與絮凝劑的投加量和pH值有關(guān)。目前采用的絮凝劑大部分為PACPAM系列。絮凝劑投加量并不是越多越好。有機高分子的投加量對絮凝效果有顯著影響。實驗證明,對于絮凝的發(fā)生,存在一個zuijia投加量,超過此量時,絮凝效果會下降,超過太多則會起相反的保護作用[7]。而且現(xiàn)采用的絮凝劑多為酸性絮凝劑,有其的pH值。當污水的pH值超過pH值時,會引起絮凝體的溶解或破碎,對氣浮分離產(chǎn)生相當不利的影響。因此,在運行過程中,應對進水pH值加以監(jiān)測和控制。

3. 渦凹氣浮法在煉油污水處理中的應用

目前,渦凹氣浮工藝在主要用于含油廢水、造紙廢水及污泥濃縮等方面[8]。下面以渦凹氣浮工藝在含油廢水中的應用為例,來說明它在實際工程中的應用。

揚子石化含硫原油改建擴建工程竣工后,原污水場能力明顯不足,且原污水場界區(qū)內(nèi)已無擴容場地,改造設(shè)施應小型化[9]。改造方案在部分回流溶氣氣浮和渦凹氣浮中選擇,下表是2種方案的比較:

 

 

項目

部分回流溶氣氣浮

渦凹氣浮

處理量/(m3h-1)

600

600

氣泡直徑/μm

30~100

>100

建議投資/萬元

309

229

占地面積/m2

1400

120

電耗/(kWht-1)

0.330

0,015

改造后的工藝流程采用2組渦凹氣浮機組,每組處理能力320m3/h,功率7.8kW。新建污水處理裝置工藝流程圖及進水水質(zhì)指標:

    

水質(zhì)指標:

項目

進水

出水

油量

600

600

油質(zhì)量濃度

≤200

≤20

硫化物質(zhì)量濃度

≤50

≤20

COD值

≤1000

≤650

*: 單位為m3/h

投入使用的渦凹氣浮機組運行良好,設(shè)備振動及噪音很??;產(chǎn)生的氣泡均勻細密;出渣細密,分布均勻;出水清澈,無明顯油花。下表為改造前后生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)對比:

項目

二污場

渦凹氣浮工藝

進水流量*

249

430

氣浮進水含油量

321

150

氣浮出水含油量

29.8

17.7

氣浮出水COD值

481

239

含油去除率**

0.91

0.88

*:單位為m3/h;**:無單位

    由上表可見,改造后污水處理能力增大,處理效果與改造前基本相同,且改造后出水含油量和COD值均達到設(shè)計指標。

改造前后污水處理消耗及成本對比見下表:

 

項目

改造前

改造后

PAC消耗/(kgt-1)

0.0670(固體)

0.1590(液體)

PAM消耗/(kgt-1)

 

0.0033(固體)

電耗/(kWht-1)

0.257

0.036

非凈化風消耗/( m3t-1)

0.14

0

由上表可見,改造后污水處理裝置電耗及凈化風消耗均大幅降低。

通過上述的一系列比較,在煉油污水處理中,渦凹氣浮與溶氣氣浮的處理效果接近;相比溶氣氣浮,渦凹氣浮具有投資少、占地面積小、節(jié)能降耗、操作強度低等優(yōu)勢。

4.總結(jié)

渦凹氣浮工藝作為一種的氣浮工藝,在水處理、污泥處理方面有著廣闊的應用。它的發(fā)展依賴于基礎(chǔ)理論的研究。在機理方面,如氣泡的結(jié)構(gòu)和特征、氣泡尺寸放入控制、氣泡與絮凝體的黏附條件等均需深入研究;在應用方面,對于工業(yè)廢水和城市污水以及污泥的處理,應從節(jié)約藥劑和降低運行費用等方面來深入研究。

 

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