气浮技术（精选8篇）
气浮技术 篇1
广西石化净水场为各生产装置和全厂消防系统提供所用新鲜水，利用水库地表水为水源，通过深度处理，将其净化达到生产用水的要求，总处理能力为2800t·h-1(4组700t·h-1气浮滤池)。因南方地表水质受季节的影响波动很大，雨季泥沙含量高导致浊度很高，其他季节虽原水浊度低但有机腐蚀类物质及藻类含量高，传统的“沉淀+过滤”工艺难以保证出水水质要求。为了保证水质，处理工艺采用-混凝（絮凝）-气浮-过滤-消毒的给水处理工艺，主要处理技术是气浮滤池，简称DAFF。该技术是澳大利亚WTA(Water Treatment Australia）公司的专有技术，在国内首次国产化应用。
1 DAFF工艺原理和技术特点
1.1 工艺原理
气浮滤池（Dissolved Air Flotation and Filtration，简称DAFF）是溶气浮选池(DAF,Dissolved Air Flotation)与多介质滤池（MMF,Multimedia Filter）相结合的一种新型工艺。DAFF为一体化的水处理系统，将溶气浮选池(DAF)与多介质滤池（MMF）结合在一起，上部为矩形溶气浮选池(DAF)，下部为多介质滤料过滤池。通过溶气和溶气释放系统，采用部分回流压力溶气气浮，回流比10%～20%，溶气罐压力0.5～0.7MPa。压缩空气注入溶气罐成为过饱和状态，然后通过溶气释放系统瞬时减压，溶解在水中的过饱和气体骤然释放，产生大量的微细气泡，絮凝产生的絮体物质和一些细小颗粒与微细气泡结合在一起，比重小于1的被浮至水面，通过刮渣器将悬浮物撇除；比重大于1的重力下沉到滤料层，过滤去除。一般来说，悬浮颗粒粒径越大，直接截留的作用越明显。普通的双层滤料滤池对粒径大于10μm的颗粒主要通过沉淀和惯性作用被滤料截留，对于密度比水大的颗粒更是如此。而粒径更小的颗粒则是通过扩散作用实现截留的，此部分去除效率较低。
1.2 技术特点
1)DAFF将气浮与过滤合理结合，产生的气泡直径为10～20μm（传统气浮的气泡直径为20～50μm），增大了气泡比表面积，容易形成矾花，容易去除更小颗粒的悬浮物，从而提高了出水水质，占地少、能耗低、自动化程度高。而地面水的水质特点是高有机物和菌藻，不易沉降。
2)DAFF溶气释放系统具有较小的气泡。根据吸附值理论，只有比悬浮颗粒粒径小的气泡，才能与该悬浮颗粒发生较有效的吸附作用。普通释放器产生的气泡直径一般为20～50μm,DAFF释放系统产生的气泡直径在10μm左右。较小的气泡更有利于去除地表水中的细小颗粒。
3）释放阀具有较大的消能值（消能值是指溶气水从溶解平衡的高能值降到几乎接近常压的低能值之间的差值），普通气浮溶气释放器的消能值一般在95%左右，DAFF释放阀消能值可达到99.9%。
4）释放阀具有最短的消能时间。2个体积相同的气泡合并之后，其表面能减少20.62%。为避免气泡的合并，在获得最大消能值的前提下，需要最快的消能速度即最短的消能时间。高效溶气释放器的消能时间应不大于0.3s,DAFF释放阀消能时间0.03～0.01s。
2 实际运行效果
1）该系统自2009年7月投运以来，运行稳定，产水水质好，主要技术运行指标均优于设计值，也优于《石油化工给排水水质标准》（SH 3099-2000）。
2)DAFF将混凝、絮凝及气浮滤池合建，气浮池与过滤池合建，为一体化处理构筑物，t水占地小于0.3m3，与沉淀过滤技术（t水占地0.6m3）相比，占地减少50%；处理构筑物合建，工艺流程简短，减少土建投资、系统管道及配件投资；混凝剂絮凝剂均采用PAC，减少了絮凝剂加药设备费用。
3)DAFF的处理效果相当于普通多介质过滤器与纤维球过滤器作用效果的总和，两者相比降低能耗40%左右；DAFF溶气水回流比10%～20%，常规气浮溶气水回流比一般为30%～50%，运行能耗可降低20%左右。
4)DAFF采用了先进的PLC控制系统，目前已改造至DCS控制系统，主要工艺操作全部通过中控室DCS系统实现，操作简便，所需操作人员少（只有4人）。
3 存在缺陷及改进措施
1）配水槽兼起原水调节的作用时，容积太小会造成原水水质波动，影响处理水质的稳定性。该净水场所配备配水槽体积为20m3，容积偏小，当原水来水压力、水质波动较大时，会影响气浮滤池的平稳运行，出现产水短时水质有较大波动。建议根据水量变化的调节容积确定配水槽的容积，并适当增大配水槽容积。
2）该净水场反洗水泵、溶气水泵、清水泵共用清水池，在气浮滤池反洗时容易造成清水泵的频繁启停。建议将清水池和反洗水池分开，且电机应按频繁启动电机配置。
4 结论
DAFF更适合于低浊高藻地表水的特性，混凝、絮凝效果好，水质稳定。水库水水质特征为低浊高藻，天然有机物丰富，水体的主要杂质表现为悬浮物、胶体物、溶解物。DAFF水处理技术能够通过微气泡将原水中有机物悬浮去除，将不能悬浮的杂质通过过滤去除。
摘要：介绍了气浮滤池(DAFF)水处理技术工艺原理及技术特点。对几年来的实际运行效果与传统水处理工艺进行比较分析,总结其技术优势、存在缺陷及改进措施,为其它企业类似的地表水净化处理提供参考。
关键词：气浮滤池,工艺原理,技术特点,运行效果,改进措施
气浮技术 篇2
含油废水是一种常见的、能给人类社会带来较严重的环境污染, 为此, 国内外均特别重视对含油废水的处理。气浮工艺的除油效率高、处理速度快、运行安全可靠, 是一种经济实用的除油技术, 具有很好的应用前景。而防止释放器堵塞和浮渣堆积是当前需解决的现实问题。
1 含油废水污染的现状概述
含油废水的危害主要表现在:油类物质漂浮在水面, 形成一层薄膜, 能阻止空气中的氧溶解于水中, 使水中的溶解氧减少, 致使水体中浮游生物等因缺氧而死亡, 也防碍水生植物的光合作用, 从而影响水体的自净作用, 甚至使水质变臭, 破坏水资源的利用价值。油及其分解产物中的一些有毒物质 (如苯并芘、苯并蒽及其它多环芳烃) 对各种生物的致死浓度较低。一方面, 这些有毒物质对生物发生直接毒害作用, 另一方面, 低于致死浓度的含有微量油的水用于养殖或灌溉时, 被生物吸收而富集, 然后通过食物链进入人体, 危害人体健康。同时, 污水中含有铁、铜、其它金属离子及细菌等, 它们会起媒介促进作用, 特别在高温的废水中会加快污油的分解变质。碳酸气、水的少量硫的氧化物是石油产品氧化的最终产物。从而使水体的曝气条件变坏, 影响水生生物的正常生长, 甚至造成动、植物群体的死亡。因此, 含油污水必须经过适当的处理后才能排放。大多数有废水排入的水体, 实际上均为不同等级的渔业水体, 而这类水体中规定的石油产品极限允许浓度只有0.05mg/L, 但在许多水体中, 废水排入前的石油产品含量 (本底浓度) 就经常超过此数值。含油废水的最高允许排放浓度, 我国规定为10mg/L, 许多国家的规定都在5—20mg/L范围内。有的国家甚至规定渔业用水的含油量不得超过0.01mg/L。因此, 含油废水的处理应引起足够的重视。
2 含油废水处理工艺———气浮法
含油废水处理工艺多样, 一般来讲主要分为粗粒细法、膜过滤法、气浮法以及生物氧化法。
所谓粗粒细法, 是使含油废水通过一种填有粗粒化材料的装置, 使污水中的微细油珠聚结成大颗粒, 达到油水分离的目的, 通常也叫聚结法。所谓膜过滤法, 是利用微孔膜拦截油粒, 它主要用于去除乳化油和溶解油。滤膜又可分为超滤膜、反渗透膜和混合滤膜。超滤膜的孔径一般为0.005—0.01μm, 比乳化油粒要小的多。反渗透膜的孔径比超滤膜的还要小。所谓生物氧化法, 利用微生物将其分解氧化成为二氧化碳和水。下面就气浮法而言, 来具体探讨其含油废水处理工艺。
2.1 气浮法概述
气浮法是使大量微细气泡吸附在欲去除的颗粒 (油珠) 上, 利用气体本身的浮力将污染物带出水面, 从而达到分离目的的方法。这是因为空气微泡由非极性分子组成, 能与疏水性的油结合在一起, 带着油滴一起上升, 上浮速度可提高近千倍, 所以油水分离效率很高。气浮法按气泡产生方式的不同, 可分为鼓气气浮、加压气浮和电解气浮等。鼓气气浮是利用鼓风机、空气压缩机等将空气注入水中, 也可利用水泵吸水管、水射器将空气带入水中。电解气浮是用电解槽将水电解, 利用电解形成的极微的氢气和氧气泡, 将污染物带出水面。加压气浮是在加压条件下使空气溶于水中, 然后再恢复
到常压, 利用释放的大量微气泡将污染物分离。
其原理为水中油珠和悬浮颗粒的上升斯托克斯定律:
式中:
u—油珠或悬浮颗粒的上升速度 (cm/s) ;
g—重力加速度 (cm/s 2) ;
d—油珠或固体颗粒的有效直径 (cm) ;
ρw—水的密度 (g/cm3) ;
ρ0—油珠或悬浮颗粒的密度 (g/cm3) ;
μ—水的粘滞系数 (Pa/s) 。
2.2 加压溶气气浮除油工艺
加压溶气法是将污水 (或清水) 和压缩空气导入溶气罐, 在压力为196-392kPa的条件下, 使空气溶解于水变成溶气水, 并达到饱和状态。然后将溶气水减压引至气浮池, 在常压下, 溶解的空气便从水中逸出, 形成水-气-粒三相混合体系, 细小气泡的直径为10-100μm。微小气泡成为载体, 气泡从水中析出粘附水中的污染物质形成气-粒浮选体浮出水面成为浮渣, 浮渣由刮沫机刮去, 则系统水被净化排出。由于空气的密度仅为水的密度的1/755, 粘附了一定数量污染杂质的气泡体系整体密度远比水的密度小, 则体系的上浮速度也就增大, 即带气絮粒上浮的原理。其工艺流程一般为图一所示:
药剂池中, 此类药剂比较繁多, 鉴于气浮工艺要求特点, 常用药剂有碱式氯化铝、无铝混凝剂、铁盐以及有机高分子凝聚剂 (季胺化聚丙烯酰胺和聚乙烯亚胺等) 。该流程只将需要处理的一部分污水加压溶气, 然后同未加压的污水在气浮池混合, 产生的气泡分离全部污水中的污染物质。用于加压溶气的水量通常只占总水量的30-50%, 这样, 在与部分回流水加压电耗相同的情况下, 溶气压力可大大提高。因而, 形成的气泡分散度更高、更均匀。
与全流加压式溶气气浮法类似, 比较适合处理含油量低的油田污水, 但比全部污水加压节约能耗50%左右, 且污水系统不憋压、不阻流、设备运行平稳;因释放器内部为清水, 释放器的堵塞现象得到根除;部分回流还能使混凝剂得到充分利用, 减少20%-30%投药量, 并使絮凝体不遭破坏。当处理的污水中乳化油含量高时, 可以考虑该流程, 如图二所示。在这种系统中, 用于加压回流的水量通常只是处理水量的30%-40%, 这样可以减少电耗, 使水中的微细气泡得到充分利用;同时, 控制比较灵活, 可以视水质情况来调节运行工况。一般认为这种流程效果较好, 不会打碎絮凝体, 出水水质较好, 加压泵及溶气罐容量和能耗也较小, 但气浮池的体积增大。目前, 国内较多采用这种流程。
2.3 加压溶气气浮除油特点
2.3.1 优势
总的来讲, 工程上常采用部分污水加压溶气法, 这种方法省电、设备容积小、混凝剂耗量少、运行方便、不堵塞, 种方法的处理效率可达90%以上。在加压情况下, 空气的溶解量增加, 供气浮用的气泡数量能得到很大程度的满足, 从而确保了气浮净水的效果。溶入的气体经骤然减压释放, 产生的气泡不仅尺寸微细、均匀, 而且上浮稳定, 对液体扰动小, 因此, 能适用于疏松絮粒、细小颗粒的固液分离。工艺设备比较简单、管理、维修也方便。因此, 加压溶气气浮法的应用范围较广, 采用的单位最多, 且大、中、小规模给水与废水处理均能适应。因此, 对其基本原理及技术性能的研究也较深入和有系统性。
2.3.2 问题
但气浮技术也还有不完善待改进的地方, 如释放器堵塞问题。尽管现有的释放器设计了许多防堵措施, 但仍不理想, 还不时会出现堵塞。又如刮渣机的设计不能很好的解决浮渣上升堆积的问题。
3 结语
气浮涉及气、液、固三相体系运动的物理化学过程, 应充分应用胶体表面化学和使用现代先进实验仪器分析研究气浮过程的热力学、动力学及相关机理。对气浮理论、机理和数学模型还应进行深入研究。应用方面, 针对不同的气浮剂、气浮絮凝工艺参数、气泡絮体共凝聚进行给水、废水和城市生活污水以及污泥的处理, 是气浮进一步研究的方向。
参考文献
[1]吴克明, 王海玥, 黄娜, 夏钧锋.混凝-气浮与混凝-沉淀法处理含油乳化废水的比较[J].武汉科技大学学报:自然科学版.2008. (4) :432-434.
[2]戴赏菊.高效加压溶气气浮工艺在炼油污水处理中的应用[J].石油化工环境保护.2006. (2) :26-27.
一种新型负压气浮装置的研究 篇3
一种新型负压气浮装置的研究
摘要：阐述了气水混合室式气浮装置的工作机理.在实验室条件下确定了试验模型的处理效率,试验模型对石油类物质和固体悬浮物(SS)的去除率达到95%以上.并对试验数据进行了分析,讨论了气水混合室式气浮装置的去除率与转速的`关系,达到最佳转速之前去除率随转速的增加而增加,达到最佳转速之后去除率随转速的增加而降低.同时得到了估算最佳转速的经验公式.作 者：欧阳峰 李刚 付永胜 作者单位：西南交通大学环境学院,四川,成都,610031期 刊：西南交通大学学报 ISTICEIPKU Journal：JOURNAL OF SOUTHWEST JIAOTONG UNIVERSITY年，卷(期)：2002,37(2)分类号：X703关键词：废水处理 气浮装置 去除率
气浮技术 篇4
1 含油污水处理中气浮净水技术的优点
1.1 装置简单、处理速度快、占地面积小、投资省及使用可靠等优点, 因此逐渐成为一种重要的高新技术。
在含油污水处理中气浮净水技术的发展中技术的研发具备装置简单的优点, 简单的把装置的各部分组织在一起, 用简单化的性能来带动装置的整体发展, 让装置可以为技术发展提供新的思路, 带动装置的整体效果, 让装置产生新的发展技能。技术的发展具备处理速度快的特点, 通过合理的处理使技术的整体研发速度和运作速度得到了整体的提速, 可以使速度更快捷、简便、功效性越大, 用速度来扩充整体的思路发展。
占地面积小是气浮净水技术发展的最新目标, 用小规模的面积处理方法来实现整体规模的合理化特点, 让技术可以发挥合理化的功能, 让处理技术发挥新的功能。技术发展中具备投资省的技术特色, 通过小规模的投资带动技术和污水处理中的新技术的整体发展, 使技术研发和推广不用耗费过多的资金, 同时技术发展也具备使用可靠的优点, 通过可靠性这一发展特色来使整体的发展具备现代化的优势, 促进整体的功效性和整体技术的完整发展。
1.2 具有能耗低、占地小、结构简单、操作与维护方便省电等功效。
在含油污水处理中气浮净水技术的发展中具备能耗低的发展特色, 能源发展占据了重要的位置, 不断推行低消耗的污水处理技术, 让低能源的高效发展发挥重要的作用, 不断改进技术的整体发展特色, 让低消耗的技术走向更宽广的领域, 让新的技术可以发展为最新的节能资源。
在含有污水处理技术的发展中具备占地面积小的发展特色, 用小规模的占地面积实现整体的效果最大化, 发挥占地发展的优势。结构简单也是发展的一大特色, 通过结构的最新特色来发展结构特点, 用结构的多功能性来带动结构的整体发展, 用结构的多功能效果来促进结构领域的发展。
要加入新的操作理念, 通过操作性的发展理念, 用操作性带动整体功能性, 通过不断的实践使整体功能能够长效发展, 不断推入新的管理政策和实践政策。要加入维护方便的功能发展观, 用方便的时效性来发展整体的管理, 用维护的措施来纠正操作中的错误, 为操作和维护提供新的思路。同时也具备省电的功能, 通过节省电力资源带动省电的整体发展。
2 含油污水处理中气浮净水技术的应用中体现的功效。
2.1 不仅净化效果好, 而且经济性也有很大提高, 从而扩大了其应用范围, 通过投入应用措施取得了良好的气浮效果。
在含油污水处理中气浮净水技术产生了重要的发展功效。产生了净化效果好的优势, 用净化的思路来扩展整体的技术思路, 不断用净化的思路来发展整体技术特色。在技术的发展中要通过提高经济性能来带动技术的发展, 要用技术的性能来促进技术的发展, 用经济性的发展效果来促进整体的发展, 发挥经济的主导地位, 通过净水技术来提高技术的经济含量, 不断扩展技术的发展功能, 提高技术的整体发展, 带动全局性的经济效益, 让技术的经济性发展迸发出新的火花。
通过扩大应用范围来扩展整体性的思路, 促进应用领域的发展, 用范围性来思考全局性的发展, 扩大整体的应用功效, 让范围发挥最大化的优势。要通过投入应用措施来实现整体的长效发展, 让气浮发展发挥重要的作用, 要加入应用化的主导作用, 通过应用措施来提高整体的应用效果, 让技术发展取得良好的气浮效果, 发挥效果的功能性和特色性, 带动整体的技术发展。
2.2 以技术经济指标评价和比值两个改造工程方案, 并对优化改造工程方案进行了财务评估和国民经济评价, 取得了很好的经济效益和环境效益。
在含油污水处理中气浮净水技术的发展中要以技术经济指标评价为首要着重点, 通过经济指标来带动整体的技术发展, 提高整体的经济性能, 为长远性发展和全局性发展奠定新的基础和长远的经济效果。要设立比值改造工程方案, 通过比值的方式, 使技术发展中的各数据能够合理的得到发展, 并不断推进技术的整体革新和创新。
用数据拆分和数据分析得出最好的发展路线, 让技术发展可以取得最长远的发展。对优化改造工程方案进行了财务评估, 对改造中出现的问题进行合理化的分析, 对财务评估进行有效的处理和验证, 对产生的原因进行估算和有效评价, 对材料中出现的问题进行最正确的处理。和国民经济进行有效的评价, 让评价出现的问题得到正确的处理和验证, 发挥评价最正确的判断和理解, 带动评价的整体性、长效性发展。
3 结语
在油污水处理中气浮净水技术的应用中要发挥技术的科技含量, 不断把技术发展推向新的高潮, 让技术可以不断得到巩固和发展, 让社会源源不断的得到技术的支持, 让油污水处理技术得到气浮技术的整体发展, 为新技术的发展提高新的技术和能量保证, 让技术发挥最重要的作用。
摘要：在含油污水处理的发展中, 逐步引入了气浮净水技术, 它的广泛应用逐步改掉了污水处理的众多弊端, 不断加入新的污水处理元素改变污水处理中的污染问题, 把处理技术发展为新的具有科技含量的高新技术, 让气浮净水技术发展为最具科技能量的多导体技术, 为净水技术的研发做出新的贡献。
关键词：含油,污水,气浮,技术
参考文献
气浮技术 篇5
随着我国油田开发的不断深入, 油田污水处理问题也随之而生, 其中气浮作为一种净水技术, 越来越受到石油化工行业的重视。目前, 国内外除一些陆上油田尚未使用气浮技术外, 海上平台、炼油及石油化工等含油污水的处理都采用了气浮作为中间处理单元, 天然气处理厂也增加了气浮装置。气浮技术基本原理是向水中通入空气, 使水中产生大量的微细气泡, 并促使其粘附于杂质颗粒上, 形成比重小于水的浮体, 上浮水面, 从而获得分离杂质的一种净水方法。按气泡产生的方式, 气浮可分为溶气气浮、充气气浮、电解气浮等。气浮过程包括气泡产生、气泡与颗粒 (固体或液体) 附着以及上浮分离等连续步骤。实现气浮法分离的必要条件有两个:第一, 必须向水中提供足够数量的微细气泡, 气泡理想尺寸为15~30μm;第二, 必须使目的物呈悬浮或疏水性质, 从而附着于气泡上浮。影响气浮的效果有以下四个因素:
(1) 微细气泡的尺寸, 决定于溶气方式和释放器的构造;
(2) 气固比, 决定于向水中释放的空气量;
(3) 进水浓度、工作压力、上浮停留时间;
(4) 药剂的作用。气浮设备的结构特点都很好地保证了气浮工艺的必要条件。
2 气浮工艺原理
采用高效溶气装置, 将空气 (或其它净化过的气体) 溶入部分净化过的水 (回流水) 中, 然后通过高效率的释放器, 将溶于水中的气体释放成粒径小于10μm的微气泡。使这些微气泡迅速吸附到污水中的悬浮物或油粒的表面上, 减轻絮体的整体比重, 从而达到迅速上浮, 与水分离, 便可达到净化水质的目的。
污水经加药 (聚合氯化铝PAC、聚丙烯酸钠PAAS) 流入设备前级混合反应器, 在反应器内混合后流入浮选区, 在浮选区经过溶气释放、吸附、上浮、浮渣分离回收。溶气水是由处理后的部分出水经过回流泵和压缩气体, 同时进入溶气罐充分溶解所得。
水循环:经上一级处理单元处理的污水带压进入溶气气浮处理装置管道系统, 并在进入气浮罐罐体前与由加药口先后加入的聚合氯化铝和聚丙烯酸钠药剂;溶有药剂的污水流经管式混合器得到了充分的混合后, 进入溶气气浮装置;回流水经回流泵增压, 并在溶气罐内溶入氮气后, 通过释放器在气浮罐释放, 在释放区, 氮气从溶气水分离出来, 可以形成微气泡;由于污水中的油粒和悬浮物为疏水性, 且油粒比重小于1, 便会立即吸附到微气泡表面, 并以0.5~0.9m/s的高速上浮分离, 在液面形成浮渣层, 浮渣在浮渣槽聚集自动流到浮渣罐内, 在罐内实现渣气分离;而气浮处理后的污水进入中间水箱, 以便提升进入下一处理单元。
气循环:污水安全可靠流经系统处理的一个重要条件是保证系统气压的平衡。溶气气浮装置接通氮气, 通过自力式调节阀调节气浮罐内气压, 保证气浮系统中有足够的氮气供系统运作。为保证氮气循环使用, 节约资源, 系统中设有空压机对利用过的氮气进行增压, 使其进入溶气罐和进水管线再利用。
通过水循环、气循环双作用保证了系统的平衡、稳定。
3 气浮工艺关键设备
3.1 加药设备
此套系统配置两套加药装置 (聚合氯化铝和聚丙烯酸钠加药装置) , 两套装置置于气浮系统的进水端, 先对污水加药处理后进入气浮装置处理。污水由进水口流入处理系统, 在进水端的管道混合器中使其与先后加入进水管的聚合氯化铝和聚丙烯酸钠充分混合反应, 污水中的油和固体悬浮物SS在聚合氯化铝和聚丙烯酸钠作用下形成絮凝体 (矾花) ;当加药处理的污水进入气浮罐后, 被释放器产生的微气泡拦截吸附, 并随气泡快速上浮;在气浮罐内液面上形成浮渣层, 浮渣由排渣系统进入浮渣罐, 处理后的污水由污水管排放到中间水箱;中间水箱中的污水再由提升泵提升进入下一步处理单元。
聚合氯化铝和聚丙烯酸钠固体药剂分别加到其对应的配药箱, 混合溶解, 形成药剂溶液;溶解后的混合液分别流入对应的贮药箱, 加水稀释到合适浓度, 再分别由对应计量泵投加到管道混合器中, 在混合器的作用下与污水充分混合, 为后面的气浮做好准备。
3.2 气浮设备
溶气罐导入污水和压缩氮气, 使氮气溶解于污水变成溶气污水, 并达到饱和状态。然后将溶气污水引至浮选器, 溶解气体从水中逸出, 形成水-气-粒三相混合提下, 细小气泡的直径为10~100μm。微小气泡成为载体, 气泡从水中析出粘附水中的污染物质形成气-粒浮选体浮出水面变成浮渣, 浮渣被刮去, 生产污水被净化排除。
溶气罐设有液位计, 信号可远传, 控制进气电磁阀工作, 当溶气罐液位低于设定值时, 自动关闭电磁阀, 减少进气量, 保证溶气罐内气水比例最佳。当设备压力过高时, 安全阀开启, 自动减压。
气浮罐出水设有气动调阀。通过调节阀控制罐内的液位, 使液位维持在最佳适合排渣的液位。当进水量大时, 调节阀开启度自动开大, 维持设定液位, 不让过多的水流入排渣槽进入浮渣罐;当进水量小时, 调节阀开启度自动变小, 保证排渣时的液位不变, 实现顺利排渣。
3.3 中间水箱清水提升控制
中间水箱设有液位计, 信号可远传控制两台提升泵。当罐内液位高时, 液位控制两台提升泵同时工作;当罐内中液位时, 液位计控制一台提升泵工作;当罐内液位为低液位时, 液位计控制两台提升泵停止待用。
3.4 系统整个运行控制
设备分为远程控制启动和就地压力开关控制启动。
当开关置于远程位置时, 管道压力开关信号为1时, 远程信号置0, 设备不能动作, 因为没有命令。
当开关不置于远程位置, 管道压力开关信号为1时, 开关不在远程, 就是在现场控制位置, 管道压力信号为1是, 设备自动启动。
压力开关/远程控制都可实现整个系统的开启及停止。
4 气浮工艺故障原因及排除方法
4.1 水泵运转但压力低
原因:水泵没有工作 (不出水) , 一般情况进气压力大于水泵的工作压力, 造成水泵不能有效工作。排除方法:立即将溶气罐上面的液控阀开大, 将溶气罐内的剩余气体放掉, 待水泵压力上升后, 且正常时, 再恢复原来状态。
4.2 气浮罐内出现大气泡呈翻滚状态
原因:溶气罐中的气水比失调, 气大于水的体积。排除方法:立即将溶气罐上面的液控阀开启大一些, 大约一分钟后, 待大气泡没有了, 液面平静后, 液控阀再恢复原来状态。
4.3 设备电气出现故障
一般为电机过流或过压运行。
5 结论
气浮技术 篇6
精密气浮运动平台是精密制造装备等的核心。随着产业的发展, 对精密气浮运动平台运动精度的要求不断提高, 已挑战传统精密机构运动精度的极限。传统运动机构中接触式的运动副和刚性的结构必然造成系统的摩擦发热及振动传递, 制约了系统动力学性能的提升, 直接导致这类机构的运动精度无法突破纳米级[1,2,3]。为此, 目前最根本和有效的手段是采用非接触式气浮支承运动副取代传统摩擦接触式运动副。气浮支承是微纳制造装备中超精密运动平台的支承部件, 其动力学性能直接影响运动平台的定位精度和响应速度, 决定气浮支承动力学性能的参数主要有质量、刚度和阻尼等[4,5,6]。部分双层气浮平台要求两个平台具有严格的同步性能, 设计双层气浮支承平台动力学性能时需要考虑同步性能。本文主要研究精密运动平台中气浮支承动力学参数设计中需要考虑的问题, 即如何设计能使气浮运动平台具有良好的动力学性能。
1 气浮支承系统与双层气浮平台
气浮支承在工作过程中, 压缩空气通过节流孔流入压力腔, 然后在轴承面和大理石支承面间形成一层气膜, 该气膜使得轴承和支承面之间的运动为无接触运动。如图1所示, 上层台和下层台的支座由气浮轴承和真空预紧装置组成, 简称为气足。气浮轴承产生向上的推力, 真空预紧装置产生向下的吸力, 气浮推力和真空吸力及重力相互平衡, 气足受到干扰时将破坏这种平衡, 使气足产生振荡然后恢复至平衡位置, 其中产生振荡时的振动特性取决于气足动力学参数的设计。
双层气浮平台是微纳制造中常用的结构, 其结构形式有上下结构和左右结构, 图1所示为上下双层结构形式, 一般这种结构都对双层气浮平台的同步性能有严格要求。随着平台运动精度和运动速度的提高, 对双层气浮平台的同步运动精度要求将更为苛刻, 因此研究双层气浮平台中气浮支承的动力学性能设计原则是十分必要的。
2 气浮支承动力学参数对性能的影响
气浮支承的动力学性能设计需综合考虑多因素间的关系, 研究各参数是如何影响气浮支承性能的以及设计目的不同时应如何考虑设计的主次关系[7,8,9,10]。图2是上层平台气足的承载力W、刚度k和阻尼c随气膜厚度 (气膜间隙h) 的变化趋势曲线, 下层平台气足以及普通气浮支承也有类似的规律。为了便于分析三者的变化趋势, 对其幅值进行了归一化处理, 即
从图2中可以看出, 气足的承载力W随气膜厚度的增大而减小, 刚度k与气膜厚度呈非线性变化, 阻尼c随气膜厚度的增大而减小。在气膜间隙h较小 (1～4μm, 不同气浮支承该区域略有不同) 的区域, 气足具有较大的承载力、较大的阻尼, 刚度呈上升趋势;在气膜间隙较大 (5～14μm) 的区域, 承载力、阻尼变小, 刚度呈减小趋势。选择不同组合的承载力、刚度和阻尼, 可以使气浮平台具有不同的动力学性能。
进行气足动力学设计时需要遵循的原则是, 气足的固有频率要远离运动平台的工作频率和结构频率, 以免引起共振而降低精度。图1所示的气浮平台的工作频率为50Hz左右, 气足的固有频率一般要求大于3倍的工作频率, 即150Hz, 同时, 气足固有频率也应远离平台最小的结构频率, 本例中为600Hz左右。因此, 气足的合理固有频率范围应设计在150～600Hz之间。
3 气足动力学参数对同步特性的影响
当研究分析双层气浮平台的同步特性时, 首先需要建立气足的动力学模型, 由于运动方向摩擦力近似为零,
因此主要研究气足垂向的同步特性。将气足等效为单自由度质量-弹簧-阻尼系统, 真空预紧装置产生的吸力视为恒力, 如图3所示。同时由于上层平台和下层平台气足在正常工作过程中气膜厚度变化较小 (一般小于1μm) , 分析时认为气足刚度在平衡位置近似线性。
简化后气足系统的动力学方程式为
式中, Fair为气浮推力;Fx为真空吸力;m为气足所承载的质量;k、c分别为气浮轴承垂直方向的刚度和阻尼。
同时, 由惯性定律可得
c0=2m ῶn
式中, ῶn为系统的固有频率;ξ为系统的阻尼比;c0为系统的临界阻尼系数。
式 (2) 的通解为
式中, a1、a2为由初始条件确定的两个积分常数。
对于不同的阻尼比, 式 (3) 将会存在实特征根和复特征根, 式 (3) 的形式也将有不同, 其响应特性也随之不同。
为了保证双层气浮平台的同步性能, 应合理设计上层平台和下层平台气足的动力学参数, 使两者具有相同的动力学性能, 从而使得双层气浮平台对干扰和运动指令有相同的响应特性。
4 两种设计方案比较
由前面的分析可知, 气足阻尼c与气膜厚度h成反比, 而刚度k与气膜厚度h呈非线性变化, 因此选择不同组合的刚度和阻尼, 可以使上层平台和下层平台系统具有不同的动力学性能。在上层平台和下层平台系统的设计阶段, 应综合考虑气浮轴承刚度和阻尼等动力学参数的选择, 同时还需要选择和设计合适的气浮动力学参数, 从而提高上下层平台的同步精度。为了说明气足动力学设计不同时如何影响双层气浮平台的性能和同步特性, 下面分析两种不同的双层气浮平台动力学设计方案。
4.1 设计方案A
方案A中上层平台和下层平台的动力学参数设计方案如表1所示。
将表1中的动力学参数代入式 (2) , 可得出上下平台气足系统的固有频率:
由此可以看出, 上下平台气足系统垂直方向的固有频率fn不相等 (分别为796Hz、563Hz) , 其频率落入500～800Hz范围, 此种设计的气足固有频率接近结构件的固有频率范围。
该方案中, 由于上层平台气足和下层平台气足固有频率不同, 因此对干扰和驱动具有不同的响应特性, 图4所示为方案A中上层平台 (虚线) 和下层平台 (实线) 气足阶跃响应曲线。从图4中可以看出, 上层平台气足和下层平台气足系统在受到相同的阶跃信号激励时其响应信号的振荡周期并不相同, 在某些时刻两者分别达到最大值和最小值, 其差值达到最大。
图5所示是方案A中上下层平台气足阶跃响应信号的差值曲线。从图5中可以看出, 两系统的阶跃响应的差值在响应后一段时间内达到最大值, 响应差值的幅度约为20nm, 而上层平台和下层平台气足系统单个的阶跃响应最大值仅为14nm。以上分析说明, 双台气足系统的阶跃响应差值幅度在有些时刻大于单个气足的最大阶跃响应振荡幅度。
由以上分析可以得出, 当上下层平台气足具有不同的振动频率时, 对于相同的干扰或激励会有不同的响应特性, 在工作过程中, 两者的同步误差会出现大于单个气足的最大误差的现象。并且, 该设计方案的上下层平台气足的固有频率在500～800Hz的范围内, 比较接近结构件的频率范围, 使得在一定激励条件下, 气足会与结构发生共振。
4.2 设计方案B
该方案B中上层平台和下层平台的动力学参数设计方案如表2所示。
将表2中的参数代入式 (2) , 可得出上下平台气足系统的固有频率:
由以上结果可以看出, 上下平台气足系统垂向的固有频率相等, 都为356Hz, 因此对干扰和驱动的响应具有相似的动力学特性。图6所示是上层平台 (虚线) 和下层平台 (实线) 气足阶跃响应曲线。从图6中可以看出, 上下平台气足系统在受到相同的激励时响应的振荡周期相同, 能同时达到振动的最大值和最小值。
图7所示是上下平台气足阶跃响应信号的差值曲线。从图7中可以看出, 两系统的阶跃响应的差值在响应后一段时间内达到最大值, 响应差值的幅度约为10nm, 而两系统阶跃响应的最大幅度约为45nm, 两系统阶跃响应差值的幅度约为单个系统最大阶跃响应振荡幅值的1/5。其中, 阶跃响应差值的幅度大小与阻尼比的选择有关, 阻尼比选择不同时响应差值的幅度有所不同, 但都小于单个系统的最大振荡幅值, 当两系统的阻尼比相同时, 理想情况下的差值为零。
由以上分析可以看出, 当上下平台气足具有相同的振动频率时, 对于相同的干扰或激励会有相似的响应特性, 使得在工作过程中, 能够在气足参数设计方面使两者的同步误差达到最小。并且, 方案B的设计使上下平台气足的固有频率在100～300Hz范围内, 较好地避开了结构件的频率范围, 避免了共振现象的产生。
4.3 结果分析
由以上分析比较可知, 设计方案B较设计方案A好, 主要表现在:①气足系统产生的固有频率远离上层平台和下层平台结构件的频率段, 能较好地避开结构件的振动频率;②当阻尼系数一定时, 较小的刚度能产生较大的阻尼比, 从而使系统的响应时间缩短;③上层平台和下层平台气足具有相似的动力学特性, 能有效地减小振动时两者的相对误差, 能在一定范围内对干扰不敏感。
从以上两种设计方案可以得出, 在对要求同步特性的双层气浮平台气足进行动力学参数设计时, 根据气足承载体质量设计合适的气足刚度和阻尼系数, 使其固有频率和阻尼比接近, 这样可以使得上下平台在受到相同干扰和相同激励时的同步误差较小。
5 实验验证
为了验证以上理论分析的正确性, 设计了一套实验系统进行验证, 实验对象为两个负载质量不同的气足, 具体参数如表3所示, 两个气足系统垂向的固有频率相近, 约为170Hz。测试系统包括力锤和加速度传感器 (PCB CA-YD-106) , 信号采集与处理系统采用LMS SC310系统。同时激励两个气足系统, 并采集两者的响应信号。
图8所示为测试数据, 从图8中可以观察到, 具有相同动力学特性的气足系统在受到激励时响应的振荡周期相同, 能同时达到振动的最大值和最小值, 两者振动信号的差值小于单个气浮支承的振动最大值, 在垂向具有较好的同步响应特性, 实验结果与理论分析结果一致。
6 结论
气足动力学参数对系统的精度影响很大, 所以选择和设计气足时需综合考虑多方面因素, 包括气足承载力、刚度和阻尼参数的合理设计。当系统对同步特性有需求时, 上下层平台的动力学参数设计应使两者具有相同的动力学性能, 对干扰和指令有相同的动力学响应, 从而保证两者的同步运动精度。
参考文献
[1]Stout K J, Barrans S M.The Design of AerostaticBearings for Application to Nanometer ResolutionManufacturing Machine Systems[J].Tribology In-ternational, 2000, 33 (10) :803-809.
[2]Samir M.High Precision Linear Slide PartⅠ:Design andConstruction[J].International Journal of MachineTools&Manufacture, 2000, 40 (3) :1039-1050.
[3]余显忠, 陈学东, 叶?玺, 等.精密双层气浮直线电机动力学响应分析[J].中国机械工程, 2008, 19 (7) :761-765.
[4]刘暾, 刘育华, 陈世杰.静压气体润滑[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社, 1990.
[5]Chen MF, Lin Y T.Static Behavior and Dynamic Sta-bility Analysis of Grooved Rectangular AerostaticThrust Bearings by Modified Resistance NetworkMethod[J].Tribology International, 2002, 35:329-338.
[6]Li Yuntang, Ding Han.Influences of the GeometricalParameters of Aerostatic Thrust Bearing with PocketedOrifice-type Restrictor on Its Performance[J].Tribol-ogy International, 2007, 40:1120-1126.
[7]郭良斌, 包钢.气体球轴承气膜频响函数幅频特性测试装置的研制[J].中国机械工程, 2006, 17 (2) :298-302.
[8]杜建军, 刘暾, 姚英, 学.狭缝节流气体静压轴颈-止推轴承静态特性分析[J].摩擦学学报, 2002, 22 (1) :66-70.
[9]王祖温, 郭良斌, 包钢, 等.单节流孔静压球面气体轴承动态特性的有限元分析[J].摩擦学学报, 2003, 23 (5) :416-420.
气浮技术 篇7
1 溶气气浮和涡凹气浮的工作原理及系统组成
溶气气浮产生气泡的原理是利用了空气在不同压力下在水中的溶解度,将清水或处理出水加压至( 3 ~ 5) ×105Pa,同时加入压缩空气,使空气在高压下溶解于水中,再骤然减至常压,溶解于水的空气以微小气泡形式从水中析出。其主要设备有池体、刮渣装置、加压水泵、空气压缩机、压力溶气罐、溶气释放头以及配套的混凝、絮凝池等。其核心技术是保证压力溶气罐内的气 - 水两相的压力平衡,使空气尽可能多地溶解于水中,并避免接触室内的溶气释放头堵塞。溶气气浮的系统组成见图1。
涡凹气浮产生气泡的原理是通过引入机械力的切割作用,并利用水和空气的表面张力,形成微气泡并维持其在水中稳定存在。其主要设备有池体、涡凹曝气机,刮渣装置、排渣装置、以及配套的混凝池。涡凹曝气机是产生微气泡的核心设备,其工作原理是靠高速旋转叶轮的离心力所造成的真空负压状态将空气吸入水底,然后依靠叶轮的高速旋转切割将空气打散成为微气泡而扩散于水中。涡凹气浮的系统组成见图2。
图 2 涡凹气浮系统组成图Fig. 2 Cavitation air flotation system composition
2 溶气气浮和涡凹气浮的特性分析
由于溶气气浮和涡凹气浮在气泡产生机理上有本质区别,导致其所需的配套设备、产生气泡的量和直径及浮选效果都有较大差异。
2. 1 配套设备
对于溶气气浮,考虑到释放器易堵,一般采用气浮处理出水回流作为溶气水水源,回流水量视进水水质而定,在特定操作压力下,回流水量与溶解的空气量成正比,进水悬浮物浓度越高,所需气泡量越大,回流量也需要越大。因此根据水质不同,回流比一般取10% ~ 30% ,工业废水往往取高值。且为保证足够的高压使空气溶于水,回流泵的扬程一般高达30 ~ 60 m。这导致回流泵的能耗较大,加上空压机的能耗,以电费0. 8元/度计,仅曝气系统的吨水能耗约为0. 8 ~ 1. 6元。相比之下,涡凹气浮的曝气系统很简单,只需要若干台涡凹曝气机,单台轴长2 m的曝气机处理水量约30 ~ 150 m3/ h,功率2. 2 k W,相应曝气系统吨水电耗0. 01 ~ 0. 06元,节能效果显著。相对于沉淀工艺,溶气系统的高能耗一直是制约气浮应用的主要因素,而在节能方面,涡凹气浮相比溶气气浮具有非常显著的优势,水量越大,这种优势越是明显。
涡凹气浮在进水端通过涡凹曝气机的高速剪切作用破碎空气成为微气泡,但是也带来了一个问题,即废水中已形成的絮体在该剪切力的作用下也会被破碎,影响气浮效果。为解决这一问题,涡凹气浮系统取消了絮凝装置,只保留混凝槽。絮凝剂的投加点一般设在气浮池体进水管上紧邻进水口处 ( 图2中1号加药点) ,这样在废水流经剧烈湍流的曝气头时,絮凝剂与废水充分混合,但是絮体还没有形成,在经过曝气头、水流趋于平缓以后,絮体才逐渐形成。在絮体形成过程中,还可逐渐包裹进更多的气泡,形成较为密实稳定的气固混合体。而溶气气浮的絮体主要在气浮池之前的絮凝槽内就已形成,气泡在接触室释放之后顶托絮体上浮。相比之下,涡凹气浮由于絮体内部也包裹了大量气泡,上升速度更快,且浮渣含水率更低。涡凹气浮独特的絮凝剂加药方式并非对所有的废水都有效,毕竟涡凹气浮曝气室内的水流湍流程度要高于溶气气浮的接触室,因此对于某些絮体不容易形成,或形成之后密实度较差、易破碎的废水,涡凹气浮都较难得到理想的效果。改进的方法有:1改变加药点位置,尽量避开剧烈湍流区域,如把加药点调整到备用加药点 ( 图2中2号、3号加药点) ; 2曝气机采用变频调速,稍稍调低转速减轻湍流; 3优化混凝剂和絮凝剂的种类和投加量,改善絮体形成速度、密实度及稳定性。实际应用中方法3往往是调试的关键因素,但是对药剂选择的更多依赖也限制了涡凹气浮的广泛应用。
溶气气浮易堵的释放器、复杂的回流和空气管路及控制仪表阀门、停机再开时繁琐的操作工序,既增加了系统维护的工作量,又对操作运行人员的素质及管理水平提出了较高的要求,这导致许多污水处理设施的溶气气浮设备使用率较低,甚至建成运行一段时间后就弃置不用。而涡凹气浮设备即开即用,设备少,操作维护量也小,这是涡凹气浮的另一个显著优势。
由于涡凹气浮的浮渣含固率较高 ( 一般高于3% ) ,一般需要设置螺旋输送机帮助排渣; 而溶气气浮浮渣的含固率一般低于2% ,往往直接靠重力自流排渣。当然,这也与涡凹气浮常用于浓度较高的废水上有关。
2. 2 产生的气泡性质
溶气气浮与涡凹气浮在产生气泡的原理上有本质区别。溶气气浮是利用亨利定律,即“在一定温度的密封容器内,某种气体在溶液中的浓度与液面上该气体的平衡分压成正比”,在高压下空气溶于水,在常压下释放形成微气泡,这样产生的气泡直径小 ( 约为20 ~ 100μm) ,尺寸均一,分布均匀,气泡稳定,并且受废水水质的影响很小。而涡凹气浮靠的是机械力破碎被吸入水中的空气形成气泡,气泡直径较大 ( 直径约700 ~1500μm) ,尺寸分布较广,气泡较不稳定容易合并,气泡的量及直径与废水水质关系密切。水的表面张力对涡凹气浮效果影响很大,在清水中涡凹曝气几乎难以得到令人满意的微气泡;但在成分复杂浓度较高的污水中,涡凹气浮往往能够得到不错的曝气效果。
气浮产生气泡的数量及大小需要辩证地考虑,并非越多越好,越小越好。首先,气泡在产生过程中需要克服其表面水分子层的表面张力而做功 ( 即增加体系表面自由能) ,这是一个能量消耗过程。显然,得到越小的气泡所需能耗就越大,这也是涡凹气浮能耗远低于溶气气浮的内在原因。其次,气泡越小,上升速率越慢,气浮池表面负荷越小,所需停留时间越长,占地面积越大,一般溶气气浮停留时间约30 min,而涡凹气浮仅需15 min。再者,气泡越小则絮体颗粒上浮所需粘附的微气泡个数就越多,对于重污染废水就需要通过增加回流比等措施增加气泡量,导致能耗增加; 而对于涡凹气浮来说,吸气量往往不成问题,制约效果的是气泡直径,重污染废水中的复杂成分有利于形成细小稳定的气泡,相对较大的气泡直径可以为重污染废水中的污染物提供更好的顶托力,而且分布范围较广的大大小小的气泡有效利用率更高,更能应对复杂水质。另外,当溶气气浮工艺后续紧跟着采用滤池的话,要注意微气泡由于所受浮力较小,没来得及上浮的气泡易随出水进入滤池,造成气阻。
总的来说,溶气气浮更小的气泡带来的是更好更稳定的出水水质,但是同时也存在能耗高、占地大、污水浓度高时需加大回流水量等问题。相比之下,涡凹气浮的出水效果略差,特别针对絮体较少,水质单一的处理对象时,效果不太理想,有时需要通过投加少量表面活性剂及交联剂等药剂以维持气泡的数量和稳定性。但是涡凹气浮在一些重污染废水上有很好的效果。
3 溶气气浮和涡凹气浮的适用场合
根据以上分析,溶气气浮和涡凹气浮在适用场合上有所不同。考虑到涡凹气浮在节省能耗和维护管理上具有明显的优势,建议在涡凹气浮处理效果符合要求的场合,优先考虑涡凹气浮。在某些进水浓度高,出水水质要求也高的场合,建议采用涡凹气浮与溶气气浮联用,涡凹气浮作为预处理,以降低溶气气浮的处理负荷,用溶气气浮作为进一步处理,以保证稳定优质的固液分离效果。
根据涡凹气浮在各行业废水上应用的经验,已有较多成功业绩的领域有: 1采油、炼油、化工、机械加工、车船运输、食品加工、钢铁等行业的含油废水处理[3,4,5]; 2造纸废水处理中去除SS以及造纸工艺中回收纤维素[6]; 3乳品、屠宰、海产及肉类加工、制革等行业废水,去除高浓度的油脂和蛋白质[7]; 4沉降性能差的污泥的浓缩[8,9]。以上领域涡凹气浮的处理效率一般都能达到80% 以上。此外,在某些化工、印染废水的处理上,涡凹气浮也有成功的案例,但是由于这些行业的废水根据生产工艺不同,废水种类千差万别,涡凹气浮的应用需要提前采样试验以确保工艺可行性。
溶气气浮作为应用最为普遍的气浮工艺,在许多领域都有广泛的应用,特别推荐用于: 1净水处理; 2废水的深度处理; 3成分单一、表面张力较大的废水处理; 4其他采用涡凹气浮效果不理想的场合。
4 结论及建议
( 1) 根据溶气气浮与涡凹气浮的特性分析,两者各有优缺点,在实际应用中应根据废水性质合理选用。
( 2) 在准备使用气浮工艺的场合,除了参考已有业绩,应尽可能取水样做小试试验,一方面对混凝剂和絮凝剂的种类和投加量进行优化比选; 另一方面也可通过简单的小实验预测涡凹气浮的处理效果: 取一定量的待处理废水与适量优化比选后药剂充分混合,装入一支具塞试管中,至一半高度,塞紧塞子,用力上下摇晃5 s后静置观察。若试管中有较多气泡产生且保持一定的时间,悬浮物在静置后可以形成较紧密的絮体并上浮,可考虑采用涡凹气浮。若摇晃后气泡迅速消失导致絮体下沉,或絮体破碎不易再重新聚合,则建议采用溶气气浮。
摘要：溶气气浮和涡凹气浮是废水处理中两种最常用的气浮工艺。本文深入比较分析了溶气气浮和涡凹气浮的工作原理、系统组成、气泡产生特点及优缺点等,以及由此提出了两者的适用场合。在实际应用中应根据废水性质合理选用。
关键词：溶气气浮,涡凹气浮,废水处理
参考文献
[1]Rubio J.,Souza M.L.,Smith R.W.Overview of flotation as a wastewater treatment technique[J].Minerals Engineering,2002,15:139-155.
[2]窦玉凤,李文献.气浮设备的应用与比较[J].陶瓷研究与职业教育,2005,3(3):31-34.
[3]李健光.涡凹气浮在石化污水预处理中的应用[J].石油化工安全环保技术,2007,23(3):38-39,51.
[4]陈长顺.涡凹气浮机在炼油污水处理中的应用[J].石油化工环境保护,2004,27(4):21-22,49.
[5]邸光宇.CAF气浮技术在轧钢废水处理中的应用[J].冶金动力,2007(3):66-67,71.
[6]吕波.涡凹气浮法在再生浆造纸废水处理中的应用[J].工业水处理,2003,23(12):72-73.
[7]张玉华,高新红,赵崇山.水解酸化——涡凹气浮——序批式活性污泥法处理屠宰废水工程[J].环保与节能,2007(2):40-42.
[8]胡锋平.低浓度剩余活性污泥涡凹气浮浓缩工艺研究[D].重庆:重庆大学城市建设与环境工程学院,2004.
气浮的起源、演变及发展方向 篇8
气浮净水技术是近三十年迅速发展起来一种的固液分离技术, 其原理是在加压下使空气溶入水中, 再在减压下释放空气, 产生大量微小气泡, 微小气泡与颗粒物的相互作用, 包括吸附、絮凝及水动力学等复杂过程。使气泡粘附在悬浮颗粒上, 形成整体比重小于1的混合体, 由于浮力大于重力混合体浮至水面, 形成浮渣, 清水则向下流动, 分别收集浮渣和清水, 实现固液分离, 污水得以净化。在水处理领域中, 气浮净水技术在国内外应用非常广泛。
早在1930年瑞典某造纸厂曾经将空气在压力下分散于水中来处理污水, 实质就是通过微孔塑料板将压缩空气分割成小气泡分散于水中实现气浮, 这就是散气气浮的雏形。
起初气浮发展非常缓慢, 究其原因主要是制造微气泡的技术不成熟, 采用分散空气气浮时, 产生的气泡不够微细, 颗粒的粘附能力很差, 大气泡还会产生严重紊流而撞碎絮体。当时气浮的应用还不是很广, 主要用于处理含油、脂肪、纤维等比重小的杂质的废水。
为了解决制造微气泡的问题, 人们发明了电解气浮, 电解气浮是用不溶性阳极和阴极, 通以直流电, 直接将废水电解, 阳板和阴极产生氢气和氧气, 形成的微气泡与废水中的污染物颗粒或絮凝体粘附浮至水面。电解产生的气泡远小于散气法形成的气泡, 但运行成本过高也很难得以推广。叶轮气浮就是利用电机带动叶轮高速旋转, 空气被粉碎成细小的气泡, 并与水充分混合成水气混合体, 气泡带动水中杂质颗粒上浮。这种气浮设备适用于处理污染物质浓度高的废水, 但处理量不大。
直至上世纪50年代压力溶气气浮的诞生, 气浮才走上发展的快车道, 高压溶气系统通过水泵和空压机向溶气罐中打入清水和压缩空气, 在0.3~0.5Mpa的密封的溶气罐内通过喷口、混合管中水流的高速运动, 使空气在最短时间充分溶入水中, 然后再在常压下通过释放器减压释放, 形成大量地直径在20~50um的微气泡, 微气泡与水中的絮体形成稳定的比重小于1的混合体, 由于浮力的作用混合体上浮至水面与水分离。
2 我国的气浮技术发展现状
我国在60年代末已有压力溶气装置应用于食盐溶液的净化和石油废水的处理。70年代气浮技术发展较快, 当部分回流技术的得以应用时, 现代气浮工艺基本形成。气浮设备近年来应用日趋广泛, 在传统气浮工艺的基础上, 又发展了一些新的工艺, 例如涡凹气浮 (CAF) 工艺、浅层气浮工艺等。见图1。
我公司从上世纪八十年代开始关注气浮, 至今已有30多年的历史, 先后研究开发了四代不同的压力溶气部分回流气浮产品, 我公司气浮产品的发展过程正好反应了我国压力溶气气浮技术的发展状况。
上世纪八十年代中期生产的第一代气浮, 制造工艺简单, 只能手动控制, 采用初级溶气系统, TS型管式释放器。
90年代研发并生产的第二代气浮, 整体加工工艺有了一定的进步, 采用半自动控制系统, 改善了溶气效能, 开发出第二代TJ型释放器。见图2。
本世纪初研发的第三代气浮, 制造工艺得到提高, 采用数控加工, 池体冲压成型, 采用PLC自动运行系统, 溶气效能得到进一步的加强, 采用第三代TJ型释放器, 油漆采用高压无气喷涂。
2013研发并投产的第四代气浮, 系统高度集成智能运行, 溶气效率达95%, 采用高效释放器, 释气率接近95%。见图3。
3 气浮在生产生活中的应用及发展方向
随着现代工业的发展和人口的不断增加, 气浮迎来了前所未有的发展机遇。
水是人类发展不可缺少的自然资源, 是人类和一切生物赖以生存的物质基础, 当今世界, 水资源不足已成为全球所面临的复杂问题和社会经济发展的主要制约因素。
另一方面工业迅猛发展, 产生大量的工业废水, 由于气浮产生的浮渣含氧, 不易腐化, 有利于后续处理;气浮池表面负荷高, 所需的药量较少, 处理效率高, 等众多优点, 近年来开始在石油化工、纺织、印染、机械加工、拆船和食品等行业的废水处理中得到应用。
(1) 对于带酸或碱性的废水, 必须要用调节剂 (例如酸或碱) 来调节污水的PH值, 用以调节水中污染物的电荷状态, 减弱其亲水性能, 使其能与微气泡沾附。
(2) 对水中的金属离子, 可采用氢氧化物, 或硫化物处理后, 生成金属离子的金属氢氧化物, 或硫化物。再进行浮除。
(3) 印染废水, 内含大量的活性物质, 容易起泡沫, 建议在回流泵前加消泡剂 (天然油脂, 各种化工用的合成消泡剂, 膨润土, 滑石粉, 硅藻土) 。含有碱性洗涤剂的要加酸中和, 若是含硫化物的染料, 则比较容易上浮, 若为活性染料, 其在水中溶解性较高, 则不易浮除。解决方法是回流泵前接河水, 或自来水。
(4) 石化废水, 含有大量的石油类物质和固体杂质, 除了高压溶气气浮外, 涡凹气浮效果也相当不错。
(5) 造纸废水是废水又一大类别, 对此有人专进行了研究。水中含有大量的细小的纤维, 若为新闻纸废水, 还含有脱墨剂 (表面活性剂) 。近年来由于节水技术的发展废水浓度不断增加, 随着废水浓度的增加, 废水水质变的更加复杂, 处理工艺也更加复杂, 除气浮外还要增加后面的处理过程。气浮的应用见表1。
大量农业人口涌入城市, 城市人口不断膨胀, 城市生活污水也随之增多, 在日本东京城市水回收中心通过三级水处理厂回收废水, 氯化消毒后用于冲洗高层建筑的厕所, 城市生活废水特点是含油多, 而气浮在去油方面有着独到之处。因而城市生活废水的处理是气浮发展的另一个方向。餐饮废水, 水质的变化很大, 含有大量的渣滓和油, 根据实验用硫酸铝钾、PAM、PAC三种药剂, 会取得好的处理效果。
地球上水的总贮量约有13.9亿km3。其中约97%为海洋咸水, 不能直接为人类利用, 淡水的总量仅为0.36亿km3, 不足地球总水量的3%, 而且其中有77.2%是以冰川和冰帽的形式存在于极地和高山, 能够为人类直接利用的淡水仅占淡水总量的0.3%, 因此人类直接利用的淡水资源是十分有限的, 如何向海洋要水成了当今人类急待解决的问题, 在这方面已经有人进行了大胆的尝试, 并且有不少成功的案例, 中冶海水淡化投资有限公司、无锡海拓环保装备科技有限公司等就是海水淡化产业的先行者和实践者。
海水淡化气浮一般处理量很大, 体积也很大, 并以土建气浮为主, 刚质池体很少, 室外布置较多, 回流比小, 通常为10~15%, 进水用泵输送, 出水自流。
【气浮技术】推荐阅读：
气浮技术在含油废水处理中的应用探讨05-08
涡流电凝聚-气浮-接触过滤组合工艺处理洗车废水的试验研究09-13
技术合同：技术转让技术秘密合同07-03
技术与科学技术07-24
节能技术的技术划分09-05
蔬菜施肥管理技术技术06-01
环保技术节能技术09-15
医疗技术消毒技术规范05-31
技术革新和技术改造08-29
技术创新与技术引进06-05