新型溶气气浮系统的研制

郦智明 陈永山 郦苏浩

摘 要：近年来我国已经开始不断加大对废水处理与水环境保护工作的投资力度。笔者研制一体式溶气机，将传统的由空压机、循环泵、压力罐组成的溶气系统合而为一，形成一个部件。在溶气机内一次性完成气液吸入、空气粉碎、气泡溶化和气液的混合输送等工作。该溶气机结构简单占地面积小，安装、维护、操作管理等均十分方便，而且溶气水质量高、处理效果好，同时设备投资小、运行成本低。借助于一体式溶气机，我们对溶气气浮中重要部件-固液分离系统（即气浮箱箱体）进行了重大的改进设计，提出了开发新一代的气浮设备-立式对向流气浮系统的设想。

关键词：浮选处理法;新型溶气气浮系统;研制

一、概述：

气浮也叫浮选处理法，是污水处理工程中一种比较常用的废水处理方法，其原理是：利用溶气机所产生的微气泡作为载体，使废水中的固体悬浮物、乳化油等污染物质粘附在气泡上，然后利用气泡的浮力将悬浮物浮至水面而形成浮渣，通过收集浮渣达到分离杂质、净化水质的目的。气浮不但可以有效去除污水中的固体悬浮物（SS），而且工艺简单、设备投资省、操作方便、处理效果明显，是十分理想的污水处理设备，在国内国外均有十分广泛的市场应用前景和推广价值。

二、国内外现状：

目前较为普遍应用在污水处理工程中的的气浮有二类：一类是压力溶气气浮，另一类是涡凹气浮。

压力溶气气浮由三部分组成：溶气发生系统（溶气机）、溶气释放系统（释放头）以及固液分离系统（气浮箱体），其中溶气发生系统又由空压机、循环泵和压力溶气罐组成。压力溶气气浮的作用原理：由空压机和循环泵同时将空气和水压入到压力溶气罐中，在高压作用下进行气水混合，然后将气水混合液体输送到释放器上，通过释放器释放后变成溶气水，即将空气部分切成为一个个直径很小的微气泡，在气浮箱体的接触室中与被处理的污水充分接触后，利用微气泡的吸附能力吸附并去除污水中的固体悬浮物。这种气浮系统优点是气泡直径较小，处理效果好，系统也比较稳定;缺点是结构复杂、占地面积大、能耗高、运行效率低，安装、调试和使用等都比较困难，而且释放器容易堵塞。

涡凹气浮系统不用溶气机，也不需要释放器，采用曝气机直接将气泡注入到污水中。这种气浮系统由于产生的气泡直径大，吸附能力差，浮渣时需加入较大剂量的絮凝剂，运行成本高，处理效率低，应用行业也有一定的局限性。

作者已研制成功一种新型气气浮主机：一体式溶气机[专利号ZL201820943912.6]。一体式溶气机将传统的由空压机、循环泵、压力罐组成的溶气系统合而为一，形成一个部件。在溶气机内一次性完成气液吸入、空气粉碎、气泡溶化和气液的混合输送等工作。该溶气机结构简单占地面积小，安装、维护、操作管理等均十分方便，而且溶气水质量高、处理效果好，同时设备投资小、运行成本低。

借助于一体式溶气机，我们对溶气气浮中重要部件-固液分离系统（即气浮箱箱体）进行了重大的改进设计，提出了开发新一代的气浮设备-立式对向流气浮系统的设想。

三、立式对向流气浮系统的研制

立式对向流气浮系统在原理上与传统压力溶气气浮系统一样，但在结构、溶气方法以及微气泡与固体悬浮物的接触方式上均有根本性的改变。

立式对向流气浮系统中溶气发生系统可采用前面所述的一体式溶气机;溶气释放系统可采用我公司研制的专利技术-大流量管路释放器[专利号ZL201320282790.8]，本文重点介绍固液分离系统即对向流气浮箱箱体的开发研制。

立式对向流气浮系统具体技术、工作顺序如下

一般气浮箱体中必须具备：气液接触室、固液分离室、刮渣槽等，在卧式气浮箱体中，这几个部分是从污水进水口到出渣口依次水平排列，故而随着被处理污水量的增加，箱体平面尺寸是成倍增加，正常气浮箱箱体中固液分离室约占四分之三以上的体积，固液分离室中的固液分离基本上是在箱体上半部分进行，此时箱体下半部几乎全被浪费，因此这种箱体利用率很低。但在对向流气浮箱箱体中，将卧式结构改为立式结构了，分离区和刮渣槽位于箱体上部，释放器进口则位于箱体下部，接触区位于箱体中部，絮凝后的污水被引入到箱体上部，经减速压释放的的溶气水引入到气浮箱体下部，在气浮箱体内，利用溶气水中的微细气泡上升的速率与被处理污水由上向下流动速率的差值，形成两种流体-污水和溶气水的对向流，并形成以气泡为中心的共核，使微细气泡与污水中的固体悬浮物充分接触后吸附，从而将悬浮物一起带至水面，实现固液分离，这样的流态可以最大限度地利用溶气水中的微细气泡，以提高处理效果和效率，此时箱体利用率很高，所以能大大减小箱体体积。

与同类产品相比，立式对向流气浮系统的主要技术指标在三方面有明显提高和突破：

1、气泡消失时间大于5分钟（在标准容器内）;

2、SS在（100～500）mg/l时，其去除率>80%;在（501～3000）mg/l时，其去除率>90%;

3、系统能耗<0.25kW·h/m3。

采用此种结构的气浮系统在以下四个方面具有突出优点：

1、设备体积大幅度减小、成本降低，相比国内现有同等处理量的气浮设备，设备成本至少降低三分之一以上，特别是在处理量提高时，设备体积不会成倍增加，因此减少设备投资费用;

2、于设备充分利用空间体积，所以减小占地面积，节省大量建设用地;

3、运输成本大大降低;

4、处理效果优于传统气浮设备，净化效率高，因此在使用过程中能降低电耗和药剂量，降低运行成本，扩大了使用范围。

根据本公司一个项目运行情况测算：在造纸中段废水处理工程中，同样处理一吨废水，达到同样水质排放标准时，现有气浮设备的电耗和药剂费用在0.15元左右，而采用立式对向流气浮系统的电耗和药剂费用不超过0.08元，即每处理一吨水，立式对向流气浮系统可节约50%以上电费和药费。

为了进一步提高气浮系统的运行可靠性，提高设备处理效果、降低能耗，作者除了对固液分離系统进行彻底改进和继续研制外，同时对溶气机和释放器均进行了研究，特别针对溶气机主机，准备进行以下几方面的创新：

1、准备由潜水式结构代替原来的立式结构，使泵头部分与电机同轴，极大缩短轴长，提高设备使用可靠性，降低机械损耗;

2、用溶气水直接冷却潜水电机，使机器既可在液下运行，也可在液上运行，扩大使用范围，提高安装灵活性和电机的使用可靠性;

3、在水力部件上将首次采用闭式旋涡叶轮代替传统的开式叶轮进行气液混送。

这个研制成功后，将会打破只有开式叶轮才能进行气液混送的常规，并且大幅提高溶气机的水力效率，在同样功率下增加溶气水数量，即增加处理量，达到节能的目的。

四、结论

立式对向流气浮系统无论在理论上还是在外形结构上，在国内均独一无二，试制成功后不仅会给企业带来可观的经济效益，同时也将给国家、社会带来巨大的经济效益和社会效益。

参考文献

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