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氣浮技術(shù)在工業(yè)發(fā)展過程中的應(yīng)用

日期:2021/11/9 Click:912
在沉淀氣浮過程中,溫度升高將會有利于粒子的長大,但同時也增加了沉淀的溶解度,降低了泡沫的穩(wěn)定性,反而不利于整個沉淀氣浮過程。由于這部分氣液混合體的突然釋放,這時的壓力驟然降到常壓,從水中溶解的氣體就會突然釋放出來產(chǎn)生大量的小氣泡。
污水一直以來都是影響環(huán)境污染的一個重要因素,為了社會的可持續(xù)發(fā)展,應(yīng)當(dāng)盡快找到科學(xué)的方法來解決污水的排放和處理問題。其中處理的方法有很多,最主要的方法就是氣浮法。本文主要介紹了在工業(yè)發(fā)展過程中氣浮法對污水的處理原理,并且對氣浮技術(shù)的分類,影響因素,研究現(xiàn)狀進行了闡述,同時對氣浮技術(shù)的發(fā)展前景進行了展望。

1引言

當(dāng)今社會物質(zhì)生活日趨豐富,環(huán)境污染問題已經(jīng)成為全球關(guān)注的焦點。污水對人類、動物和植物甚至整個生態(tài)系統(tǒng)都有很大的危害,因此污水處理和回收已經(jīng)成為當(dāng)今生活環(huán)境保護的重要內(nèi)容。

目前污水處理技術(shù)有氣浮處理法、微生物處理法和沉降法等,其中氣浮處理法是固液分離和液體分離的技術(shù),作為高效的分離技術(shù),一定會得到很大的普及。氣浮技術(shù)技術(shù)復(fù)雜,影響因素也很多,但如果能夠控制各因素處于最佳狀態(tài),就能夠更好地利用氣浮技術(shù)。因此,需要開發(fā)和研究氣浮技術(shù)的技術(shù)條件。

2氣浮技術(shù)概述

氣浮技術(shù)在我國已經(jīng)發(fā)展了幾十年,基本原理是向污水中通入一定的空氣,在水中產(chǎn)生大量的小氣包,雜質(zhì)粒子粘在氣泡上,隨著氣泡一起浮出水面,分離雜質(zhì)和清水。氣浮技術(shù)處理的水一般添加適量的凝集劑,形成內(nèi)部充滿水的網(wǎng)狀構(gòu)筑物的凝集體。凝集體的沉淀速度慢,附著一定量氣泡的凝集體的比重比水的比重小,凝集體的浮起速度比最初的凝集體的降低速度快得多,浮起法的分離時間也大幅度縮短。

2.1氣浮技術(shù)的特點

氣浮法的技術(shù)雖然復(fù)雜,需要更高的操作要求,但氣浮法的獨特優(yōu)點可以廣泛普及。氣浮池表面負(fù)荷高,固液分離時間短,對凝聚的反應(yīng)要求低占地面積小,可大幅節(jié)約土地資源。氣浮池內(nèi)的水和浮渣內(nèi)含有氧,泥渣不易腐爛,后處理和再利用方便。特別是對于沉淀難以分離的低濁藻水,氣浮法處理后,水浮含量低,體積小,有利于污泥的后續(xù)處理。氣浮法相比沉淀法而言需要更少的化學(xué)藥劑投比量。

2.2氣浮技術(shù)的影響因素

氣浮技術(shù)的影響因素很多,主要包括棉雜質(zhì)粒子、氣泡、空氣量、氣速、浮選劑、溫度等。其中主要介紹空氣量、氣速、浮選劑和溫度四個因素。

2.2.1溫度

溫度可以明顯改變整個系統(tǒng)的狀態(tài),如整個系統(tǒng)的溶解度高低、穩(wěn)定性好壞等。其中溫度對整個系統(tǒng)的影響主要取決于整個氣浮系統(tǒng)的類型,在一些不同的氣浮系統(tǒng)中,溫度會對不同的系統(tǒng)產(chǎn)生不同的影響。

由于吸附反應(yīng)整體需要釋放大量熱量,吸附反應(yīng)因溫度增加而減慢,物理吸附占優(yōu)勢。解離的好壞隨著溫度的增加而加快的話,化學(xué)吸附占優(yōu)勢。溶劑氣浮過程中,吸附是放熱過程,一般分離效率隨溫度的提高而降低。當(dāng)溫度降低時,氣泡上浮選物的吸附量增加,分離效率提高。在沉淀氣浮的過程中,溫度有利于顆粒的成長,但沉淀的溶解度也增加,泡沫的穩(wěn)定性下降,反而不利于沉淀氣浮整體過程。

2.2.2加入空氣量

所謂溶氣浮技術(shù),就是高壓將空氣溶于水中,然后將溶于水中的空氣釋放出來,為下一步提供大量的氣泡。我們必須使通氣的量大于水中空氣的溶解度,使空氣在水中處于飽和的環(huán)境。如果氣體容量的話,氣浮非常不好。因為不能提供大量的小氣泡。但是,如果裝置中存在很多不溶解的空氣,降壓釋放時,這些不溶解的空氣會產(chǎn)生大氣泡影響氣浮效果。也有人認(rèn)為氣浮技術(shù)需要多少氣泡與污水的混濁度有關(guān),混濁度高時需要的氣泡多,必須適量增加進氣量。

2.2.3氣速

影響氣浮過程的另一個重要因素是氣流速度,離子和溶劑氣浮時,板的孔徑不大。氣流速率在較低的情況下,分離效果就會根據(jù)氣流的變化產(chǎn)生不同的變化。但是,在氣流速度高的情況下,氣液分離和氣速沒有比例關(guān)系。這是因為氣泡的大小取決于氣速的大小,氣速越大,氣泡就越大。與此同時,大氣泡上浮較快,減少了氣泡在水中的時間。因此,在保證氣泡尺寸的前提下,提高氣流速度有利于氣浮。

2.2.4浮選劑

投加藥劑對氣浮法處理污水的效果有很大影響,有時可能起到?jīng)Q定性的作用。污水處理過程中采用輔助劑等,可以提高氣浮技術(shù)的效率。通常,不親水的雜質(zhì)粒子容易與氣泡粘合,親水性雜質(zhì)粒子不易產(chǎn)生氣浮。為了使污水中的親水雜質(zhì)粒子更容易浮起,一般在污水處理過程中加入不同的浮選劑。浮選劑可明顯提高雜質(zhì)粒子的表面特性,使雜質(zhì)粒子更容易粘在氣泡上浮出水面。浮選劑一般是具有吸附、濕潤性或非極性的表面活性劑。為了提高氣浮的除油效率,氣泡容易附著棉粒,在氣浮之前添加凝集劑、破乳劑等。

3氣浮法的分類及其應(yīng)用

3.1壓力溶解氣浮

壓力溶解氣浮是我國應(yīng)用較早的氣浮技術(shù),主要由接觸室、反應(yīng)室、爐渣裝置、壓力溶解氣罐和釋放頭等構(gòu)成(如圖1所示)。經(jīng)過絮凝的污水由氣浮池的底部進入接觸室,同溶氣釋放器釋放的氣泡接觸。這時絮粒與氣泡附著在一起,并在接觸室內(nèi)緩慢上升,接著隨水流進入分離室,刮渣裝置去除在水面上的浮渣漂?梢栽诔鏊牡胤饺〕鲆徊糠炙@部分水經(jīng)過加壓處理。通過機器向罐內(nèi)充入高壓空氣,讓充入的空氣溶于水中。

由于這部分氣液混合體的突然釋放,此時的壓力急劇下降到常壓,從水中溶解的氣體突然釋放出大量的小氣泡。氣液混合的程度取決于壓力溶解罐的好壞,國內(nèi)許多處理技術(shù)可以明顯促進氣液混合的比例。

加壓溶氣氣浮作為應(yīng)用最為普遍的氣浮工藝,在許多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用,主要應(yīng)用于污水凈化,廢水深度處理,以及一些成分單一,表面張力較大的廢水處理等方面。其次加壓溶氣氣浮技術(shù)的應(yīng)用范圍廣,應(yīng)用性強。

3.2溶氣泵氣浮

溶氣泵氣浮設(shè)備基本原理是:先由溶氣泵抽取出水作為回流水,然后產(chǎn)生氣液混合物,氣液混合物進入反應(yīng)室之后,水中的微小氣泡開始往水面移動,同時雜質(zhì)顆粒粘在小氣泡上形成小浮體,小浮體上浮水面形成浮渣。浮渣隨著水流緩慢進入下一個裝置,最后由特殊的設(shè)備將殘留物去掉。然后剩下的清水則會被收集或者繼續(xù)處理,這樣氣浮過程就算完成了。污水從裝置上慢慢加入,慢慢攪拌后產(chǎn)生聚合物,同時從裝置下進入接觸室。聚合物與溶解氣水中的小氣泡接觸浮起。

近年來發(fā)展起來的新型溶氣泵氣浮技術(shù)具有廣闊的市場前景。溶氣泵氣浮技術(shù)克服了附屬設(shè)備多、能耗大和氣泡大的缺點,同時具有能耗低的優(yōu)點。溶氣泵的原理是在泵的入口處,將空氣和水一起注入泵殼內(nèi),葉輪高速旋轉(zhuǎn)將吸入的空氣切割成小氣泡,在泵內(nèi)的高壓環(huán)境下小氣泡迅速溶解在水中,進入氣浮池完成浮游過程。溶解氣泵產(chǎn)生的氣泡直徑一般較小,吸入空氣最大溶解度和溶解氣水中最大氣量達到時,泵的性能表現(xiàn)非常穩(wěn)定。同時,為泵的調(diào)節(jié)和氣浮技術(shù)的控制提供了最佳操作條件。溶解氣泵氣浮技術(shù)簡單,能耗低。

3.3淺層氣浮

淺層氣浮主要通過動態(tài)進出水實現(xiàn)最佳靜態(tài)分離效果,使帶氣棉?焖俑〕鲆好妫瑢崿F(xiàn)固液分離,提高處理效率,其工藝流程如圖2所示。

淺層氣浮設(shè)備通過靜止沉淀和多次浮選技術(shù),提高了反應(yīng)器的處理效率。同時,淺層氣浮設(shè)備結(jié)合靜止沉淀技術(shù),大大降低了沉淀池水的深度。淺層氣浮設(shè)備產(chǎn)生的溶解氣水可以到達沉淀池的各個地方,克服了傳統(tǒng)的氣浮死區(qū)問題。在提高處理效率的同時,沉淀池的體積也縮小了。

淺層氣浮實現(xiàn)設(shè)備運動,水體靜止,減弱水體流動對分離的影響。在傳統(tǒng)的氣浮裝置中,難以避免池底有泥沙或雜質(zhì),傳統(tǒng)的氣浮裝置為了防止池底下沉的泥沙出現(xiàn),一般出水管需要設(shè)置懸掛高度。但是,由于淺層氣浮裝置在池底有刮泥裝置,所以沒有必要設(shè)置懸掛高度。通過分析,一般淺層氣浮裝置的有效水深為400~500mm。因此,淺層氣浮不僅水深小,體積也小。同時,淺層氣浮池采用圓形設(shè)計,保證了池內(nèi)沒有死區(qū),浮選的效率。這也充分說明了淺層氣浮性能優(yōu)越,應(yīng)用前景廣闊。

3.4其他氣浮技術(shù)

除以上三種主要氣浮技術(shù)外,還有渦流氣浮、射流氣浮和電解氣浮等。其中射流氣浮結(jié)構(gòu)簡單,占地面積小,運行維護費用低,一般用于廢水生化系統(tǒng)取代傳統(tǒng)氣浮裝置。而電解氣浮比較適用于難以處理的廢水領(lǐng)域,但是由于電力成本和電極板鈍化問題,很難進行大范圍的推廣。

我們還選取了三種不同的氣浮形式,做了一個簡單的對比實驗。實驗條件:處理水為食品生產(chǎn)污水;水溫23℃,實驗結(jié)果如表1所示。渦流凹陷氣浮法大幅度提高,但過度依賴葉輪高速切割產(chǎn)生的氣泡在無壓系統(tǒng)中自然釋放,氣泡直徑過大,動力消耗過高。

4結(jié)束語

在污水處理的過程中,仍然需要進一步的改進處理工藝,采用更加先進的氣浮技術(shù)。如果污水能夠得到更好的達標(biāo)處理和回收,污水對環(huán)境的污染就會明顯減少,具有巨大的環(huán)境效益和經(jīng)濟效益。同時結(jié)合現(xiàn)代高新技術(shù),積極參考國外成功經(jīng)驗,促進污水處理能力和效果的提高。

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