一種混合流氣浮淨水方法
2023-12-04 21:43:01 1
一種混合流氣浮淨水方法
【專利摘要】本發明涉及氣浮水處理【技術領域】，特別涉及一種混合流氣浮淨水方法：經過凝絮階段的添加有絮凝劑的待淨化水進入碰撞接觸室，微氣泡與待淨化水逆向流動，完成微氣泡與待淨化水中懸浮物的充分碰撞，粘附；未粘附上浮的絮體或懸浮物通過碰撞接觸室與粘附接觸室底部聯通的部分進入粘附接觸室，微氣泡與待淨化水同向流動接觸，完成有效粘附過程，泡絮體上浮、排渣，完成淨化過程。微氣泡-懸浮物的碰撞效率大大提高，對顆粒物的捕集效率大大提高，對原水水質變化的適應能力顯著增強，有效減少絮凝劑投加量。
【專利說明】一種混合流氣浮淨水方法
[0001]【技術領域】
本發明涉及氣浮水處理【技術領域】，特別涉及一種混合流氣浮淨水方法。
[0002]【背景技術】
氣浮作為一種高效、快速的固液分離技術，始於選礦浮選技術。它是往水通入大量密集的微氣泡，使其與雜質、絮粒相互粘附，形成整體比重小於水的浮體，並依靠浮力使其上浮至水面，從而完成固、分離的淨水技術。最初，該技術主要用於各種物質的去除:如脂肪、油、纖維、油脂等密度小於水的物質。在20世紀60年代後期，此工藝在汙水處理和飲用水處理中得到推廣，在給水處理領域，目前已廣泛應用於低溫、低濁富藻類水體的處理。目前，給水處理領域主要採用加壓溶氣氣浮工藝，該工藝可穩定產生小至10~100um(平均為40um左右)的微氣泡，能很好地滿足氣浮要求。
[0003]傳統氣浮工藝一般採用平流式溶氣氣浮工藝和裝置，裝置設氣浮接觸室、氣浮分離室及刮渣裝置，它是將加壓溶氣水從加壓狀態(300~600kpa)減壓時所產生的微氣泡，與上向流動的原水進行相同方向流動，上升的懸浮物與上升的氣泡同相接觸，使氣泡附著於懸浮物上成為有一定速率的顆粒，顆粒上浮到表面被刮渣機颳走而實現固液分離。
[0004]近年來，以氣浮接觸區氣泡-顆粒粘附效率為核心的接觸區粘附動力學研究日益得到國內外學者的重 視，動力學研究從粘附行為的微觀過程入手，研究顆粒與氣泡的粘附速度問題。研究表明，加壓溶氣氣浮工藝中微氣泡與絮體顆粒粘附結合機理主要遵循碰撞粘附機理，可將氣泡與絮體顆粒之間的相互作用過程分解為三個子過程:(I)碰撞過程，即兩者間距逐步縮小至相遇的過程；(2)粘附，即兩者之間液膜厚度變薄至破裂，最終形成穩定的三相接觸角的過程；(3)脫附，即泡絮結合體的再分離，如果剪切動能(或其他形式的擾動能量)超過粘附能，氣泡、顆粒便會再次分離。傳統氣浮工藝中加壓溶氣水的實際消耗量遠遠高於根據水中固體顆粒濃度確定的加壓溶氣水的理論消耗量。因此，傳統氣浮工藝在氣泡-顆粒粘附效率方面有待改進，進一步提高加壓溶氣水利用效率。
[0005]傳統平流式溶氣氣浮裝置中，單設一級接觸室，氣泡與顆粒在接觸室中完成碰撞與粘附過程，微氣泡與向上流動的原水同向流動，氣泡與懸浮物的接觸時間較短，氣泡的附著效果較差，特別是當原水中油或懸浮顆粒比較多以及絮體鬆散的情況，傳統平流式氣浮難以有效去除水中顆粒物，導致出水中的油、懸浮顆粒等仍然較高。要想得到更加澄清的水就需要對傳統工藝及裝置進行改進。
[0006]逆流式氣浮裝置單設一級接觸室，其中向上的微氣泡與向下流動的原水進行相反方向的流動，下降的懸浮物與上升的氣泡逆向接觸，使氣泡與懸浮物粘附，過程中微氣泡與顆粒物能完成很好的碰撞過程，但是由於原水向下的水流力作用，微氣泡與顆粒不能很好的粘附形成穩定的泡絮體，或者粘附之後在原水異相水流力的作用下發生脫附現象，形成的泡絮體不能很好的完成上浮分離過程，從而氣浮出水出現「跑礬花』現象。此種氣浮裝置對原水水質變化以及表面負荷的適應性不強，隨著裝置的運行，出水水質變差，往往通過增大回流比，增大微氣泡濃度或者增加愛氣浮池深度來獲得較好水質，但是這種做法極為耗能而且經濟效益不高。因此，在飲用水處理工藝中需要改進該方法。[0007]
【發明內容】
為了解決以上現有技術中傳統氣浮工藝及其裝置的不足之處，如對顆粒的有效粘附效率不高，捕集效果不好等問題，對傳統平流式及逆流式氣浮池接觸室進行改進，提供了一種新型的淨水效果好、節省絮凝劑的混合流氣浮淨水方法。
[0008]本發明是通過以下步驟得到的:
一種混合流氣浮淨水方法，包括以下步驟:
(1)原水經過絮凝過程後，進入氣浮池碰撞接觸室，溶氣水減壓釋放產生微氣泡，由碰撞接觸室底部設置的溶氣釋放器釋放的微氣泡與待淨化水逆向流動，微氣泡與待淨化水中懸浮顆粒物的碰撞接觸，完成氣泡與絮體顆粒粘附之前充分的碰撞過程，並初步粘附形成密度小於水的泡絮體上浮至液面成為浮渣，由水力排渣系統排出，水質得到初步淨化；
(2)待淨化水中未能穩定上浮的絮體或懸浮物在水流衝擊的作用下，通過碰撞接觸室與粘附接觸室底部通道進入粘附接觸室，粘附接觸室底部設置的溶氣釋放器釋放微氣泡與待淨化水同向流動接觸，完成微氣泡與懸浮顆粒物的有效粘附過程，形成密度小於水的泡絮體上浮進入氣浮分離室，浮渣由機械排渣系統收集，淨化後水進入導流出水室，完成淨化過程。
[0009]所述的混合流氣浮淨水方法，優選氣浮池設置兩級接觸室，碰撞接觸室及粘附接觸室，兩接觸室通過池底通道相連通，其中碰撞接觸室的進水流速為15~25mm/S，粘附接觸室的水流速度為5~15mm/s。
[0010]所述的混合流氣 浮淨水方法，優選氣浮分離區向下流速(包括溶氣水回流量)為l~3mm/s,分離室液面負荷為3.6~10.8 m3/m2h。
[0011]所述的混合流氣浮淨水方法，優選碰撞接觸室與粘附接觸室均設置溶氣釋放器，碰撞接觸室和粘附接觸室內的溶氣釋放器均位於第一通道上方15-25cm處。
[0012]所述的混合流氣浮淨水方法，優選加壓溶氣水的壓力為0.3-0.45MPa，工藝總回流比為5%~15%。
[0013]所述的混合流氣浮淨水方法，優選碰撞接觸室和粘附接觸室底部設置的溶氣釋放器前端設置流量計量裝置及控制閥門。
[0014]所述的混合流氣浮淨水方法，優選碰撞接觸室和粘附接觸室中溶氣回流水分配比例為1:2~1:3。
[0015]所述的混合流氣浮淨水方法，優選待淨化水進入碰撞接觸室的進水口與碰撞接觸室底部設置的溶氣釋放器的垂直距離不小於lm，進水口距液位垂直距離不小於30cm。
[0016]所述的混合流氣浮淨水方法，優選碰撞接觸室與粘附接觸室底部設置的溶氣釋放器距底部的垂直距離不小於30cm。
[0017]所述的混合流氣浮淨水方法，優選所述絮凝劑為聚合氯化鋁鐵。
[0018]所述的混合流氣浮淨水方法，優選絮凝階段採用機械絮凝兩級攪拌的運行方式，整個絮凝過程中，絮凝時間控制為l(Tl5min，其中第一級攪拌槳外邊緣線速度為
0.35、.50m/s，第二級攪拌槳外邊緣線速度為0.20、.35m/s，整個絮凝過程中，絮凝速度梯度G值為40105'
[0019]在接觸室(碰撞接觸室和粘附接觸室)，微氣泡-懸浮物粘附接觸是碰撞接觸後的進一步強化處理，在提高接觸效果的同時，有效完成顆粒的粘附過程，因而達到了強化氣浮出水的目的。
[0020]本方法充分利用了平流式氣浮池與逆流式氣浮池的優點，集逆流碰撞與平流粘附工藝於一體，相對現有氣浮工藝，可以有效降低逆流溶氣氣浮工藝中氣浮接觸分離室的高度，並延長了微氣泡與懸浮物的碰撞粘附時間，同時增加微氣泡與懸浮物的粘附效率，對不同水質原水具有較好的處理效果，增強了工藝應對水質變化的能力，不僅能去除濁度顆粒物，並具有良好的除藻除有機物能力。
[0021]本發明是針對傳統平流式氣浮工藝與逆流式氣浮工藝的優缺點，將兩者優點有機組合在一起而提出的一種氣浮新技術，顯著提高了微氣泡-顆粒的相互作用，使微氣泡-顆粒碰撞效率顯著增強，降低了微氣泡-顆粒的粘附不穩定效率，增加了氣浮接觸區微氣泡-顆粒有效粘附效率，大大提高了氣浮工藝的淨水效果。本發明可以根據原水水質的變化，通過選擇開啟不同釋放器，實現平流式氣浮池、逆流式氣浮池和混流式氣浮池的靈活切換，該發明具有應對水質變化適應性強、結構簡單、操作方便、效果好、效率高、投資省、成本低、佔地面積小等優點，便於傳統絮凝/氣浮池的改造與新型氣浮池的新建，具有廣泛的應用前景。
[0022]本方法可以顯著提高微氣泡-顆粒的相互作用，促使微氣泡與顆粒有效粘附，並單獨設置粘附接觸室，可以一定程度上降低泡絮體脫附現象的發生概率，大大提高了氣浮工藝抵抗水質變化風險能力和淨水效果。該發明具有適應性強、結構簡單、操作方便、效果好、效率高、投資省、成本低、佔地面積小等優點。
[0023]本發明的有益效果:
I)微氣泡-懸浮物的碰撞效率大大提高:碰撞接觸室原水從上向下流動，釋放器產生的微氣泡由下向上運動，兩者依靠水力混合作用完成微氣泡與懸浮物的充分碰撞，在碰撞接觸室出現水力分層現象，從上至下依次為浮渣層、懸浮層和過渡層，懸浮層微氣泡與懸浮物的碰撞效果最好。
[0024]2)對顆粒物的捕集效率大大提高:經過碰撞接觸室初步處理的水質在水流衝擊的作用下進入粘附接觸室，釋放器產生微氣泡向上運動，在層流狀態水流力的作用下，完成微氣泡與懸浮物的有效粘附，接觸室分為兩級，延長了微氣泡與懸浮物接觸時間，強化了出水水質。
[0025]3)對原水水質變化的適應能力顯著增強:溶氣釋放器供氣支管上均設置閥門可以實現逆流式氣浮工藝、逆流式氣浮工藝和逆流-逆流式氣浮工藝的靈活切換，增強了氣浮池對水質變化的適應能力，強化了工藝應對水質變化風險的能力。
[0026]4)有效減少絮凝劑投加量:在碰撞接觸室微氣泡與懸浮物依靠水力作用混合充分，實驗過程中發現氣浮過程中，不必形成像沉澱作用那樣大的絮體，同時碰撞接觸室中共聚氣浮現象明顯。
[0027]【專利附圖】
【附圖說明】
圖1為本發明的結構示意圖。
[0028] 圖中:I第一分隔板，2第二分隔板，3第三分隔板，4碰撞接觸室，5粘附接觸室，6氣浮分離室，7導流出水室，8溶氣釋放器，9原水入水管管口，10流量計。
【具體實施方式】[0029]下面結合具體實施例對本發明進行進一步說明:
通過研究發現， 氣浮工藝中微氣泡與懸浮物粘附結合機理主要遵循碰撞粘附機理，可將微氣泡與懸浮物之間的相互作用過程分解為三個子過程:(I)碰撞過程，即兩者間距逐步縮小至相遇的過程；(2)粘附，即兩者之間液膜厚度變薄至破裂，最終形成穩定的三相接觸角的過程；(3)脫附，即泡絮結合體的再分離，如果剪切動能(或其他形式的擾動能量)超過粘附能，氣泡、顆粒便會再次分離。
[0030]三個過程發生的氣泡表面區域不同，所需的作用力也不同。碰撞過程主要發生在微氣泡的液相主流區和剪切區，主要作用力為水流動力、擴散與電場力的作用。粘附過程主要發生在微氣泡粘附區，主要作用力為表面力。粘附過程不需要太大的水流動力，防止泡絮體脫附現象的發生。
[0031]混合流氣浮淨水方法:
(1)原水經過絮凝過程後，進入氣浮池碰撞接觸室，溶氣水減壓釋放產生微氣泡，由碰撞接觸室底部設置的溶氣釋放器釋放的微氣泡與待淨化水逆向流動，微氣泡與待淨化水中懸浮顆粒物的碰撞接觸，完成氣泡與絮體顆粒粘附之前充分的碰撞過程，並初步粘附形成密度小於水的泡絮體上浮至液面成為浮渣，由水力排渣系統排出，水質得到初步淨化；
(2)待淨化水中未能穩定上浮的絮體或懸浮物在水流衝擊的作用下，通過碰撞接觸室與粘附接觸室底部通道進入粘附接觸室，粘附接觸室底部設置的溶氣釋放器釋放微氣泡與待淨化水同向流動接觸，完成微氣泡與懸浮顆粒物的有效粘附過程，形成密度小於水的泡絮體上浮進入氣浮分離室，浮渣由機械排渣系統收集，淨化後水進入導流出水室，完成淨化過程。
[0032]實現上述工藝，要用到相關的設備，現列舉其中可以實現的一種混合流氣浮淨水池，如圖1所示。但能夠實現上述方法的裝置，並不僅僅限於此水處理氣浮淨水池。
[0033]如圖1所示，水處理氣浮池包括池體，池體內順次設置第一分隔板1、第二分隔板2和第三分隔板3,第一分隔板、第二分隔板和第三分隔板順次將池子分割為碰撞接觸室4、粘附接觸室5、氣浮分離室6以及導流出水室7。碰撞接觸室和粘附接觸室由第一通道在池底連通，氣浮分離室和導流出水室由第二通道在池底連通。碰撞接觸室底部和粘附接觸室底部均布置溶氣釋放器8，碰撞接觸室上部布置原水入水管管口 9，為了收集碰撞接觸室上浮產生的浮渣在接觸室上方設置水力集渣槽，通過控制氣浮池液位，實現碰撞接觸室水力溢渣。氣浮分離室上方設置機械排渣系統，經過有效粘附的泡絮體流動至氣浮分離室完成固液分離，上浮至液面的浮渣被刮渣機收集，自機械排渣槽排出。
[0034]碰撞接觸室和粘附接觸室內的溶氣釋放器均位於第一通道上方15_25cm處。
[0035]為了防止原水進水水流力衝碎已上浮至液面的浮渣，原水入水管管口位於碰撞接觸室液面30 cm以下。
[0036]碰撞接觸室和粘附接觸室內的溶氣釋放器分別與溶氣水支管連接，兩溶氣水支管和溶氣水總管連接，兩溶氣水支管上均設置閥門和流量計10。兩溶氣水支管上均設置閥門可以實現順流式氣浮工藝、逆流式氣浮工藝和逆流-順流(混合流式)氣浮工藝的靈活切換以及控制溶氣水回流比的大小，增強了氣浮池對水質變化的適應能力。
[0037]碰撞接觸室和粘附接觸室對應的池底設置清除池底沉澱物的排渣放空管。
[0038]導流出水室的原水由溢流管排出，溢流管上設有控制閥，通過控制閥調節氣浮池中水位高度，實現碰撞接觸室的水力排渣。
[0039]原水入水管上設有流量計和控制閥，控制原水入水。
[0040]碰撞接觸室的水流流速為15-25mm/s，粘附接觸室的水流流速為5-15mm/s，第一通道的水流流速為10-20mm/s。碰撞接觸室紊流狀態向粘附接觸區趨於層流狀態的轉變，與碰撞接觸室相比，粘附接觸室水流速度較慢，即粘附接觸室的有效流通面積大於碰撞接觸室的有效流通面積，這樣利於氣泡粘附顆粒，同時減少脫附的發生。
[0041]實施例1
下面以某地區引黃水為例，原水濁度為7.52NTU, CODfc, UV254, TOC分別為4.59mg/L、
0.053,5.668mg/L,葉綠素 a 為 18.13mg/L,藻計數為 pH 值 7.93~8.44，水溫 10.8~11.6°C。
[0042]絮凝階段使用絮凝劑為PAFC (聚合氯化鋁鐵)，一級絮凝階段G值65S—1，二級絮凝階段G值40S—1，攪拌IOmin得到待淨化水。
[0043]( I)經過凝絮階段的添加有絮凝劑的待淨化水進入碰撞接觸室，進水流速為15_/S，由碰撞接觸室底部設置的溶氣釋放器釋放的微氣泡與待淨化水逆向流動，溶氣壓力為
0.35Mpa，碰撞接觸室與粘附接觸室溶氣水分配比例為1:2.5，完成微氣泡與待淨化水中懸浮物的充分碰撞，初步粘附形成密度小於水的泡絮體上浮至液面成為浮渣，由水力排渣系統排出，水質得到初 步淨化；
(2)待淨化水中未能穩定上浮的絮體或懸浮物在水流衝擊的作用下，通過碰撞接觸室與粘附接觸室底部聯通的部分進入粘附接觸室，在粘附接觸室，由粘附接觸室底部設置的溶氣釋放器釋放的微氣泡與待淨化水同向流動接觸，溶氣壓力、溶氣與水的體積配比同碰撞接觸室中一致，完成有效粘附過程，形成密度小於水的泡絮體上浮進入氣浮分離室，浮渣由機械排渣系統收集，淨水進入導流出水室，完成淨化過程，此過程總溶氣水回流比為8%。
[0044]採用上述淨水方法，PAFC投加量與汙染物濁度去除率的關係如圖2所示，數據見表1。
[0045]表1 PAFC投加量與各種汙染物去除率關係表
【權利要求】
1.一種混合流氣浮淨水方法，其特徵在於包括以下步驟: (1)原水經過絮凝過程後，進入碰撞接觸室，溶氣水減壓釋放產生微氣泡，由碰撞接觸室底部設置的溶氣釋放器釋放的微氣泡與待淨化水逆向流動，微氣泡與待淨化水中懸浮顆粒物碰撞接觸，完成氣泡與絮體顆粒粘附之前充分的碰撞過程，並初步粘附形成密度小於水的泡絮體上浮至液面成為浮渣，由排渣系統排出，水質得到初步淨化； (2)待淨化水中未能穩定上浮的絮體或懸浮物在水流衝擊的作用下，通過碰撞接觸室與粘附接觸室底部的通道進入粘附接觸室，粘附接觸室底部設置的溶氣釋放器釋放微氣泡與待淨化水同向流動接觸，完成微氣泡與懸浮顆粒物的有效粘附過程，形成密度小於水的泡絮體上浮進入氣浮分離室，浮渣由排渣系統收集，淨化後水進入導流出水室，完成淨化過程。
2.根據權利要求1所述的混合流氣浮淨水方法，其特徵在於所用裝置包括池體，池體內順次設置第一分隔板、第二分隔板和第三分隔板，第一分隔板、第二分隔板和第三分隔板順次將池子分割為碰撞接觸室、粘附接觸室、氣浮分離室以及導流出水室，碰撞接觸室和粘附接觸室由第一通道在池底連通，氣浮分離室和導流出水室由第二通道在池底連通，碰撞接觸室底部和粘附接觸室底部均布置溶氣釋放器，碰撞接觸室上部布置原水入水管管口，碰撞接觸室上方設置水力排渣系統，氣浮分離室上方設置機械排渣系統。
3.根據權利要求1所述的混合流氣浮淨水方法，其特徵在於碰撞接觸室的進水流速為15~25mm/s,粘附接觸室的水流速度為15mm/s。
4.根據權利要求1-3中任一項所述的混合流氣浮淨水方法，其特徵在於加壓溶氣水的壓力為 0.3-0.45MPa。
5.根據權利要求1-3中任一項所述的混合流氣浮淨水方法，其特徵在於碰撞接觸室和粘附接觸室中溶氣回流水分配比例分別為1:2~3。
6.根據權利要求1-3中任一項所述的混合流氣浮淨水方法，其特徵在於待淨化水進入碰撞接觸室的進水口與碰撞接觸室底部設置的溶氣釋放器的距離不小於lm，進水口距碰撞接觸室工作時的液位垂直距離不小於30cm。
7.根據權利要求1-3中任一項所述的混合流氣浮淨水方法，其特徵在於碰撞接觸室與粘附接觸室底部設置的溶氣釋放器與底部的距離為30cm。
8.根據權利要求1-3中任一項所述的混合流氣浮淨水方法，其特徵在於回流比為5%~15%。
9.根據權利要求1-3中任一項所述的混合流氣浮淨水方法，其特徵在於所述絮凝劑為聚合氯化鋁鐵。
10.根據權利要求1-3中任一項所述的混合流氣浮淨水方法，其特徵在於絮凝階段採用機械絮凝兩級攪拌的運行方式，整個絮凝過程中，絮凝時間控制為l(Tl5min，其中第一級攪拌槳外邊緣線速度為0.35、.50m/s，第二級攪拌槳外邊緣線速度為0.20、.35m/s，整個絮凝過程中，絮凝速度梯度G值為40105'
【文檔編號】C02F9/08GK103964529SQ201410106842
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年3月21日 優先權日:2014年3月21日
【發明者】張克峰, 王永磊, 李梅, 賈偉建, 申姍, 賈瑞寶, 宋武昌, 卜德龍 申請人:山東建築大學