新型溶氣氣浮系統的研制

酈智明 陳永山 酈蘇浩

摘 要：近年來我國已經開始不斷加大對廢水處理與水環境保護工作的投資力度。筆者研制一體式溶氣機，將傳統的由空壓機、循環泵、壓力罐組成的溶氣系統合而為一，形成一個部件。在溶氣機內一次性完成氣液吸入、空氣粉碎、氣泡溶化和氣液的混合輸送等工作。該溶氣機結構簡單占地面積小，安裝、維護、操作管理等均十分方便，而且溶氣水質量高、處理效果好，同時設備投資小、運行成本低。借助于一體式溶氣機，我們對溶氣氣浮中重要部件-固液分離系統（即氣浮箱箱體）進行了重大的改進設計，提出了開發新一代的氣浮設備-立式對向流氣浮系統的設想。

關鍵詞：浮選處理法;新型溶氣氣浮系統;研制

一、概述：

氣浮也叫浮選處理法，是污水處理工程中一種比較常用的廢水處理方法，其原理是：利用溶氣機所產生的微氣泡作為載體，使廢水中的固體懸浮物、乳化油等污染物質粘附在氣泡上，然后利用氣泡的浮力將懸浮物浮至水面而形成浮渣，通過收集浮渣達到分離雜質、凈化水質的目的。氣浮不但可以有效去除污水中的固體懸浮物（SS），而且工藝簡單、設備投資省、操作方便、處理效果明顯，是十分理想的污水處理設備，在國內國外均有十分廣泛的市場應用前景和推廣價值。

二、國內外現狀：

目前較為普遍應用在污水處理工程中的的氣浮有二類：一類是壓力溶氣氣浮，另一類是渦凹氣浮。

壓力溶氣氣浮由三部分組成：溶氣發生系統（溶氣機）、溶氣釋放系統（釋放頭）以及固液分離系統（氣浮箱體），其中溶氣發生系統又由空壓機、循環泵和壓力溶氣罐組成。壓力溶氣氣浮的作用原理：由空壓機和循環泵同時將空氣和水壓入到壓力溶氣罐中，在高壓作用下進行氣水混合，然后將氣水混合液體輸送到釋放器上，通過釋放器釋放后變成溶氣水，即將空氣部分切成為一個個直徑很小的微氣泡，在氣浮箱體的接觸室中與被處理的污水充分接觸后，利用微氣泡的吸附能力吸附并去除污水中的固體懸浮物。這種氣浮系統優點是氣泡直徑較小，處理效果好，系統也比較穩定;缺點是結構復雜、占地面積大、能耗高、運行效率低，安裝、調試和使用等都比較困難，而且釋放器容易堵塞。

渦凹氣浮系統不用溶氣機，也不需要釋放器，采用曝氣機直接將氣泡注入到污水中。這種氣浮系統由于產生的氣泡直徑大，吸附能力差，浮渣時需加入較大劑量的絮凝劑，運行成本高，處理效率低，應用行業也有一定的局限性。

作者已研制成功一種新型氣氣浮主機：一體式溶氣機[專利號ZL201820943912.6]。一體式溶氣機將傳統的由空壓機、循環泵、壓力罐組成的溶氣系統合而為一，形成一個部件。在溶氣機內一次性完成氣液吸入、空氣粉碎、氣泡溶化和氣液的混合輸送等工作。該溶氣機結構簡單占地面積小，安裝、維護、操作管理等均十分方便，而且溶氣水質量高、處理效果好，同時設備投資小、運行成本低。

借助于一體式溶氣機，我們對溶氣氣浮中重要部件-固液分離系統（即氣浮箱箱體）進行了重大的改進設計，提出了開發新一代的氣浮設備-立式對向流氣浮系統的設想。

三、立式對向流氣浮系統的研制

立式對向流氣浮系統在原理上與傳統壓力溶氣氣浮系統一樣，但在結構、溶氣方法以及微氣泡與固體懸浮物的接觸方式上均有根本性的改變。

立式對向流氣浮系統中溶氣發生系統可采用前面所述的一體式溶氣機;溶氣釋放系統可采用我公司研制的專利技術-大流量管路釋放器[專利號ZL201320282790.8]，本文重點介紹固液分離系統即對向流氣浮箱箱體的開發研制。

立式對向流氣浮系統具體技術、工作順序如下

一般氣浮箱體中必須具備：氣液接觸室、固液分離室、刮渣槽等，在臥式氣浮箱體中，這幾個部分是從污水進水口到出渣口依次水平排列，故而隨著被處理污水量的增加，箱體平面尺寸是成倍增加，正常氣浮箱箱體中固液分離室約占四分之三以上的體積，固液分離室中的固液分離基本上是在箱體上半部分進行，此時箱體下半部幾乎全被浪費，因此這種箱體利用率很低。但在對向流氣浮箱箱體中，將臥式結構改為立式結構了，分離區和刮渣槽位于箱體上部，釋放器進口則位于箱體下部，接觸區位于箱體中部，絮凝后的污水被引入到箱體上部，經減速壓釋放的的溶氣水引入到氣浮箱體下部，在氣浮箱體內，利用溶氣水中的微細氣泡上升的速率與被處理污水由上向下流動速率的差值，形成兩種流體-污水和溶氣水的對向流，并形成以氣泡為中心的共核，使微細氣泡與污水中的固體懸浮物充分接觸后吸附，從而將懸浮物一起帶至水面，實現固液分離，這樣的流態可以最大限度地利用溶氣水中的微細氣泡，以提高處理效果和效率，此時箱體利用率很高，所以能大大減小箱體體積。

與同類產品相比，立式對向流氣浮系統的主要技術指標在三方面有明顯提高和突破：

1、氣泡消失時間大于5分鐘（在標準容器內）;

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

3、系統能耗<0.25kW·h/m3。

采用此種結構的氣浮系統在以下四個方面具有突出優點：

1、設備體積大幅度減小、成本降低，相比國內現有同等處理量的氣浮設備，設備成本至少降低三分之一以上，特別是在處理量提高時，設備體積不會成倍增加，因此減少設備投資費用;

2、于設備充分利用空間體積，所以減小占地面積，節省大量建設用地;

3、運輸成本大大降低;

4、處理效果優于傳統氣浮設備，凈化效率高，因此在使用過程中能降低電耗和藥劑量，降低運行成本，擴大了使用范圍。

根據本公司一個項目運行情況測算：在造紙中段廢水處理工程中，同樣處理一噸廢水，達到同樣水質排放標準時，現有氣浮設備的電耗和藥劑費用在0.15元左右，而采用立式對向流氣浮系統的電耗和藥劑費用不超過0.08元，即每處理一噸水，立式對向流氣浮系統可節約50%以上電費和藥費。

為了進一步提高氣浮系統的運行可靠性，提高設備處理效果、降低能耗，作者除了對固液分離系統進行徹底改進和繼續研制外，同時對溶氣機和釋放器均進行了研究，特別針對溶氣機主機，準備進行以下幾方面的創新：

1、準備由潛水式結構代替原來的立式結構，使泵頭部分與電機同軸，極大縮短軸長，提高設備使用可靠性，降低機械損耗;

2、用溶氣水直接冷卻潛水電機，使機器既可在液下運行，也可在液上運行，擴大使用范圍，提高安裝靈活性和電機的使用可靠性;

3、在水力部件上將首次采用閉式旋渦葉輪代替傳統的開式葉輪進行氣液混送。

這個研制成功后，將會打破只有開式葉輪才能進行氣液混送的常規，并且大幅提高溶氣機的水力效率，在同樣功率下增加溶氣水數量，即增加處理量，達到節能的目的。

四、結論

立式對向流氣浮系統無論在理論上還是在外形結構上，在國內均獨一無二，試制成功后不僅會給企業帶來可觀的經濟效益，同時也將給國家、社會帶來巨大的經濟效益和社會效益。

參考文獻

[1]韓桂洪，武宏陽，黃艷芳，劉兵兵，王文娟，楊淑珍，蘇盛鵬.離子浮選法處理有色金屬工業廢水研究進展[J].貴州大學學報（自然科學版），2020，37（04）：1-9.

[2]陳清.電浮選法凈化含高濃度Cu～（2+）和Zn～（2+）的廢水研究[J].水資源開發與管理，2020（02）：77-81.

[3]邊紅利，王占明，王強，趙仲鶴.正浮選法鉀肥生產工藝中雜鹽脫除技術研究[J].化工礦物與加工，2019，48（09）：32-34.