基于高溶气量的新型气浮系统的性能

基于高溶气量的新型气浮系统的性能

姚慧星

无锡菲怡雅环保科技有限公司

214192

摘要：气浮净水技术作为一种新型的水处理方法，在我国得到了广泛的研究和应用。气浮是一种适用于含藻、低温低浊和轻度污染水质的污水处理方法，也适用于印染、造纸、炼油、餐饮等行业。本文研究了一种具有较高溶解能力的新型气浮工艺，并对活性黄色KE-4RN进行了气浮脱色处理。

关键词：气浮；微纳米气泡；厌氧脱色

引言

在水资源紧缺、环境污染加剧的背景下，污水的治理与净化备受关注。气浮水是一项重要的水处理工艺，它在处理含藻、低浊和轻度污染的水方面有很大的应用前景。

1气浮技术概述

气浮是利用一定的方法在水体中生成许多细小的气泡，这些气泡与水体中的杂质、絮团等物质结合，形成一个密度小于水的浮子，通过浮力漂浮到表面，从而达到固-液、液-液分离的目的。

2高溶气量新型气浮系统

2.1新型气浮系统简介

将微纳气泡生成与液膜溶解相结合，在传统溶气体系中引入高溶解气体的新方法（见图1），同时，通过流体力学计算和实际应用，对常规溶气浮选工艺进行了改造。该系统可大幅度增加溶解气体，同时还可减少能源消耗和费用。

图1 新型气浮系统装置简图

2. 2 新型气浮系统的组成

（1）溶气模块

压力溶气悬浮体系溶解气体的本质是气-液两相传递。目前，气-液传质的研究主要集中在双膜理论、浅层渗流理论和表面再生理论两个方面，而双膜理论在水处理和质量传递方面的应用较多。

图2 气液两相浓度分布

依据双膜原理，采用液膜法对气浮气进行控制。本课题提出利用高溶解度的气浮法，在充分借鉴和发展液膜法的基础上，大幅度增加液膜表面积，减薄液膜壁厚，大幅提高气液溶出容量，提高溶气利用率。新型气浮系统处理装置，它的主体部分是我们自行研制的高压、高效能的溶气箱，它是一种无填充射流形式，内置低压溶解气体，溶解气体大幅增加，溶解气体压力下降，在同样处理能力的情况下，它的体积只有普通液化气的1/5。

图3 新型溶气罐物图

（2）溶气释放模块

溶气释出组件以溶出气体为主，并生成微纳米泡，核心部分为自行研制的旋转微纳泡溶解气体释放仪（见图4）。由液化气罐排出的气液两相混合液，经特制的释放孔，在适当的压力下，释放出大量微纳尺度的气泡。

图4 微纳米气泡释放器的实物图

（3）控制模块

在现代化环保行业，只有实现自动控制才能实现装备的创新。新型气浮系统由单向阀，电磁阀，液位开关，电子元器件以及电子控制面板盒等构成。增加了自动控制模块，使其在不需要人工干预的情况下，实现了连续、稳定的自动工作，实现了设备的安全自动维护，降低了生产和运行成本。

（4）检测模块

试验模块主要用于对新开发的气浮仪的运行参数进行试验。试验部分包括仪表、电度表、涡街流量计、气体流量计等。压力表可显示出进水、出水、气体、罐内压力情况；采用智能化仪器，能自动记录进、出口温度、瞬时流量及累计流量；电能表的主要功能是对电力消耗进行统计，并对其进行节能评估。

3新型系统的工作原理

3.1新型系统的工作原理

由单向自吸泵将增压的清水从上至下从上向下喷入增压的溶气罐，水在储罐中的低压溶解气体装置中的积聚，在高溶解气体期间产生的许多细小的薄层液体，在压力的作用下，液膜更充分地溶解到液化罐中，由此产生的过饱和气体和液体混合物，在压力作用下进入溶解气体的排水口，高速旋转的气-液两相在特定的射流作用下，通过特定的射流结构释放出大量的微纳尺度的气泡。由于汽泡直径小，不受水溶液中空气的饱和溶解作用，不受外界温度、压力等外界因素的制约，可大幅提高气浮处理效果。

3.2实验方法

（1）向池子（本试验用的自来水）缓慢地向池子内加入一定数量的清水，测量池子内的水体积，并用溶解氧计测量初始溶解氧和水温。

（2）为掌握游泳池内溶解气的分布，把它装在一台便携式溶解氧计（即测定点）上。

（3）首先用温水溶解氯化钴，然后溶于亚硫酸钠，然后混合，然后向水池中加入溶解氧，使溶解度降至0。无水亚硫酸盐、氯化钴加入量需计算。

                                                 (1)

应用上面的化学方程式，将溶解氧与水体体积相结合，据此可以初步估计Na2SO3的加入量。试验结果显示，试验结果表明，该方法比理论计算值高出50%~100%。本试验中所需无水亚硫酸盐的质量由式（2）计算：

                                                  (2)

式中：m1—实际使用的无水亚硫酸钠用量，mg；

V—池中水域容积， L；

C0—池中水的初始溶解氧，单位：mg·L-1。

该催化剂以氯化钴为主，加入量可参照经验，以池塘水中钴离子含量在0.05mg.L-1-0.5 mg.L-1之间为宜。在此试验中，由于钴离子是有毒的，所以采用了最低浓度。因此，用公式（3）来计算该试验中所需要的氯化钴的量：

                              (3)

式中：m2—实际投加量的氯化钴，mg；

V—池中的水容积， L。

（4）池塘中溶解氧浓度降低至0 mg.L-1，并趋于稳定时，启动新的系统以供氧气测试，用10秒钟的时间来记录水中的溶解氧浓度，直到溶解氧达到饱和。

（5）系统稳定运行后，池中的水呈奶白色，主要是由于含有大量的微纳气泡；此时，新的气浮系统将会停止工作，并开始计算时间，当乳白色的液体充满微米级的泡沫升到水面的顶端时，它就会停止运算，并记录下气泡的高度和持续时间。

4结果与讨论

4.1新型气浮系统的气泡上升速度

验装置测定20℃下多个气泡在静水环境下的平均上浮速率的试验装置。多个气泡的上升速度可以从（2-3）公式中算出。当温度为20℃时，该装置所形成的气泡上浮速率可达0.9 mm•s-1。

4.2新型气浮系统的溶气量

气浮系统稳定运行后，水中溶解氧含量为指标，对溶解氧含量进行了初步测定。试验结果表明，该工艺处理过的水含氧量为11.10 mg·L-1，最高可达11.36 mg.L-1；在相同温同压下，洁净水理论上的饱和氧气含量可达9.08 mg/L-1，与常规气浮工艺相近。

4.3新型气浮系统的工作压力

传统气-液两层传递理论认为，溶解气（包括充气量）在气液两相流动过程中受到液膜的调控。将液膜溶解技术充分利用的新型气浮系统，使液体液膜的表面面积大大增加，其厚度减小，因此，该装置的溶解性能得到了很大的改善，溶解气体的能力也得到了很大的提高。从流体动力学角度出发，结合工程实践，对溶解气体系统进行了改造，使其运行压力大幅度下降。

5结论

通过上述试验，得出了以下结论。

(1)该系统具有较高的溶解、释气能力，氧气的总量传递系数 KLa（20）达0.4151min-1，水中溶解氧含量为11.18 mg•L-1，释放气泡直径38 μm左右；

(2)与常规的压力气浮技术相比，该技术具有操作压力低，不需要填料，节省空间，减少能源消耗，提高处理效率。

参考文献

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