CN101668709B - 难以处理的水的浮选净化方法及实施该方法的设备 - Google Patents

Abstract

通过浮选法对难以处理的水进行净化的方法，尤其用于净化严重污染的地表水或城市、工业废水、雨水以及各类难以浮法处理的水，特别是具有高矿物百分含量的水或者需要注入絮凝剂且之后进行过滤或诸如超滤的膜工艺的水，其包括：凝结阶段(A1)，其中将一定剂量的凝结剂(1)注入待处理水中；絮凝阶段(B)，其中在凝结阶段后将絮凝剂(2)注入(B1)水中，以使悬浮颗粒聚集成絮凝物的形式；其后为浮选阶段(C)，其中，使絮凝水与空气微泡的乳液在浮选装置中混合。在凝结剂(B1)注入的下游且在浮选(C)的上游进行絮凝剂的第二次注入(A2)。

Description

难以处理的水的浮选净化方法及实施该方法的设备

技术领域

本发明涉及一种通过浮选法对难以处理的水进行净化的方法，尤其用于净化严重污染的地表水或城市和工业废水、雨水以及一般各类难以浮法处理的水，特别是具有高矿物百分含量的水，或者用于需要注入絮凝剂且之后进行过滤或诸如超滤的膜工艺的所有类型的水的净化，该方法包括：

—凝结阶段，其间将一定剂量的凝结剂注入待处理水中；

—絮凝阶段，其间在凝结阶段后将絮凝剂注入水中，以使悬浮颗粒聚集成絮凝物的形式；

—其后为浮选阶段，其间，使絮凝水与气体微泡的乳液在浮选装置中混合，气体一般为空气，其附着于絮凝物上，从而使其能够升至表面，在表面将其收集并排出，同时净化后的水经由浮选装置底部排出。

更具体而言，本发明涉及一种用于净化浑浊度高于30NTU且悬浮物(MES)浓度高于30毫克/升的水的浮选法。此外，出人意料的是，该方法的应用还可推广到净化难以处理的水。

背景技术

浮选法是一种作为倾析法替代方法的净化技术(固-液分离)，至少对于某些类型的水。

根据该浮选技术，首先，经过凝结和絮凝阶段使悬浮颗粒聚集成絮凝物形式。其后，絮凝水与一种气体微泡的“乳状液体”(即乳液)混合，其中气体一般为空气，气体微泡的平均直径为40至50微米。这些微泡附着于絮凝物上，使其变轻，从而促使其上升到浮选装置(称为浮选器)的表面上，在此处其积聚形成泥饼或泥床。这些泥渣于浮选装置的表面处被收集，而此时净化后的水从装置底部排出。

部分净化后的水在大约4×10⁵-6×10⁵帕(4至6巴)的压力下被泵送(其流量通常为待净化的水的5-15％)至称为增压球的特定球罐中，其中溶解有大量空气，即达到大气压下空气在水中最大浓度的3至5倍。通过在大气压下在浮选装置中的释放，使空气置于过饱和状态并形成微泡。该释放系统被置于一个确保微泡与絮凝水混合的特定区域中。

根据倾析技术，絮凝物必须是高密度和/或大尺寸的，以便通过向底部的坠落，实现与倾析器中的水发生物理分离。

然而，根据浮选技术，只要絮凝物很好地形成，就能够通过浮选实现分离，其中重要的是凝结和絮凝这些预备性阶段。

凝结阶段在于添加一种试剂，即凝结剂(一般为三价阳离子)，特别是铁盐或铝盐，使水中存在的胶体粒子不稳定化，并中和这些粒子的所有负电荷。在该阶段中，被中和的粒子开始聚集形成微小絮凝物。这些微小絮凝物非常微小以至无法倾析，甚至过于微小以至无法与微泡结合。

无论如何，絮凝阶段对于这些絮凝物的增长都是必要的。机械搅拌或静态絮凝阶段均可使絮凝物达到使微泡附着于其上的临界尺寸。

絮凝阶段时，注入絮凝剂(聚合物、矿物聚合物如活性二氧化硅、天然聚合物如淀粉或褐藻酸盐，或者更常见的合成聚合物)有时是必要的，然而对严重污染的地表水进行净化而言则是必不可少的。絮凝剂能够促进非常小的絮凝物发生聚集，从而使形成的絮凝物具有足以进行浮选的尺寸，同时赋予絮凝物以凝聚性。在对絮凝物进行浮选之后，形成的泥渣也更加稳定。然而，絮凝剂的加入可能导致絮凝物在絮凝器中发生倾析，此种情况有时甚至发生在浮选区域中，特别是当其中物料含有大量悬浮物(MES)时。

由此，浮选的应用常常仅限于对轻微污染(即其浑浊度低于30NTU且悬浮物MES浓度低于30毫克/升)的水进行净化，特别是对湖水、井水、海水或者特殊工业排出流或生物过滤器的洗涤用水进行净化。时至今日，浮选技术的应用仍未有效推广到悬浮物含量高于30毫克/升、矿物质百分含量高达约50％的严重污染的地表水这一更宽广的领域中，例如河水净化领域，进而也未推广到应用于废水、洗涤水、雨水这些领域中。事实上，很难甚至不可能对高密度和/或大尺寸颗粒进行浮选。

然而，已进行如下尝试：

—在传统浮选器的底部装配刮擦器，以回收倾析产生的泥渣。然而，由于一部分在倾析中获得的泥渣会再次进入悬浮液中，导致净化水被污染，从而利用刮擦器会进一步降低已浮选水的质量。

—新型浮选器，特别是专利申请FR2837197中所述的浮选器，其在絮凝器中安装一个预倾析器，从而部分解决该问题。进入浮选器的悬浮物总量减少，这是因为这些物质中的大部分已在预倾析器中被清除。

然而，在前述两种情况下，浮选器中的物质含量被证实在使用常规浮选器时具有约为30毫克/升的临界值，对于安装有预倾析器的浮选器，该临界值为100毫克/升，超过该临界值，微泡不易附着于絮凝物上。事实上，含大量矿物质的泥渣具有很高的密度，从而表面积很小以至于无法使微泡附着其上。这些已被浮选的泥渣也并不稳定，其趋向于自行解体，泥饼碎屑会进一步污染净化水。

在上述提及的现有技术工艺中，凝结剂被一次性注入在线式混合器(静态混合器等)或者搅拌混合器(快速混合器等)中，而且总是在添加絮凝剂之前进行。

发明内容

本发明的目的尤其在于提供一种方法，根据在浮选操作的上游是否结合一个预倾析器、对悬浮物含量高于30毫克/升(约等于30NTU)或高于100毫克/升(约等于100NTU)的水都可通过浮选法对其进行净化，且无论浮选器是常规型的还是安装了预倾析器的，都完全能够使已浮选的水保持最佳质量。

本发明提出在两个位点添加凝聚剂：

—第一剂量的凝结剂注入装置组的顶部，其位于絮凝剂注入点的上游；

—第二剂量凝结剂的加入是附加的，与现有技术的规定相反，其在加入絮凝剂后进行。

本发明方法的特征还在于，絮凝阶段包括：

—一个絮凝剂混合区域；

—其后为第二次注入凝结剂的混合区域，其位于絮凝剂注入点下游，但在浮选区域上游；

—其后为形成独特的结构型絮凝物的区域，该区域同时适于进行单步浮选。

根据本发明在两个位点进行注入操作获得的结果出人意料。悬浮物在原水中的去除率显著增加。

根据在浮选的上游是否结合一个预倾析器，待处理的原水可具有高于30毫克/升(约等于30NTU)或高于100毫克/升(约等于100NTU)的悬浮物浓度。

本发明方法可应用于难以处理且必须注入絮凝剂的待处理原水，在本方法的处理工艺之后将进行过滤或诸如超滤的膜工艺。

优选地，注入凝结剂的总剂量按以下方式分配：

—在凝结阶段时且在絮凝的上游进行第一次注入：占凝结剂总剂量的重量的10至70％。

—第二次注入，在絮凝剂注入的下游且在浮选操作的上游进行：占凝结剂总剂量的重量的30至90％。

对于每次注入，可分别以约占凝结剂总量的50％的方式来分配凝结剂。

浮选阶段时，微泡的乳液可通过如下步骤实现，泵送部分净化后的水，使之在一个球罐中增压从而溶解大量气体，尤其是空气，然后将增压液体释放于浮选装置中；根据本发明，球罐中的增压压力可以降低大约1巴(通常为从5巴降至4巴)。更普遍地，球罐中的增压压力应足够小，以使微泡尺寸(或平均直径)至少等于60微米(已知该尺寸不利于浮选)。

本发明还涉及用于实施前述方法的设备，其特征在于，在絮凝剂注入的下游且在浮选的上游具有注入第二剂量的凝结剂的装置。

该设备可具有一个增压球罐，从而通过在浮选装置中释放增压液体来产生微泡；球罐中的增压压力应足够小，以使微泡尺寸至少等于60微米。该球罐中的增压压力可以减少到4巴。

附图说明

除以上列出的配置外，本发明还包括若干其他设备，下文将参照附图对实施例进行描述以给出更清楚地解答，但这些实施例绝非限定性的。参照如下附图：

图1是根据现有技术的对严重污染或未严重污染的地表水进行净化处理的流程图。

图2是根据本发明的对严重污染或非严重污染的地表水的进行净化处理的流程图。

图3是说明本发明处理现象的示意图。

具体实施方式

参见图1，可见用于净化地表水的传统处理线。该处理流程以常规方法进行，其由如下阶段组成：

—凝结阶段A，其间将凝结剂1添加到待处理的原水EB中，

—絮凝阶段B’，其接收凝结阶段排出的水，且包括絮凝剂2的混合区域B’1以及通过机械搅拌或静态系统促进絮凝物3增长的区域B’2(未示出)，

—以及最后，与与体微泡一起被浮选分离的阶段C。泥渣在液面被回收，处理后的水ET在浮选器底部回收。

图2示意地示出实施本发明方法的一个处理流程，其由如下阶段组成：

—凝结阶段A1，其间将凝结剂1添加到待处理原水EB中，

—絮凝阶段B，其包括：

絮凝剂2的混合区域B1，其后为

凝结剂1a的第二次注入的混合区域A2，其后为

通过机械搅拌或静态系统促进絮凝物3增长的区域B2，

—以及最后，浮选分离阶段C。

对于轻微污染的地表水，即浑浊度低于30NTU且MES浓度低于30毫克/升的情形，利用图1所示的仅一次注入凝结剂的处理线所得结果令人满意。然而该处理线对于浑浊度高于30NTU且MES浓度高于30毫克/升的严重污染的地表水，所得结果令人无法接受。

根据本发明的如图2的处理线能够有效处理这些浑浊度高于30NTU且MES浓度高于30毫克/升的严重污染的地表水，这正是由于其中补充注入了凝结剂A2。

下面参照图3解释获得该意料之外的结果的可能原因：

严重污染的水含有胶体4以及多种矿物质5(百分含量高于50％)。添加凝结剂1时，胶体4的负电荷被凝结剂1的三价阳离子中和。随后，中性胶体连同矿物质一起附着到氢氧化物沉淀中，从而由于矿物质5的存在而形成密度更高的微小絮凝物6。

絮凝期间，通过添加絮凝剂2，絮凝物发生聚集并长大，从而最终形成密度更高且更加致密的絮凝物7。

凝结剂1a的第二次注入导致氢氧化物沉淀的形成，其进而聚集在絮凝物的周围，从而使絮凝物在絮凝阶段结束时具有体积更大的空间结构8。如此形成的絮凝物结构从而使数量更多的微泡9附着其上，浮选变得更加容易，并确保了其后浮起的泥渣10的稳定性。

所获得结果的重要性通过如下实例具体给出。

实例：

如下试验在严重污染或含杂质的塞纳(Seine)河水(浑浊度约为50至300NTU)上进行。

原水特征如下：

—原水EB的浑浊度＝50至300NTU；

—原水EB的MES＝70至300毫克/升；

—温度＝10至18℃。

这些试验在流量为12立方米/小时的浮选中试装置中进行，包括：

—与凝结剂混合的凝结阶段；

—将絮凝剂注入到搅拌槽中；

—将凝结剂注入到由供给静态絮凝器的溢流形成的搅动区域中；

—静态絮凝阶段；

—一个截面为0.4平方米的浮选舱，相应的流速为30米/小时。

增压/释放系统(见图2)由一个增压球罐P构成，其利用泵Q在浮选器中抽取部分净化后的水，对其进行增压，然后在大气压下将其释放，使其再次被注入浮选器。球罐P于4巴压力下工作并与释放系统连接，从而确保形成尺寸约为40-50微米的微泡。在此情况下，再循环率约为10％。

所得结果如下：

—对原水EB的浑浊度＝350NTU∥MES EB＝330毫克/升的情形

1)根据现有技术

凝结剂剂量＝40ppm—一次注入

聚合物剂量＝0.4ppm

经处理后的水ET的浑浊度＝140NTU

经处理后的水ET的MES＝78毫克/升。

2)根据本发明

凝结剂剂量＝20ppm(第一次注入)+20ppm(第二次注入)

聚合物剂量＝0.4ppm

经处理后的水ET的浑浊度＝4.9NTU

经处理后的水ET的MES＝9.7毫克/升。

—对原水EB的浑浊度＝100NTU∥MES EB＝100毫克/升的情形

3)根据现有技术

凝结剂剂量＝40ppm(一次注入)

聚合物剂量＝0.4ppm

经处理后的水ET的浑浊度＝4.5NTU

经处理后的水ET的MES＝9.2毫克/升。

4)根据本发明

凝结剂剂量＝20ppm(第一次注入)+20ppm(第二次注入)

聚合物剂量＝0.4ppm

经处理后的水ET的浑浊度＝1.3NTU

经处理后的水ET的MES＝4.4毫克/升。

该试验结果显示，凝结剂分两次注入有利于气泡-絮凝物的结合、提高絮凝物的上升速率以及使已浮起的泥渣更稳定。同时，原水中悬浮物的去除率超过95％，出人意料的结果和优点如下：

1)提高了经浮选的水的质量，因为可以降低增压球罐P中的压力来形成浮选舱中的气泡。与现有技术规定的在净化严重污染的地表水时要提高压力和增压量相反，可发现降低球罐中的压力能够提高经浮选的水的质量，该压力可被降至4巴。经浮选的水的质量大约提高了20％，同时浮选获得的泥渣表现出更高的稳定性。该压力的降低导致气泡尺寸更大(更高的上升速率)，其只可以附着在体积更大和结构性更高的絮凝物上。

因而，该减压技术适用于本发明，亦适用于所有大体积空间结构的絮凝物，如：

—与过量凝结剂形成的絮凝物和未注入絮凝剂而形成的絮凝物；

—天然生物絮凝物等。

2)延长了浮选器之后沙滤的过滤周期：凝结剂第二次注入使絮凝物结构化(大体积絮凝物的空间结构)，而且中和了具有高堵塞能力的残留聚合物，其本身在凝结剂第二次注入的上游被注入。过滤周期(两次洗涤之间)从而增加。作为实例，沙滤的过滤周期由原本的18小时被延长至30小时。

3)某些膜技术(超滤)禁止将聚合物用于其预处理中，这是由于会导致堵塞。从而需要注入絮凝剂的浮选操作无法用于某些疑难情况下的预处理中，例如对严重污染的水进行处理时。而本发明则允许在超滤预处理中使用浮选操作，即使是用于处理严重污染的水。

本发明可在浮选的上游使用任何类型的絮凝器。然而，在静态絮凝器或低动力搅拌絮凝器中发生倾析的风险很高。需要配置或者在高速螺旋桨作用下能够实现再次悬浮的系统，或者能够回收泥渣的系统、如刮擦器或带有提取泵的倾析区域。

Claims (6)

1.通过浮选法对具有高于30NTU的浑浊度和高于30毫克/升的悬浮物(MES)浓度的难以处理的水进行净化的方法，用于需要注入絮凝剂且之后进行过滤或膜工艺的所有类型的水的净化，该方法包括：

-凝结阶段(A1)，其间将占总剂量重量10％至70％的剂量的凝结剂(1)注入到待处理水中，凝结剂包括三价阳离子；

-絮凝阶段(B)，其间在凝结阶段后将絮凝剂(2)注入到水中，从而将悬浮颗粒聚集成絮凝物；该絮凝阶段包括：

-将絮凝剂注入到絮凝剂(2)的混合区域(B1)；

-然后是占总剂量重量30％至90％的凝结剂(1)的第二次注入的混合区域(A2)，第二次注入在絮凝剂注入的下游进行；

-适于进行单步浮选的絮凝物(3)在凝结剂(1)的第二次注入的混合区域(A2)之后的一区域(B2)的增大；

-最后为浮选分离阶段(C)，其间，使絮凝水与气体微泡的乳液在浮选装置中混合，其中气体一般为空气，其附着于絮凝物，使它们上升至表面，在表面被收集并被排出，同时净化后的水经由浮选装置底部排出，所述微泡的乳液通过如下步骤实现，泵送一部分净化后的水，使之在一个球罐(P)中增压从而溶解大量气体，然后将增压液体释放于浮选装置中以产生微泡。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，用于前有预倾析器的浮选器的待处理原水具有高于100NTU的浑浊度和高于100毫克/升的悬浮物(MES)浓度。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，该方法应用于难以处理的且需要注入絮凝剂的待处理原水，并且其后将进行过滤或膜工艺。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，对于两次注入中的每一次，凝结剂总量的分配按50％来进行。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在浮选阶段中，球罐(P)中的增压压力减少至4巴。

6.根据权利要求1或2所述的方法，在浮选阶段中，微泡的乳液通过如下步骤实现，泵送一部分净化后的水，使之在一个球罐(P)中增压从而溶解大量气体，然后将增压液体释放于浮选装置中以产生微泡，其特征在于，球罐(P)中的增压足够小，从而使微泡尺寸至少等于60微米。

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