CN103848466A

CN103848466A - 一种新型水处理气浮池

Info

Publication number: CN103848466A
Application number: CN201410107241.6A
Authority: CN
Inventors: 李梅; 王永磊; 张克峰; 贾伟建; 申姗; 贾瑞宝; 宋武昌; 王鹏
Original assignee: Shandong Jianzhu University
Current assignee: Shandong Jianzhu University
Priority date: 2014-03-21
Filing date: 2014-03-21
Publication date: 2014-06-11

Abstract

本发明提供一种新型水处理气浮池。包括池体，池体内顺次设置第一分隔板、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顺次将池子分割为碰撞接触室、粘附接触室、气浮分离室以及导流出水室，碰撞接触室和粘附接触室由第一通道在池底连通，气浮分离室和导流出水室由第二通道在池底连通，碰撞接触室底部和粘附接触室底部均布置溶气释放器，碰撞接触室上部布置原水入水管管口，碰撞接触室上方设置水力排渣系统，气浮分离室上方设置机械排渣系统。它显著提高微气泡-悬浮物的相互作用，实现微气泡与悬浮物有效粘附，提高了抵抗水质变化风险能力和净水效果。

Description

一种新型水处理气浮池

技术领域

本发明涉及一种新型水处理气浮池。

背景技术

目前加压溶气气浮工艺分为顺流式气浮工艺和逆流式气浮工艺。顺流式气浮工艺是气浮接触室中采用顺流的方式使原水与溶气水进行同向流动，微气泡与悬浮物在接触室同向运动并完成碰撞与粘附过程，由于微气泡与悬浮物向上同向流动，微气泡与悬浮物的接触时间短，造成微气泡的附着效果差，尤其是在原水中油或悬浮颗粒比较多以及絮体松散的情况下，顺流式气浮工艺难以有效去除水中油和悬浮颗粒，净水效果不理想。

逆流式气浮工艺是气浮接触室中采用逆流的方式使原水与溶气水进行逆向接触，微气泡与原水逆向流动，气浮接触室底部出水，下降的悬浮物与上升的微气泡逆向接触，使微气泡与悬浮物碰撞。在逆流过程中，微气泡与悬浮物实现有效碰撞，粘附过程不需要太大的水流动力，但是由于原水向下流动，呈紊流状态，水流动力大，碰撞后的微气泡与悬浮物不能很好的粘附形成稳定的泡絮体或者粘附之后在原水逆流作用下发生脱附现象，导致泡絮体不能很好的完成上浮分离过程，出现“跑矾花’现象。逆流式气浮工艺对原水水质变化以及表面负荷的适应性不强，随着运行的进行，净水效果变差，往往通过增大回流比、增大微气泡浓度或者增加气浮池深度来获得较好水质，但是这种做法极为耗能而且经济效益不高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种新型水处理气浮池，它显著提高微气泡-悬浮物的相互作用，实现微气泡与悬浮物有效粘附，提高了抵抗水质变化风险能力和净水效果。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种新型水处理气浮池，包括池体，池体内顺次设置第一分隔板、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顺次将池子分割为碰撞接触室、粘附接触室、气浮分离室以及导流出水室，碰撞接触室和粘附接触室由第一通道在池底连通，气浮分离室和导流出水室由第二通道在池底连通，碰撞接触室底部和粘附接触室底部均布置溶气释放器，碰撞接触室上部布置原水入水管管口，碰撞接触室上方设置水力排渣系统，气浮分离室上方设置机械排渣系统。

上述新型水处理气浮池，碰撞接触室的水流速为15~25mm/s，粘附接触室的水流速度为5~15mm/s，第一通道的水流流速为10-20mm/s。

上述新型水处理气浮池，气浮分离室向下水流速为1~3mm/s，其中包括溶气水回流量。

上述新型水处理气浮池，碰撞接触室和粘附接触室内的溶气释放器均位于第一通道上方15-25cm处。

上述新型水处理气浮池，碰撞接触室和粘附接触室内的溶气释放器分别与溶气水支管连接，两溶气水支管和溶气水总管连接，两溶气水支管上均设置控制阀和流量计量装置。

上述新型水处理气浮池，原水入水管管口与碰撞接触室底部设置的溶气释放器的垂直距离不小于1m，原水入水管管口距碰撞接触室液位垂直距离不小于30cm。

上述新型水处理气浮池，碰撞接触室和粘附接触室对应的池底设置清除池底沉淀物的排渣放空管。

上述新型水处理气浮池，导流出水室的处理后水由溢流管排出，溢流管上设有控制阀。

上述新型水处理气浮池，原水入水管上设有流量计和控制阀。

上述新型水处理气浮池，水处理气浮池长宽比为1:1~1:4，碰撞接触室和粘附接触室一起称为接触室，接触室长宽比为1:1~1:1.5，水处理气浮池有效水深为1.5~2.0m，水处理气浮池水力停留时间为10~15min。

本发明的气浮接触室分为两级，分别为碰撞接触室和粘附接触室，碰撞接触室和粘附接触室由第一通道在池底连通，碰撞接触室底部和粘附接触室底部均布置溶气释放器。在碰撞接触室，微气泡与原水逆向流动，完成了微气泡与悬浮物的充分碰撞，然后碰撞接触室的出水进入粘附接触室，在粘附接触室，微气泡与原水同向流动接触，碰撞接触室的部分微气泡进入粘附接触室增大了粘附接触室微气泡浓度，便于在粘附接触室完成微气泡与悬浮物的粘附过程，形成稳定的泡絮体上浮至气浮分离室。原水顺次流经碰撞接触室和粘附接触室，微气泡与悬浮物的接触时间长，提高了微气泡的附着效果，能够较好降低泡絮体脱附现象的发生，强化出水水质。本发明显著提高微气泡-悬浮物的相互作用，实现微气泡与悬浮物充分碰撞和有效粘附，降低泡絮体脱附现象的发生概率，大大提高了气浮工艺抵抗水质变化风险能力和净水效果。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步详细的说明：

图1为本发明的结构示意图。

图中：1第一分隔板,2第二分隔板,3第三分隔板,4碰撞接触室,5粘附接触室,6气浮分离室,7导流出水室,8溶气释放器,9原水入水管管口，10流量计。

具体实施方式

通过研究发现，气浮工艺中微气泡与悬浮物粘附结合机理主要遵循碰撞粘附机理，可将微气泡与悬浮物之间的相互作用过程分解为三个子过程：（1）碰撞过程，即两者间距逐步缩小至相遇的过程；（2）粘附，即两者之间液膜厚度变薄至破裂，最终形成稳定的三相接触角的过程；（3）脱附，即泡絮结合体的再分离，如果剪切动能（或其他形式的扰动能量）超过粘附能，气泡、颗粒便会再次分离。

三个过程发生的气泡表面区域不同，所需的作用力也不同。碰撞过程主要发生在微气泡的液相主流区和剪切区，主要作用力为水流动力、扩散与电场力的作用。粘附过程主要发生在微气泡粘附区，主要作用力为表面力。粘附过程不需要太大的水流动力，防止泡絮体脱附现象的发生。

基于上述研究结果，如图1所示，水处理气浮池包括池体，池体内顺次设置第一分隔板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顺次将池子分割为碰撞接触室4、粘附接触室5、气浮分离室6以及导流出水室7。碰撞接触室和粘附接触室由第一通道在池底连通，气浮分离室和导流出水室由第二通道在池底连通。碰撞接触室底部和粘附接触室底部均布置溶气释放器8，碰撞接触室上部布置原水入水管管口9，为了收集碰撞接触室上浮产生的浮渣在接触室上方设置水力集渣槽，通过控制气浮池液位，实现碰撞接触室水力溢渣。气浮分离室上方设置机械排渣系统，经过有效粘附的泡絮体流动至气浮分离室完成固液分离，上浮至液面的浮渣被刮渣机收集，自机械排渣槽排出。

碰撞接触室和粘附接触室内的溶气释放器均位于第一通道上方15-25cm处。

为了防止原水进水水流力冲碎已上浮至液面的浮渣，原水入水管管口位于碰撞接触室液面30 cm以下。

碰撞接触室和粘附接触室内的溶气释放器分别与溶气水支管连接，两溶气水支管和溶气水总管连接，两溶气水支管上均设置阀门和流量计10。两溶气水支管上均设置阀门可以实现顺流式气浮工艺、逆流式气浮工艺和逆流-顺流（混合流式）气浮工艺的灵活切换以及控制溶气水回流比的大小，增强了气浮池对水质变化的适应能力。

碰撞接触室和粘附接触室对应的池底设置清除池底沉淀物的排渣放空管。

导流出水室的处理后水由溢流管排出，溢流管上设有控制阀，通过控制阀调节气浮池中水位高度，实现碰撞接触室的水力排渣。

原水入水管上设有流量计和控制阀，控制原水入水。

碰撞接触室的水流流速为15-25mm/s，粘附接触室的水流流速为5-15mm/s，第一通道的水流流速为10-20mm/s。碰撞接触室紊流状态向粘附接触区趋于层流状态的转变，与碰撞接触室相比，粘附接触室水流速度较慢，即粘附接触室的有效流通面积大于碰撞接触室的有效流通面积，这样利于气泡粘附颗粒，同时减少脱附的发生。

本发明的水处理工艺如下：原水经过絮凝过程后，首先进入碰撞接触室，在碰撞接触室，微气泡与原水逆向流动，完成了微气泡与悬浮物的充分碰撞，并初步粘附形成密度小于水的泡絮体上浮至液面成为浮渣，由水力排渣系统排出，水质得到初步净化。未能稳定上浮的絮体和悬浮物在水流冲击的作用下，进入粘附接触室，在粘附接触室，微气泡与原水同向流动接触，完成有效粘附过程，形成密度小于水的泡絮体上浮进入气浮分离室，浮渣由机械排渣系统收集，净水进入导流出水室，然后溢流进入下一级反应器，完成溶气气浮工艺。在接触室（碰撞接触室和粘附接触室），微气泡-悬浮物粘附接触是碰撞接触后的进一步强化处理，在提高接触效果的同时，有效完成颗粒的粘附过程，因而达到了强化气浮出水的目的。

实施例1

下面以某地区引黄水为例，原水浊度为7.52NTU，COD_Mn、UV₂₅₄、TOC分别为4.59mg/L、0.053、5.668mg/L，叶绿素a为18.13mg/L，藻计数为pH值7.93~8.44，水温10.8~11.6℃。

絮凝阶段使用絮凝剂为PAFC（聚合氯化铝铁），一级絮凝阶段G值65S-1，二级絮凝阶段G值40S-1，搅拌10min得到待净化水。

（1）原水经过絮凝过程后进入碰撞接触室，进水流速为15mm/s，由碰撞接触室底部设置的溶气释放器释放的微气泡与待净化水逆向流动，溶气压力为0.35Mpa，碰撞接触室与粘附接触室溶气水分配比例为1:2.5，完成微气泡与待净化水中悬浮物的充分碰撞，初步粘附形成密度小于水的泡絮体上浮至液面成为浮渣，由水力排渣系统排出，水质得到初步净化；

（2）待净化水中未能稳定上浮的絮体或悬浮物在水流冲击的作用下，通过碰撞接触室与粘附接触室底部连通的部分进入粘附接触室，在粘附接触室，由粘附接触室底部设置的溶气释放器释放的微气泡与待净化水同向流动接触，溶气压力、溶气与水的体积配比同碰撞接触室中一致，完成有效粘附过程，形成密度小于水的泡絮体上浮进入气浮分离室，浮渣由机械排渣系统收集，净水进入导流出水室，完成净化过程，此过程总溶气水回流比为8%。

采用上述净水方法，PAFC投加量与污染物浊度去除率的关系如图2所示，数据见表1。

表1 PAFC投加量与各种污染物去除率关系表

以Al³⁺计，絮凝剂添加量（mg/L）	0.5	1	1.5	2	2.5	3
							NTU	4.59	2.55	1.08	0.358	0.987	1.28
去除率	0.390	0.661	0.856	0.952	0.869	0.830
							COD（mg/L）	3.96	3.45	2.87	2.35	2.32	2.28
去除率	0.137	0.248	0.375	0.488	0.495	0.503
							UV₂₅₄(cm^-1)	0.038	0.032	0.028	0.023	0.022	0.022
去除率	0.283	0.396	0.472	0.566	0.585	0.585
							TOC(mg/L)	4.752	4.235	3.679	3.087	2.997	2.986
去除率	0.162	0.253	0.351	0.455	0.471	0.473
							叶绿素a	13.67	9.58	5.66	3.71	3.84	4.09
去除率	0.246	0.472	0.688	0.795	0.788	0.774

对比实施例1

同实施例1相比，只是将碰撞接触室中的逆流气浮过程省略，只保留相同处理的顺流气浮处理，将粘附接触室的高度增加一倍，对相同待净化水经过处理后，净水效果见表2。

表2 PAFC投加量与污染物浊度去除率关系表

以Al³⁺计，絮凝剂添加量（mg/L）	0.5	1	1.5	2	2.5	3
							NTU	4.99	3.53	2.23	1.53	1.02	1.45
去除率	0.336	0.231	0.514	0.667	0.778	0.678
							COD（mg/L）	4.2	3.96	3.56	3.38	3.19	3.03
去除率	0.085	0.137	0.224	0.264	0.305	0.340
							UV₂₅₄(cm^-1)	0.044	0.042	0.038	0.035	0.032	0.03
去除率	0.170	0.208	0.283	0.340	0.396	0.434
							TOC(mg/L)	4.979	4.532	4.31	3.9	3.554	3.386
去除率	0.122	0.200	0.240	0.312	0.373	0.403
							叶绿素a	15.87	12.56	9.54	7.88	6.32	5.89
去除率	0.125	0.307	0.474	0.565	0.651	0.675

对比实施例2

同实施例1相比，只是将粘附接触室中的顺流气浮过程省略，只保留相同处理的逆流气浮处理，将碰撞接触室的高度增加一倍，对相同待净化水经过处理后，净水效果见表3。

表3 PAFC投加量与污染物浊度去除率关系表

以Al³⁺计，絮凝剂添加量（mg/L）	0.5	1	1.5	2	2.5	3
							NTU	5.22	4.05	3.26	2.58	1.86	2.06
去除率	0.306	0.461	0.566	0.657	0.753	0.726
							COD（mg/L）	4.36	4.15	3.88	3.69	3.36	3.29
去除率	0.050	0.096	0.155	0.196	0.268	0.283
							UV₂₅₄(cm^-1)	0.045	0.043	0.04	0.037	0.034	0.033
去除率	0.151	0.189	0.245	0.302	0.358	0.377
							TOC(mg/L)	5.126	4.854	4.456	4.156	3.764	3.534
去除率	0.096	0.144	0.214	0.267	0.336	0.376
							叶绿素a	16.37	13.18	10.32	9.66	8.53	7.08
去除率	0.097	0.273	0.431	0.467	0.530	0.609

总结：根据实施例1、对比实施例1、对比实施例2中的结果，发现混合流气浮工艺在去除效果上，相比传统顺流、逆流气浮工艺，出水效果好，药剂PAFC投加量少，净水效率高、效果好。

本发明充分利用了顺流式气浮池与逆流式气浮池的优点，集逆流碰撞与顺流粘附工艺于一体，相对现有气浮工艺，延长了微气泡与悬浮物的碰撞粘附时间，对不同水质原水具有较好的处理效果，增强了工艺应对水质变化的能力，不仅能去除浊度颗粒物，并具有良好的除藻除有机物能力，该工艺技术优点归纳如下：

1）微气泡-悬浮物的碰撞效率大大提高：碰撞接触室原水从上向下流动，释放器产生的微气泡由下向上运动，两者依靠水力混合作用完成微气泡与悬浮物的充分碰撞，在碰撞接触室出现水力分层现象，从上至下依次为浮渣层、悬浮层和过渡层，悬浮层微气泡与悬浮物的碰撞效果最好。

2）对颗粒物的捕集效率大大提高：经过碰撞接触室初步处理的水质在水流冲击的作用下进入粘附接触室，释放器产生微气泡向上运动，在层流状态水流力的作用下，完成微气泡与悬浮物的有效粘附，接触室分为两级，延长了微气泡与悬浮物接触时间，强化了出水水质。

3）对原水水质变化的适应能力显著增强：溶气释放器供气支管上均设置阀门可以实现顺流式气浮工艺、逆流式气浮工艺和逆流-逆流式气浮工艺的灵活切换，增强了气浮池对水质变化的适应能力，强化了工艺应对水质变化风险的能力。

4）有效减少絮凝剂投加量：在碰撞接触室微气泡与悬浮物依靠水力作用混合充分，实验过程中发现气浮过程中，不必形成像沉淀作用那样大的絮体，同时碰撞接触室中共聚气浮现象明显。

Claims

1.一种新型水处理气浮池，其特征在于：包括池体，池体内顺次设置第一分隔板、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顺次将池子分割为碰撞接触室、粘附接触室、气浮分离室以及导流出水室，碰撞接触室和粘附接触室由第一通道在池底连通，气浮分离室和导流出水室由第二通道在池底连通，碰撞接触室底部和粘附接触室底部均布置溶气释放器，碰撞接触室上部布置原水入水管管口，碰撞接触室上方设置水力排渣系统，气浮分离室上方设置机械排渣系统。

2.根据权利要求1所述的新型水处理气浮池，其特征在于：碰撞接触室的水流速为15~25mm/s，粘附接触室的水流速度为5~15mm/s，第一通道的水流流速为10-20mm/s。

3.根据权利要求1所述的新型水处理气浮池，其特征在于：气浮分离室向下水流速为1~3mm/s，其中包括溶气水回流量。

4.根据权利要求1所述的新型水处理气浮池，其特征在于：碰撞接触室和粘附接触室内的溶气释放器均位于第一通道上方15-25cm处。

5.根据权利要求1所述的新型水处理气浮池，其特征在于：碰撞接触室和粘附接触室内的溶气释放器分别与溶气水支管连接，两溶气水支管和溶气水总管连接，两溶气水支管上均设置控制阀和流量计量装置。

6.根据权利要求1所述的新型水处理气浮池，其特征在于：原水入水管管口与碰撞接触室底部设置的溶气释放器的垂直距离不小于1m，原水入水管管口距碰撞接触室液位垂直距离不小于30cm。

7.根据权利要求1所述的新型水处理气浮池，其特征在于：碰撞接触室和粘附接触室对应的池底设置清除池底沉淀物的排渣放空管。

8.根据权利要求1所述的新型水处理气浮池，其特征在于：导流出水室的处理后水由溢流管排出，溢流管上设有控制阀。

9.根据权利要求1所述的新型水处理气浮池，其特征在于：原水入水管上设有流量计和控制阀。

10.根据权利要求1所述的新型水处理气浮池，其特征在于：水处理气浮池长宽比为1:1-1:4，碰撞接触室和粘附接触室一起称为接触室，接触室长宽比为1:1-1:1.5，水处理气浮池有效水深为1.5-2.0m，水处理气浮池水力停留时间为10-15min。