CN103964529B - 一种混合流气浮净水方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及气浮水处理技术领域，特别涉及一种混合流气浮净水方法：经过凝絮阶段的添加有絮凝剂的待净化水进入碰撞接触室，微气泡与待净化水逆向流动，完成微气泡与待净化水中悬浮物的充分碰撞，粘附；未粘附上浮的絮体或悬浮物通过碰撞接触室与粘附接触室底部联通的部分进入粘附接触室，微气泡与待净化水同向流动接触，完成有效粘附过程，泡絮体上浮、排渣，完成净化过程。微气泡-悬浮物的碰撞效率大大提高，对颗粒物的捕集效率大大提高，对原水水质变化的适应能力显著增强，有效减少絮凝剂投加量。

Description

一种混合流气浮净水方法

技术领域

本发明涉及气浮水处理技术领域，特别涉及一种混合流气浮净水方法。

背景技术

气浮作为一种高效、快速的固液分离技术，始于选矿浮选技术。它是往水通入大量密集的微气泡，使其与杂质、絮粒相互粘附，形成整体比重小于水的浮体，并依靠浮力使其上浮至水面，从而完成固、分离的净水技术。最初，该技术主要用于各种物质的去除：如脂肪、油、纤维、油脂等密度小于水的物质。在20世纪60年代后期，此工艺在污水处理和饮用水处理中得到推广，在给水处理领域，目前已广泛应用于低温、低浊富藻类水体的处理。目前，给水处理领域主要采用加压溶气气浮工艺，该工艺可稳定产生小至10～100um(平均为40um左右)的微气泡，能很好地满足气浮要求。

传统气浮工艺一般采用平流式溶气气浮工艺和装置，装置设气浮接触室、气浮分离室及刮渣装置，它是将加压溶气水从加压状态（300～600kpa）减压时所产生的微气泡，与上向流动的原水进行相同方向流动，上升的悬浮物与上升的气泡同相接触，使气泡附着于悬浮物上成为有一定速率的颗粒，颗粒上浮到表面被刮渣机刮走而实现固液分离。

近年来，以气浮接触区气泡-颗粒粘附效率为核心的接触区粘附动力学研究日益得到国内外学者的重视，动力学研究从粘附行为的微观过程入手，研究颗粒与气泡的粘附速度问题。研究表明，加压溶气气浮工艺中微气泡与絮体颗粒粘附结合机理主要遵循碰撞粘附机理，可将气泡与絮体颗粒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。传统气浮工艺中加压溶气水的实际消耗量远远高于根据水中固体颗粒浓度确定的加压溶气水的理论消耗量。因此，传统气浮工艺在气泡-颗粒粘附效率方面有待改进，进一步提高加压溶气水利用效率。

传统平流式溶气气浮装置中，单设一级接触室，气泡与颗粒在接触室中完成碰撞与粘附过程，微气泡与向上流动的原水同向流动，气泡与悬浮物的接触时间较短，气泡的附着效果较差，特别是当原水中油或悬浮颗粒比较多以及絮体松散的情况，传统平流式气浮难以有效去除水中颗粒物，导致出水中的油、悬浮颗粒等仍然较高。要想得到更加澄清的水就需要对传统工艺及装置进行改进。

逆流式气浮装置单设一级接触室，其中向上的微气泡与向下流动的原水进行相反方向的流动，下降的悬浮物与上升的气泡逆向接触，使气泡与悬浮物粘附，过程中微气泡与颗粒物能完成很好的碰撞过程，但是由于原水向下的水流力作用，微气泡与颗粒不能很好的粘附形成稳定的泡絮体，或者粘附之后在原水异相水流力的作用下发生脱附现象，形成的泡絮体不能很好的完成上浮分离过程，从而气浮出水出现“跑矾花’现象。此种气浮装置对原水水质变化以及表面负荷的适应性不强，随着装置的运行，出水水质变差，往往通过增大回流比，增大微气泡浓度或者增加爱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。因此，在饮用水处理工艺中需要改进该方法。

发明内容

为了解决以上现有技术中传统气浮工艺及其装置的不足之处，如对颗粒的有效粘附效率不高，捕集效果不好等问题，对传统平流式及逆流式气浮池接触室进行改进，提供了一种新型的净水效果好、节省絮凝剂的混合流气浮净水方法。

本发明是通过以下步骤得到的：

一种混合流气浮净水方法，包括以下步骤：

（1）原水经过絮凝过程后，进入气浮池碰撞接触室，溶气水减压释放产生微气泡，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，微气泡与待净化水中悬浮颗粒物的碰撞接触，完成气泡与絮体颗粒粘附之前充分的碰撞过程，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；

（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通道进入粘附接触室，粘附接触室底部设置的溶气释放器释放微气泡与待净化水同向流动接触，完成微气泡与悬浮颗粒物的有效粘附过程，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，净化后水进入导流出水室，完成净化过程。

所述的混合流气浮净水方法，优选气浮池设置两级接触室，碰撞接触室及粘附接触室，两接触室通过池底通道相连通，其中碰撞接触室的进水流速为15~25mm/s，粘附接触室的水流速度为5~15mm/s。

所述的混合流气浮净水方法，优选气浮分离区向下流速（包括溶气水回流量）为1~3mm/s，分离室液面负荷为3.6~10.8m³/m²h。

所述的混合流气浮净水方法，优选碰撞接触室与粘附接触室均设置溶气释放器，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。

所述的混合流气浮净水方法，优选加压溶气水的压力为0.3-0.45MPa，工艺总回流比为5%~15%。

所述的混合流气浮净水方法，优选碰撞接触室和粘附接触室底部设置的溶气释放器前端设置流量计量装置及控制阀门。

所述的混合流气浮净水方法，优选碰撞接触室和粘附接触室中溶气回流水分配比例为1：2~1：3。

所述的混合流气浮净水方法，优选待净化水进入碰撞接触室的进水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，进水口距液位垂直距离不小于30cm。

所述的混合流气浮净水方法，优选碰撞接触室与粘附接触室底部设置的溶气释放器距底部的垂直距离不小于30cm。

所述的混合流气浮净水方法，优选所述絮凝剂为聚合氯化铝铁。

所述的混合流气浮净水方法，优选絮凝阶段采用机械絮凝两级搅拌的运行方式，整个絮凝过程中，絮凝时间控制为10~15min，其中第一级搅拌桨外边缘线速度为0.35~0.50m/s，第二级搅拌桨外边缘线速度为0.20~0.35m/s，整个絮凝过程中，絮凝速度梯度G值为40~80S^-1。

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。

本方法充分利用了平流式气浮池与逆流式气浮池的优点，集逆流碰撞与平流粘附工艺于一体，相对现有气浮工艺，可以有效降低逆流溶气气浮工艺中气浮接触分离室的高度，并延长了微气泡与悬浮物的碰撞粘附时间，同时增加微气泡与悬浮物的粘附效率，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。

本发明是针对传统平流式气浮工艺与逆流式气浮工艺的优缺点，将两者优点有机组合在一起而提出的一种气浮新技术，显著提高了微气泡-颗粒的相互作用，使微气泡-颗粒碰撞效率显著增强，降低了微气泡-颗粒的粘附不稳定效率，增加了气浮接触区微气泡-颗粒有效粘附效率，大大提高了气浮工艺的净水效果。本发明可以根据原水水质的变化，通过选择开启不同释放器，实现平流式气浮池、逆流式气浮池和混流式气浮池的灵活切换，该发明具有应对水质变化适应性强、结构简单、操作方便、效果好、效率高、投资省、成本低、占地面积小等优点，便于传统絮凝/气浮池的改造与新型气浮池的新建，具有广泛的应用前景。

本方法可以显著提高微气泡-颗粒的相互作用，促使微气泡与颗粒有效粘附，并单独设置粘附接触室，可以一定程度上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。该发明具有适应性强、结构简单、操作方便、效果好、效率高、投资省、成本低、占地面积小等优点。

本发明的有益效果：

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逆流式气浮工艺、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。

附图说明

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

下面结合具体实施例对本发明进行进一步说明：

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。

混合流气浮净水方法：

（1）原水经过絮凝过程后，进入气浮池碰撞接触室，溶气水减压释放产生微气泡，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，微气泡与待净化水中悬浮颗粒物的碰撞接触，完成气泡与絮体颗粒粘附之前充分的碰撞过程，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；

（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通道进入粘附接触室，粘附接触室底部设置的溶气释放器释放微气泡与待净化水同向流动接触，完成微气泡与悬浮颗粒物的有效粘附过程，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，净化后水进入导流出水室，完成净化过程。

实现上述工艺，要用到相关的设备，现列举其中可以实现的一种混合流气浮净水池，如图1所示。但能够实现上述方法的装置，并不仅仅限于此水处理气浮净水池。

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30cm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。

导流出水室的原水由溢流管排出，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。

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）经过凝絮阶段的添加有絮凝剂的待净化水进入碰撞接触室，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联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1PAFC投加量与各种污染物去除率关系表

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，只保留相同处理的平流气浮处理，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2PAFC投加量与污染物浊度去除率关系表

对比实施例2

同实施例1相比，只是将粘附接触室中的平流气浮过程省略，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3PAFC投加量与污染物浊度去除率关系表

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，相比传统平流、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。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受实施例的限制，其它任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、组合、替代、简化均应为等效替换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种混合流气浮净水方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）原水经过絮凝过程后，进入碰撞接触室，溶气水减压释放产生微气泡，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，微气泡与待净化水中悬浮颗粒物碰撞接触，完成气泡与絮体颗粒粘附之前充分的碰撞过程，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的通道进入粘附接触室，粘附接触室底部设置的溶气释放器释放微气泡与待净化水同向流动接触，完成微气泡与悬浮颗粒物的有效粘附过程，形成密度小于水的泡絮体上浮进入气浮分离室，浮渣由排渣系统收集，净化后水进入导流出水室，完成净化过程；

所述混合流气浮净水方法中使用的装置包括池体，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；碰撞接触室的进水流速为15~25mm/s，粘附接触室的水流速度为5~15mm/s；

碰撞接触室和粘附接触室中溶气回流水分配比例为1：2~3。

2.根据权利要求1所述的混合流气浮净水方法，其特征在于碰撞接触室加压溶气水的压力为0.3-0.45MPa。

3.根据权利要求1所述的混合流气浮净水方法，其特征在于待净化水进入碰撞接触室的进水口与碰撞接触室底部设置的溶气释放器的距离不小于1m，进水口距碰撞接触室工作时的液位垂直距离不小于30cm。

4.根据权利要求1所述的混合流气浮净水方法，其特征在于碰撞接触室与粘附接触室底部设置的溶气释放器与底部的距离为30cm。

5.根据权利要求1所述的混合流气浮净水方法，其特征在于所述絮凝过程中使用的絮凝剂为聚合氯化铝铁。

6.根据权利要求1所述的混合流气浮净水方法，其特征在于絮凝阶段采用机械絮凝两级搅拌的运行方式，整个絮凝过程中，絮凝时间控制为10~15min，其中第一级搅拌桨外边缘线速度为0.35~0.50m/s，第二级搅拌桨外边缘线速度为0.20~0.35m/s，整个絮凝过程中，絮凝速度梯度G值为40~80S^-1。