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溶气气浮(DAF)在污水处理中的原理

By www.jorsun.com.cn - 11.12,2015

 溶气气浮(DAF)在污水处理中的技术说明
  溶气气浮(DAF)是气浮的一种,它利用水在不同压力下溶解度不同的特性,对全部或部分待处理(或处理后)的水进行加压并加气,增加水的空气溶解量,通入加过混凝剂的水中,在常压情况下释放,空气析出形成小气泡,粘附在杂质絮粒上,造成絮粒整体密度小于水而上升,从而使固液分离。
  溶气气浮(DAF)适用于处理低浊度、高色度、高有机物含量、低含油量、低表面活性物质含量或具有富藻的水。相对于其它的气浮方式(详见附录1),它具有水力负荷高,池体紧凑等优点。但是它的工艺复杂,电能消耗较大,空压机的噪音大等缺点也限制着它的应用。
  气浮法(DAF)是在水中通入大量微细气泡,使其粘附于杂质颗粒上造成整体密度<1的状态,靠浮力使其上升至水面而使固液分离的一种净水法。作为过滤工艺的预处理,对于低浊度的原水,溶气气浮工艺要优于沉淀工艺,而当原水浊度>100NTU时,则不宜采用气浮法[1]。DAF工艺的主要设计参数包括停留时间、表面负荷率、回流比、溶气压力等。气浮池的水力停留时间大致为5~15min;表面负荷率为5~12m3/(m2·h),处理饮用水时溶气压力范围为200~600kPa,回流比为5%~10%。优化溶气压力和回流比能够有效地降低水厂的运行和维护费用。此外由于停留时间短,气浮池的基建费用比沉淀池少,但却能获得更好的处理效果。?
  1试验流程与设备试验原水为松花江水。
  快速混合池尺寸为200mm×200mm×200mm,反应池尺寸为300mm×300mm×800mm,沉淀工艺的沉淀池尺寸为450mm×1200mm×800mm,气浮池的尺寸为450mm×200mm×800mm,均用有机玻璃材质加工制成。试验采用的空压机为Z-0.29/7型,溶气罐为200×1500mm的钢制罐体,内装高度为800mm的阶梯环填料。?
  浊度检测采用2100A型浊度仪。UV254和TOC检测分别采用752紫外光栅分光光度计和TOC测定仪。
  2结果及讨论
  2.1水温对除浊效果的影响
  每年的11月中旬至第二年的4月中旬间松花江水质具有低温、低浊的特点(水温为0℃、浊度为10NTU左右、pH值在6.8左右),在6、7月间水温在20℃左右,浊度为70NTU左右。试验期间投加的混凝剂为硫酸铝,低温期投加量经小试确定为40mg/L,采用活化硅酸作为助凝剂,投量为5mg/L。在较高温度和浊度下的混凝剂投量为25mg/L。为了对比气浮与沉淀工艺对固液分离的效果,两套工艺流程中对混合池、反应池、投药量及混合强度等前续工艺采用了相同的运行参数。混合池中的快速混合时间为2min,G值为420s-1,反应池反应时间为20min,G值为10s-1,气浮池水力停留时间为10min,回流比采用8%,沉淀池中水力停留时间为1h,表面负荷率为气浮池的1/6。
  对两种工艺的处理效果差异分析如下:?
  根据斯托克斯公式[2],假定一个絮凝颗粒的直径为50μm,密度为1.01g/mL,则在20℃时此颗粒的沉降速度为0.05m/h,沉淀池的表面负荷率一般在0.75~1.6m3/(m2·h),所以该颗粒不会被沉淀去除。如果颗粒要得到0.75m/h的沉速,则颗粒需要成长到178μm的直径才能被去除。在0℃时水的动力粘度系数为20℃时的1.8倍,对于同样状况的絮凝颗粒,0℃时在沉淀池中的沉速为0.03m/h。要使颗粒得到0.75m/h的沉降速度,则该颗粒需长到245μm的直径。?
  在考察水温对处理效果的影响时,必须考虑温度对絮凝颗粒的稳定性、颗粒与颗粒以及颗粒与气泡之间结合性能的影响。在低温时由于水的粘度较大,颗粒周围的水化膜较厚,颗粒的亲水性加强,从而使得颗粒能够在水中稳定地存在。尤其在低浊度时,由于水中胶体颗粒物数量较少,因而与混凝剂有效碰撞脱稳的机会也少,在实际生产中往往不得不采用加大投药量的方法来提高处理效果。采用DAF工艺时,由于通入空气,气泡和颗粒相互碰撞粘附几率增大,使颗粒的密度变小而更容易浮至水面被去除。?
  2.2反应时间对除浊效果的影响
  无论在低温或高温,对于沉淀工艺而言,要想获得较高的浊度去除率,反应池中的反应时间应不少于20min。而对于气浮工艺而言,只需要5min的反应时间就能获得很高的去除率,这是因为沉淀法是依靠絮凝颗粒不断长大而下沉,在低浊度时颗粒有效碰撞几率降低因而使得颗粒成长的时间较为缓慢,据有关资料介绍为20~30min。气浮法则借助于微气泡的粘附作用,从而使得反应时间比沉淀法短。
  
  DAF一般设置在生物处理单元之前,物理处理单元之后,习惯上将其归为物理处理单元。若设为两级浮选,为了方便节约,平面布置时常将一、二级浮选池并列,一、二级浮选池是约有500mm左右的液位差保证污水从一级浮选池流动到二级浮选池,而取消提升泵达到节能效果。体现在竖向布置上,即在设计、施工时必须严格控制刮渣机拖架(板)、可调节堰和除渣槽顶的标高,这一点非常重要,是关键因素之一,否则会严重影响气浮效果(泡沫层无法用机械方法撇除),这也正是必须采用可调节出水堰的原因所在。
  DAF主要由空气饱和设备(也称压力溶气系统)、空气释放设备(也称溶气释放系统)和气浮池(也称气浮分离系统)等组成。目前,溶气气浮工艺的设计和佳操作的确定,需要依靠中试和经验。以下,根据各种应用中总结出的经验,分别介绍各个组成部分的设计原理。
  对浓度大、浮渣多,在固液分离时形成拥挤上浮现象的应减小上浮速度,否则浮渣层太厚会造成落渣,或因分离区容积过小而影响分离效果。
  选取集水系统时,尽可能做到集水均匀,不让上浮较慢的细小带气絮粒流出池外。为此,应避免短流、快部滞流、碰壁回流等不良现象出现。
  当溶气气浮池的水力负荷>10m3/m2•h时,很容易出现气浮出水携带气泡进入后续滤池的情况,气泡会存在于滤池的上层。虽然有人发现滤池中气泡的存在会有利于水中颗粒的去除,但是它会导致滤池水头损失的急剧升高,从而使滤池运行周期显著缩短,因此应该避免滤池进水中气泡的存在,所以在大幅度提高溶气气浮池水力负荷的同时,必须设置脱气系统(具体内容见附录2)以保证工艺的正常运行。
  安装简易,灵巧的刮渣设备,以便刮渣时不致扰动浮渣层而产生落渣,影响出水水质。
  2.3.4国内外气浮池的设计参数变化范围很大,我国主要采用以下参数:
  接触区:停留时间>2.0min
  表面负荷率36~72m3/m2•h
  分离区:表面负荷率7.2~10.8m3/m2•h
  2.3.5根据《中华人民共和国国家标准室外排水设计规范》第8.2.9条气浮池可采用矩形或圆形。矩形气浮池的设计应符合下列要求:
  一、气浮池应设置反应段,反应时间宜为10~15min;
  二、每格池宽不应大于4.5m,长宽比宜为3~4;
  三、有效水深宜为2.0~2.5m,超高不应小于0.4m;
  四、污水在气浮池分离段停留时间不宜大于1.0h;
  五、污水在池内的水平流速不宜大于10mm/s;
  六、气浮池端部应设置集沫槽;