新型加壓溶氣罐的研究與應用[權(quán)威資料]

新型加壓溶氣罐的研究與應用 本文檔格式為 WORD,感謝你的閱讀。 摘要：本篇文章研究新型溶氣罐的結(jié)構(gòu)和工作原理，得出新型溶氣罐通過增加接觸面積、延長停留時間、降低液膜厚度來提高溶氣效率，增加溶氣量。且采用新型溶氣罐與采用傳統(tǒng)溶氣罐的氣浮對比試驗中，發(fā)現(xiàn)新型溶氣罐對高濁度的原水的處理效果更好。 關(guān)鍵詞：氣浮；新型溶氣罐；溶氣效率；濁度 A715 A Research and application of the new air saturator Abstract： This paper found that the new air saturator improve the efficiency of dissolved air by increasing the contact area, prolonging the residence time, and reducing the thickness of liquid film through the research on structure and working principle of the new air saturator. And the treatment effect of high turbidity water by using the new air saturator treatment is better than using conventional air saturator. Key words: Flotation； New air saturator； Efficiency of dissolved air； Turbidity 0 引言 氣浮工藝是往廢水中注入或生產(chǎn)微小氣泡，并讓這些微小氣泡粘附在水中的絮體表面上，使得絮體密度小于溶液而上浮至水面，而達到固液分離的水處理工藝 1-3。氣浮工藝的特點包括： 水力停留時間短，設(shè)備體積小，節(jié)省空間和投資； 對低溫低濁、絮體細碎和藻類較多的污水有較高的去除效果； 可以向原水中充氧降低臭味，并為后續(xù)工藝創(chuàng)造良好的溶解氧的條件 4,5。氣浮工藝產(chǎn)生氣泡的方式包含：分散空氣法，電解法，生物化學法，加壓溶氣法，真空溶氣法和靜電噴涂法等 6。其中加壓溶 氣工藝因其所產(chǎn)生的氣泡粒徑尺寸?。?10100m 之間），氣泡粒徑均勻、上升速度較慢、對水流的擾動微弱、利于絮體的形成和保護，且產(chǎn)生的氣泡數(shù)量容易調(diào)節(jié)等特點，是目前氣浮工藝中使用最為廣泛的一種方式 7。加壓溶氣法的是利用高壓下溶液中溶氣量大于低壓下溶液中溶氣量的原理。在高壓情況下將空氣大量溶入液體中，然后將壓力突然降至低壓或者常壓，使得溶入液體中的空氣以微氣泡的形式被釋放出來，從而進行氣浮處理工藝。本篇文章通過研究加壓溶氣工藝中最重要的設(shè)備 溶氣罐，來更好的改進和提高加壓溶氣氣浮的應用。 1 影響溶 氣罐的因素 （ 1）壓強 由公式（ 1）亨利定律可知吸收質(zhì)在液相中的溶解度與其在氣相中的平衡分壓成正比 8。因此溶氣罐內(nèi)的壓強大小直接影響到最大溶氣量的大小，壓強越大則最大溶氣量就越大。 （ 1） 其中：； （ 2）溫度 公式（ 1）中亨利系數(shù) E 隨溫度的減小而增大，因此溶氣罐內(nèi)溫度越低，則更多的空氣溶于液體當中。 （ 3）單位接觸面積和停留時間 空氣從氣相傳遞到液相，是傳質(zhì)的過程，也是擴散過程，其傳質(zhì)動力為氣液界面兩側(cè)的濃度差 9。由公 式（ 2）得出單位體積的溶液，其與空氣接觸的表面積越大則溶氣速率越高。 （ 1-10） 其中：空氣在水中的溶解速率； 一定溫度和氣相分壓條件下水中空氣的溶解度（）； 空氣在水中的含量（）； 單位體積下溶液的表面積（）； 氣體遷移系數(shù)（）。 （ 4）停留時間 溶氣罐內(nèi)液體的溶氣量隨著停留時間的增加逐漸接近最大值，但溶氣速率逐步降低。這是因為在特定溫度和壓強下溶液中的空氣飽和溶解度與實際溶解度的差值在逐漸縮小，因此兩相間的傳質(zhì)動力降低，所 以單位時間內(nèi)的溶氣速率下降。 （ 5）水流狀態(tài) 懷特曼（ Whitman）與劉易斯（ Lewis）提出了著名的“ 雙膜理論 ”10 來闡明空氣如何從氣相中轉(zhuǎn)移至液相中?！?雙膜理論 ” 認為在氣相與液相接觸面的兩側(cè)為層流狀態(tài)的氣膜和液膜，空氣以分子狀態(tài)從氣相進到液相中時，主要的傳質(zhì)阻力集中在這兩個膜上，尤其是液膜 11。如公式（ 3）所示，液膜的厚度與空氣的傳遞速率成反比，液膜越厚則溶氣速率越慢 12。 （ 3） 其中：空氣的傳遞速率； 空氣在液膜中擴散系數(shù)； A 氣相與液相接觸面表面積； 液膜內(nèi)空氣的濃度梯度 。 2 新型溶氣罐的結(jié)構(gòu)、工作原理及特點 （ 1）新型溶氣罐結(jié)構(gòu) 新型溶氣罐采用雙罐結(jié)構(gòu)，外罐的高度為內(nèi)罐的四分之一，如圖 1 所示。溶氣罐外罐上側(cè)連接進水管，外罐體與內(nèi)罐體通過旋流孔所完成水流的連通。旋流孔的開孔沿著內(nèi)罐的罐壁呈一定角度斜向開孔。內(nèi)罐的底部連接出水管。溶氣罐的進氣方式是由上端的空氣管進入內(nèi)罐上端，并在內(nèi)罐形成上層高壓空氣柱。 （ 2）新型溶氣罐工作原理 如圖 1 所示，高壓液體從外罐通過旋流 孔進入到內(nèi)罐。在受到了旋流孔的切割與引導后，將進入外罐的單股水流分成多股水流進入內(nèi)罐，并在內(nèi)罐壁上形成附壁螺旋流。與內(nèi)罐中的高壓氣體充分接觸后，形成高壓溶氣水，再從底部出水口進到氣浮系統(tǒng)中，并產(chǎn)生大量微氣泡進行水處理。 圖 1 新型溶氣罐工作原理圖 （ 3）新型溶氣罐特點 新型溶氣罐中液體從外罐進入內(nèi)罐時，將原本的單股水流分割成多股進水水流，并在內(nèi)壁形成了附壁螺旋流來大幅增加氣水接觸面面積，提高溶氣速率。新型溶氣罐還通過附壁螺旋流來延長液體在溶氣罐內(nèi)的停留時間，使得液體溶入更多的氣體 。并且將單股水流分流成多股水流時水流的紊動程度會得到增強，從而大幅降低液膜厚度，提高溶氣罐內(nèi)液體的溶氣速率。因此新型溶氣罐通過增大氣液接觸面面積、延長液體停留時間和增加水流擾動降低液膜厚度三個方面來顯著提高溶氣罐的溶氣效果。 3 與傳統(tǒng)溶氣罐溶氣效率對比 （ 1）試驗方法 試驗中采用相同容積的新型溶氣罐和傳統(tǒng)溶氣罐在同等條件下進行對比試驗。用市政自來水作為加壓原水，不進行加藥處理。實驗時的流量控制為 5.0L/min，溶氣罐內(nèi)部壓力穩(wěn)定在 0.3Mpa。 （ 2）試驗結(jié)果及分析 表 1 溶氣量測定結(jié)果 由表 1 中的結(jié)果可以看出，在相同條件下新型溶氣罐的單位釋氣量達到 11.0ml/L，比傳統(tǒng)溶氣罐 8.2ml/L 的單位釋氣量高 34.1%。 新型溶氣罐溶氣量高于傳統(tǒng)溶氣罐的原因是：（ 1）將單股水流分成多股水流所形成附壁螺旋流后的旋轉(zhuǎn)液面表面積將大幅增加，隨著旋轉(zhuǎn)液面的表面積增加，氣液接觸面面積也會增加，因此溶氣效率相應的增加；（ 2）附壁螺旋流的流態(tài)將延長水流在溶氣罐內(nèi)的停留時間，可以讓更多的空氣溶于水中；（ 3）分流水流后使得單股水流的雷諾數(shù)值變大，加劇了水流的 紊動而降低了液膜厚度，也就提高了溶氣效率。 4 與傳統(tǒng)溶氣罐對濁度去除效率對比 （ 1）試驗方法 試驗采用相同容積新型溶氣罐和傳統(tǒng)溶氣罐處理不同濁度條件下的污水。原水濁度由低到高依次為： 10NTU，30NTU， 50NTU， 100NTU、 150NTU 和 200NTU。這 6 種條件下PAC 的加藥量分別為 30mg/L、 40mg/L、 50mg/L、 60mg/L、70mg/L 和 80mg/L。實驗中的溶氣罐內(nèi)壓力保持為 0.3MPa，實驗中采用全流加壓溶氣工藝，原水處理量為 5.0L/min，出水流量控制為 4.0L/min，棄廢水流量為 1.0L/min。實驗在出水水質(zhì)達到穩(wěn)定后（約 30 分鐘后）取樣測定，記錄其出水濁度作為實驗結(jié)果。 （ 2）試驗結(jié)果及分析 出水水質(zhì)穩(wěn)定后每隔 5 分鐘取一次水樣進行測試，共取 3 次， 3 次數(shù)值的平均值作為實驗結(jié)果，實驗結(jié)果如表 2 和圖 2 所示。 表 2 不同氣浮工藝出水濁度表 圖 2 三種溶氣氣浮法處理效果對比圖 從表 2 和圖 2 中可以看出，采用新型溶氣罐與采用傳統(tǒng)溶氣罐的氣浮工藝在低濁度 10NTU 和 30NTU 的條件下，出水水質(zhì)比較接近。但當 原水濁度達到至 50NTU 時采用新型溶氣罐的氣浮處理效果便優(yōu)于采用傳統(tǒng)溶氣罐的氣浮處理效果，且隨著原水濁度的逐漸增加而更加明顯。當濁度為 50NTU時，采用新型溶氣罐處理后的出水濁度為 8.39NTU，而采用傳統(tǒng)溶氣罐處理的為 11.4NTU，新型溶氣罐的濁度去除率比傳統(tǒng)溶氣罐提高了 5%。而當原水濁度達到 200NTU 時，新型溶氣罐的出水濁度為 29.7NTU，傳統(tǒng)溶氣罐的出水濁度為 54.2NTU，新型溶氣罐的濁度去除率比傳統(tǒng)溶氣罐高 12%。 新型溶氣罐和傳統(tǒng)溶氣罐在低濁度情況下處理效果十分相近，而高濁度的情 況下采用新型溶氣罐的處理效果較好。主要是因為新型溶氣罐提高了溶氣量后。低濁度水由于膠體顆粒較少，溶氣量過剩，再增加溶氣量不會提升處理效果。但是在中高濁度的情況下，由于溶液中膠體顆粒數(shù)量較多，所需要的溶氣量相應增大，因此提高溶氣量能增加與絮體接觸的氣泡，提高絮體上升效果，防止浮渣下沉。所以中高濁度條件下新型溶氣氣浮法的處理效果更好。 5 結(jié)論與建議 試驗結(jié)果表明新型溶氣罐通過增加氣液接觸面面積，延長水力停留時間和增加擾動降低液膜厚度三個方面大幅提高了溶氣罐的溶氣效果，相比傳統(tǒng)溶氣罐可以提高溶 氣量 30%以上。并在與傳統(tǒng)溶氣罐的濁度去除試驗對比中，新型溶氣罐可以改善高濁度水的去除效果，因此新型溶氣氣浮法能更好的拓展氣浮工藝的適應性，改變氣浮工藝不適合處理高濁度原水的現(xiàn)狀。 參考文獻 1 李廣賀 . 水資源利用與保護 M. 北京：中國建筑出版社， 2002.1-3 2 李圭白，蔣展鵬，范瑾初，龍騰銳 . 城市水工程概論 M. 北京：中國建筑工業(yè)出版社， 2002， 11-16 3 王靜超，馬軍，王靜海 .氣浮凈水技術(shù)在給水處理中的應用及研究概況 J.工業(yè) 水處理， 2004， 24（ 7）： 9-12 4 Tambo N， et al. An analysis of air bubble attachment process of dissolved air flotationJ.J.JWWA， 1985,610:2-11 5 許保玖 .給水處理理論 M.北京：中國建筑工業(yè)出版社， 2000.270-274 6 呂玉娟 . 溶劑氣浮分離技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展方向J. 化學進展， 2001,13（ 6）： 441-449 7 張聲，劉洋，謝曙光，張曉健 . 溶氣氣浮工藝在給誰處理中的應用 J.中國給水排水， 2003,19(8):26-29 8 李新，王廣豐 .氣浮工藝及影響凈水效果的主要因素探討 J.廣州化工 2010,38（ 10）： 175-190 9 Schofield T. Dissolved air flotation in drinking water production. Water Sci Technol. 2001，43(8):9-18. 10 任雪 . 加壓溶氣氣浮一體 化設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)研究D.北京：北京建筑工程學院 .2008. 11 Kim JK, Jung JY, Kang YT. Absorption performance enhancement bynano-particles and surfactants in binary nanofluids. International Journal of Refrigeration, 2007,30:50-57 12 Ashraf Y. Hosny. Separating oil from oil-water emulsions by electroflotation technique J. Separations Technology， 1997,6（ 1）： 9-17 作者簡介：鐘晨， 1987 年出生，鐵四院助理工程師 文檔資料：新型加壓溶氣罐的研究與應用 完整下載 完整閱讀 全文下載 全文閱讀 免費閱讀及下載 閱讀相關(guān)文檔 :有關(guān)智能變電站淺析與探討 有關(guān)變電站電氣監(jiān)理要點分析 研究高層建筑施工質(zhì)量的管理與控制 應用型工商管理本科專業(yè)實踐教學改革的探討 校友文化視角下大學生校友意識的培養(yǎng) 協(xié)同管理在建筑管理中的應用 淺談動遷小區(qū)道路改造質(zhì)量控制 現(xiàn)代陵園規(guī)劃設(shè)計的策略與實踐 探討公路橋