新型全溶气高压旋流气浮方法及其设备与流程

本发明涉及溶气浮选技术领域，尤其是指一种新型全溶气高压旋流气浮设备方法及其设备。

背景技术：

在给水排水处理工艺程序中，固、液分离技术及其设备是关键项目之一。对于液体中微小悬浮颗粒的去除，最常用的方法有沉降分离，筛膜分离，浮选分离等技术及设备。沉降、筛膜、浮选在各自不同的工况条件下，或采用各种不同的工艺流程，每种方法都有各自的特点和不足，相互不能排斥，也无法替代。浮选法主要应用于所要分离的悬浮物质的密度与水的密度相近，且悬浮物沉降性能较差的废水中。由于浮选法具有设备结构简单，操作使用方便，连续运行性强，费用低，效果好等特点。所以在大水量处理及对水质的深度净化处理中获得了广泛的应用。浮选的形式也是多样的，有加压浮选，真空浮选，电解浮选及生物浮选等。以加压浮选法应用最为普遍。如炼油，化工，造纸，制革，纺织，印染，钢铁，橡胶，食品，制药等工业的废水处理及生活污水处理。尤其是石油工业中炼油废水乳化油的去除，几乎都是采用这一方法。

传统溶气气浮分离是将空气与水在一定的压力和条件下，使气体极大限度地溶入水中，力求处于饱和状态，然后把所形成的压力溶气水通过特殊装置释压，把压能转化为动能，气体脱离水分子引力的束缚，急速产生大量的微气泡，与水中的悬浮物（经过加药后的絮凝体）充分接触，在絮粒的“网捕”，“包卷”，“架桥”作用下，气泡和悬浮物形成一个稳定的夹气絮体，其视密度远小于水，因此夹气絮体很快升至水面，悬浮物在液面结聚成浮渣，把浮渣进行刮集，清除即达到了固液分离的目的。采用部分溶气工艺或者全溶气工艺的气浮设备，其溶气水的释压与原水的混合，微气泡与悬浮物的接触粘附及形成载体后的上升过程都是在同容器内完成的，也就是说混合反应和分离反应是在一个池体内相继完成。

气浮处理效率的高低，取决于单位体积溶气水所能浮起的浮粒子的最大绝干重量，将其定义为单位浮量，这是度量溶气水质好坏的一项客观指标。空气属于难溶于水的物质，常压下空气在水中的溶解度约为1.8%，在0.3Mpa的压力下,溶解度可达到5.4%，如何让这些有限的溶解空气充分发挥作用，是气浮技术的关键。而缩小气泡的直径、增大气泡群密度、改良气泡群均匀度，是提高气浮效率的关键，三者互相关联、相互制约。1个100μm的气泡如果变成等体保积的1μm的气泡，其微量可以达到1000000个，所以，在溶解空气总量一定的前提下，缩小单个气泡的直径，即可增大气泡群密度，同时气泡群的均匀性也可以得到改善。

传统溶气气浮存在缺陷:

1）溶气效率低

其最重要的原因就是因为所产生的气泡直径过大（一般在30-50μm），研究表明,只有比漂浮粒子(絮凝前的单个粒子)直径小的气泡,才能与该悬浮粒子发生有效的吸附作用,在自然水体中,短时间内难以沉淀的悬浮粒子,其直径大多在10-30μm,50μm以上的固态悬浮粒子经过几个小时的静置,可以自然下沉或浮出水面,乳化液粒径在0.25-2.5μm之间,其中少量大颗粒直径约10μm左右,经测试1μm左右微气泡对绝大多数粒子都有很好的吸附作用。

2）处理负荷低

传统常规气浮所能分离的(SS)含量一般在1000mg/L左右，仅对SS含量在几百mg/L左右的废水具有一定的实用价值。

3）低效率的气泡释放器

传统溶气气浮由于其释放器本身的缺陷和局限性，也对浮选效果产生了致命的影响：普通气体释放器结构无法产生10微米以下的微气泡，因为要产生微气泡，首先要克服的是气泡的表面张力，气泡越小，其表面张力就越大，要消耗的能量就越高，目前获得的气泡直径最小的方法是电解，其次就是压力溶气。

4）庞大复杂的配套设备

传统溶气气浮系统除了气浮设备本身外，配套设备一般还需要混凝、絮凝系统，溶气水制备系统，循环水系统等，结构复杂，能耗高，占地面积大。

技术实现要素：

为了解决现有设备溶气效率低、处理负荷低、效率低、效果不佳以及设备庞大复杂的技术问题，本发明提供了一种全溶气高压旋流气浮设备。

一种全溶气高压旋流气浮方法，其步骤为：

1）含油污水经反应系统在三相混合器内与高压空气充分溶合后，在三相混合器内部产生涡流，进行初步的预旋流；

2）经过至少1级三相混合器的旋流后，进入气浮罐体的旋流内筒进行内部旋流；

3）在旋流作用下，油滴粒径增大，同时由于气压减小，溶气释放产生微气泡，在微气泡的作用下，油滴加速上升到液面；

4）处理后水进入自动水位调节器后，流入储水池，通过油水界面测量仪探测油水界面高度和油层厚度，并通过自动水位调节器和撇油机调节油水界面至预设值；

5）自动排泥阀常闭，可根据情况定时开启排泥。

其中，步骤2）中所述三相混合器共有6级。

其中，步骤4）中的具体工作方式为，当油水界面测量仪测得实际油水界面低于预设值时，自动启动水位调节器抬高水面到预设值时停止；若油水界面测量仪测得实际油水界面高于预设值时，自动启动水位调节器降低水面到预设值时停止；当油水界面测量仪测得油层累计超过预设厚度时，启动撇油机撇除。

其中，步骤2）中，旋流内筒停留时间为3分钟，所述旋流内筒外围区域分离表面负荷为15m/h。

其中，步骤2）中，预旋流液体经过入流管与水平面成10°夹角向下流入旋流内筒。倾斜布置的入口管能加速产生涡流，延长停留时间，减少短流。一般取值1-10°。

其中，所述旋流内筒上部为逐渐缩小的缩口，旋流内筒壁上部倾角小于14°。较大的倾角可能会产生较大的湍流，同时，会导致混合液表面冲刷过强，影响较轻组分油类的去除），可以逐步提高流体的流速，加大离心力，强化分离。

一种新型全溶气高压旋流气浮设备，包括反应系统和气浮罐体，其中气浮罐体的顶部设有排气口，其侧部设有出油口，其底部设有排泥口，所述气浮罐体包括外罐体和设于外罐体内的旋流内筒，所述反应系统通过入流管连接所述旋流内筒，所述气浮罐体连接有自动水位调节器，并且其顶部安装有与自动水位调节器配合使用的油水界面测量仪，所述旋流内筒的上方安装有撇油机，所述出油口位于该撇油机下方的外罐体侧壁上。

其中，所述旋流内筒和外罐体的底部均设有排泥口，并且该排泥口上安装有自动排泥阀。

其中，所述反应系统包括反应管道和三相混合器，所述三相混合器包括废水进水口、药剂投加口、高压空气进入口，该三相混合器包括由内筒、外筒、上盖、下底组成的混合腔体，所述上盖与内、外筒上端焊接连接，高压空气进入口位于上盖中央部位，与内筒内腔相通，所述下底呈环状、下底环状外缘与外筒焊接连接、下底环状内缘与内筒外缘焊接连接，所述上盖、下底之间的内筒柱面设有若干通孔，内筒外伸出下底构成三相混合出口，所述废水进水口位于外筒上部柱面，与内、外筒形成的空腔相通，药剂投加口位于废水进水口管道上。

其中，所述上盖、下底之间的内筒柱面若干通孔分成若干个组、各组沿垂直于内筒轴线的界面上均布排列。

其中，所述内筒柱面若干通孔沿内筒内壁的切线方向开通。

本发明针对现有技术不足之处而提供一种能兼顾低运行费用与高出水水质的要求的设备，可以将含油量高、高悬浮物的原水通过简单而低成本的方式处理成低含油量、低浊度的净水，同时实现设备的一体化，降低占地面积。

新型全溶气高压旋流气浮设备（XDEF）的主要特征是利用高效的三相混合器完成高压空气溶解、药剂分子拉伸提效、混凝絮凝搅拌（污染物捕集）、絮体形成、气泡晶核生成和超轻中空化絮体形成的所有步骤后，沿切向进入罐体旋流内筒产生旋流，从而去除浮油及悬浮物。该新型全溶气高压旋流气浮设备（XDEF）的优越性主要体现在以下三个方面：

1.处理效率高

XDEF旋流内筒停留时间为3分钟，旋流内筒外围区域分离表面负荷为15m/h，基于完全湍流条件的粒径为30μm 的油滴上升速度约为47.78m/h，设计装置的表面负荷率显然要小于粒径为30μm 的油滴的上升速度。因而理论上粒径大于等于30μm 的油滴都能够上浮到罐体上部被撇除。含油污水中浮油的油滴粒径大于100μm，理论上可以全部去除。而机械分散态油的油滴粒径在10-100μm 之间，因而大部分也可以得到去除。

2.溶气效率高

XDEF将高压空气100%溶解于入流污水中，由于高压状态下，气泡直径小于10μm。依照传统气泡附着理论，只有比漂浮粒子(絮凝前的单个粒子)直径小的气泡,才能与该悬浮粒子发生有效的吸附作用。在自然水体中,短时间内难以沉淀的悬浮粒子,其直径大多在10-30μm,乳化液粒径在0.25-2.5μm之间，经测试1μm左右微气泡对绝大多数粒子都有很好的吸附作用，所以XDEF实现了污染物分子与气泡的最小极限接触-气体在溶解状态下的附着。

3.表面负荷率高（占地面积小）

由于采用污水全溶气旋流设计，XDEF的表面负荷率高达15-20m3/m2h。

4.无需加药

由于采用全溶气及旋流设计，无需加药即可将90%以上的浮油与水分离并形成稳定的浮油层，这大大方便了浮油的回收利用，也极大地降低了使用成本。

5.无需清洗更换聚结填料

由于采用全溶气及旋流设计，对浮油的去除率明显高于普通使用聚结填料的油水分离器，且无需清洗更换聚结填料，大大减轻了操作维护强度。

附图说明

图1为本发明所述新型全溶气高压旋流气浮设备的示意图。

图2为本发明所述三相混合器的示意图。

图3为本发明所述三相混合器的俯视方向示意图。

（1-气浮罐体，10-外罐体，2-旋流内筒，5-排气口，6-出油口，7-自动水位调节器，8-油水界面测量仪，9-撇油机，11-自动排泥阀，12-入流管，13-人孔，3-反应系统，30-反应管道，4-三相混合器，41-废水进水口，42-药剂投加口，43-高压空气进入口，44-内筒，45-外筒，46-上盖，47-下底，48-通孔，49-三相混合出口）。

具体实施方式

以下为本发明的具体实施方式：

参照图1，一种新的全溶气高压旋流气浮方法，其步骤为：

1、含油污水经反应系统3在三相混合器4内与高压空气充分溶合后，在三相混合器4内部产生涡流，进行初步的预旋流。

2、经过6级三相混合器4的旋流后，沿切向进入气浮罐体1内，旋流内筒2产生旋流，进行内部旋流，入流管12与水平面成10°夹角向下。

3、旋流内筒上部逐渐缩小。在旋流作用下，油滴粒径增大，同时由于气压减小，溶气释放产生微气泡。在微气泡的作用下，油滴加速上升到液面。

4、处理后水进入自动水位调节器7后，流入储水池。罐体顶部安装有油水界面测量仪8，可探测油水界面高度，且与自动水位调节器7连锁。当油水界面测量仪8测得实际油水界面低于预设值时，自动启动水位调节器抬高水面到预设值时停止；若油水界面测量仪8测得实际油水界面高于预设值时，自动启动水位调节器降低水面到预设值时停止（且自动水位调节器7安装有手轮，当自动设备故障时可人工启动）。油水界面测量仪还可测量油层厚度，当油水界面测量仪8测得油层累计超过预设厚度时，启动撇油机9撇除。撇油机9运行时间可现场通过PLC电路设置。

5、自动排泥阀11常闭，可根据情况定时开启排泥。

参照图1，上述全溶气高压旋流气浮设备所采用的是一种新型全溶气高压旋流气浮设备，包括反应系统3和气浮罐体1。

参照图1、图2和图3，反应系统3包括反应管道30及设于反应管道30中的若干级三相混合器4，三相混合器4包括废水进水口41、药剂投加口42、高压空气进入口43，该三相混合器4包括由内筒44、外筒45、上盖46、下底47组成的混合腔体，上盖46与内、外筒45上端焊接连接，高压空气进入口43位于上盖46中央部位，与内筒44内腔相通，下底47呈环状、下底47环状外缘与外筒45焊接连接、下底47环状内缘与内筒44外缘焊接连接，上盖46、下底47之间的内筒44柱面设有若干通孔48，内筒44外伸出下底47构成三相混合出口49，废水进水口41位于外筒45上部柱面，与内、外筒44、45形成的空腔相通，药剂投加口42位于废水进水口41管道上。上盖46、下底47之间的内筒44柱面若干通孔48分成若干个组、各组沿垂直于内筒44轴线的界面上均布排列。内筒44柱面若干通孔48沿内筒44内壁的切线方向开通。

参照图1，气浮罐体1的顶部设有排气口5，其侧部设有出油口6，其底部设有排泥口，气浮罐体1包括外罐体10和设于外罐体10内的旋流内筒2，反应系统3通过入流管12连接旋流内筒2，旋流内筒2上部为逐渐缩小的缩口，旋流内筒2壁上部倾角小于14°。气浮罐体1连接有自动水位调节器7，并且其顶部安装有与自动水位调节器7配合使用的油水界面测量仪8，旋流内筒2的上方安装有撇油机9，出油口6位于该撇油机9下方的外罐体10侧壁上。外罐体10侧壁靠下位置开设有人孔13。旋流内筒2和外罐体10的底部均设有排泥口，并且该排泥口上安装有自动排泥阀11。入流管12与水平面成10°夹角向下连接旋流内筒2。

上述描述已经详细阐述了发明的说明和描述。它不是为了将本发明限制为所披露的形式和方式。按照以上的方式，可以进行相应的修改或更改。讨论实例是为了更好地说明本发明的原理及其实用性,从而利用本发明进行各种修改并满足其它特定的需求。所有这些修改和变化当依照公平和合法的权利解读，并且根据附加权利要求，这些修改和变化都属于本发明的范围内。