本发明提供一种竖流式水处理气浮池,包括池体、第一环形隔板、第二环形隔板、第三环形隔板、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环形隔板底部与池底形成的间隙连通,第二环形隔板上部为导流板,气浮分离室和导流出水室由第三环形隔板底部与池底形成的间隙连通,碰撞接触室底部和粘附接触室底部均布置的溶气释放器,碰撞接触室上部布置原水入水管管口,第一环形隔板上部为导流板,第一环形隔板上部导流板的边沿较第二环形隔板上部导流板的边沿高,气浮分离室上方设置机械排渣系统。本发明提高了抵抗水质变化风险能力和净水效果,便于大型化。
1.一种竖流式水处理气浮池,其特征在于:包括池体,池体内从池中心向外顺次设置第一环形隔板、第二环形隔板和第三环形隔板,第一环形隔板围成碰撞接触室,第二环形隔板与第一环形隔板之间的环形空间形成粘附接触室,第三环形隔板与第二环形隔板之间的环形空间形成气浮分离室,池体与第三环形隔板之间的环形空间形成导流出水室,碰撞接触室和粘附接触室由第一环形隔板底部与池底形成的间隙连通,第二环形隔板上部为导流板,气浮分离室和导流出水室由第三环形隔板底部与池底形成的间隙连通,碰撞接触室底部和粘附接触室底部均布置的溶气释放器,碰撞接触室上部布置原水入水管管口,第一环形隔板上部为导流板,第一环形隔板上部导流板的边沿较第二环形隔板上部导流板的边沿高,气浮分离室上方设置机械排渣系统。
2.根据权利要求1所述的水处理气浮池,其特征在于: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,第一环形隔板底部与池底形成的间隙的水流流速为10-20mm/s,气浮分离室向下水流流速为1~3mm/s。
3.根据权利要求1所述的竖流式水处理气浮池,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由第一环形隔板底部与池底形成的间隙上方15-25cm处。
4.根据权利要求1所述的竖流式水处理气浮池,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,溶气水支管和溶气水总管连接,溶气水支管上均设置控制阀及流量计量装置。
5.根据权利要求1所述的竖流式水处理气浮池,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。
6.根据权利要求1所述的竖流式水处理气浮池,其特征在于:粘附接触室内的溶气释放器包括以碰撞接触室为中心环形均布的若干个。
7.根据权利要求1所述的竖流式水处理气浮池,其特征在于: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所述的竖流式水处理气浮池,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,原水入水管上设有流量计和控制阀。
9.根据权利要求1所述的水处理气浮池,其特征在于:第一环形隔板上部导流板与竖立面的夹角为45-60°。
10.根据权利要求1所述的水处理气浮池,其特征在于:水处理气浮池径深比为2:1-6:1,碰撞接触室和粘附接触室一起称为接触室,接触室径深比为1:1-1:2,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。技术领域xa0xa0xa0xa0本发明涉及一种竖流式水处理气浮池。背景技术xa0xa0xa0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,该技术主要用于脂肪、油、纤维、油脂等密度小于水的物质的去除,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,目前已广泛应用于炼油、造纸、印染、电力、化工、纺织、皮革、食品、机械、轻工业等工业废水和城市生活污水以及生活饮用水的处理上。根据产生气泡的方式不同,气浮工艺分为电解(凝聚)气浮、曝气气浮和溶气气浮,其中加压溶气气浮工艺是水处理最常用的工艺之一。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接触,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。现有的气浮装置单设一级接触室,并未将碰撞与粘附区分离开来,这样导致气浮出水效果不好,气浮池池深较大,形成的絮体易于发生脱附现象,微气泡与水中悬浮颗粒物的粘附效率不高,净水效果不好。另外,由于泡絮体受水力冲击影响大,长距离扩散易发生脱附,使得净化的水质重新变差,这就限制了粘附接触室和气浮分离室的整体长度,使得平流式气浮池难于大型化。大型溶气气浮池溶气释放器易堵塞,个别溶气释放器的堵塞会影响整体气浮效果,故很少见到大型溶气气浮运行良好的实例。发明内容xa0xa0xa0本发明要解决的技术问题是提供一种竖流式水处理气浮池,它提高了抵抗水质变化风险能力和净水效果,便于大型化。为了解决上述技术问题,本发明的技术方案为:一种高效竖流式水处理气浮池,包括池体,池体内从池中心向外顺次设置第一环形隔板、第二环形隔板和第三环形隔板,第一环形隔板围成碰撞接触室,第二环形隔板与第一环形隔板之间的环形空间形成粘附接触室,第三环形隔板与第二环形隔板之间的环形空间形成气浮分离室,池体与第三环形隔板之间的环形空间形成导流出水室,碰撞接触室和粘附接触室由第一环形隔板底部与池底形成的间隙连通,第二环形隔板上部为导流板,气浮分离室和导流出水室由第三环形隔板底部与池底形成的间隙连通,碰撞接触室底部和粘附接触室底部均布置的溶气释放器,碰撞接触室上部布置原水入水管管口,第一环形隔板上部为导流板,第一环形隔板上部导流板的边沿较第二环形隔板上部导流板的边沿高,气浮分离室上方设置机械排渣系统。上述高效水处理气浮池,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,第一环形隔板底部与池底形成的间隙的水流流速为10-20mm/s,气浮分离室向下水流流速为1~3mm/s。上述高效水处理气浮池,碰撞接触室和粘附接触室内的溶气释放器均位于由第一环形隔板底部与池底形成的间隙上方15-25cm处。上述高效水处理气浮池,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,溶气水支管和溶气水总管连接,溶气水支管上均设置控制阀及流量计量装置。上述高效水处理气浮池,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。上述高效水处理气浮池,粘附接触室内的溶气释放器包括以碰撞接触室为中心环形均布的若干个。上述高效水处理气浮池,池底设置清除池底沉淀物的排渣放空管。上述高效水处理气浮池,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,原水入水管上设有流量计和控制阀。上述高效水处理气浮池,第一环形隔板上部导流板与竖立面的夹角为45-60°。上述高效水处理气浮池,水处理气浮池径深比为2:1~6:1,碰撞接触室和粘附接触室一起称为接触室,接触室径深比为1:1~1:2,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。另外,粘附接触室上浮的泡絮体向四周扩散,和平流式单方向扩散相比,同样的扩散距离,扩散面积大大提高,为水处理气浮池大型化提供了条件。附图说明xa0xa0xa0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第一环形隔板,2第二环形隔板,3第三环形隔板,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。
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,一种竖流式水处理气浮池包括池体,池体内从池中心向外顺次设置第一环形隔板1、第二环形隔板2和第三环形隔板3,第一环形隔板围成碰撞接触室4,第二环形隔板与第一环形隔板之间的环形空间形成粘附接触室5,第三环形隔板与第二环形隔板之间的环形空间形成气浮分离室6,池体与第三环形隔板之间的环形空间形成导流出水室7。碰撞接触室和粘附接触室由第一环形隔板底部与池底形成的间隙连通,第二环形隔板上部为导流板,由粘附接触室溢流进入气浮分离室的,气浮分离室和导流出水室由第三环形隔板底部与池底形成的间隙连通,碰撞接触室底部和粘附接触室底部均布置的溶气释放器8,碰撞接触室上部布置原水入水管管口9。第一环形隔板上部为导流板,第一环形隔板上部导流板的边沿较第二环形隔板上部导流板的边沿高,碰撞接触室产生的浮渣可以利用两接触室液位差自流入粘附接触室,然后再流入气浮分离区。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由第一环形隔板底部与池底形成的间隙上方15-25cm处。粘附接触室内的溶气释放器包括以碰撞接触室为中心环形均布的若干个。为了防止原水进水水流力冲碎已上浮至液面的浮渣,原水入水管管口距碰撞接触室液面垂直距离不小于30cm。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,溶气水支管和溶气水总管连接,溶气水支管上均设置阀门和流量计。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。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由溢流管排出,溢流管上设有控制阀,调节液位高度,调节水位浮渣含水率。。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,第一环形隔板底部与池底形成的间隙的水流流速为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。第一环形隔板上部导流板与竖立面的夹角为45-60°。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,然后溢流进入粘附接触室液面,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°C。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1xa0PAFC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)0.511.522.53NTU 4.692.70.9820.3560.8751.19去除率0.376 0.641 0.869 0.953 0.884 0.842 COD(mg/L)4.033.552.832.332.322.3去除率0.122 0.227 0.383 0.492 0.495 0.499 UV₂₅₄(cm^-1)0.040.0340.0280.0220.0210.021去除率0.245 0.358 0.472 0.585 0.604 0.604 TOC(mg/L)4.8794.4233.6983.0772.9872.978去除率0.139 0.220 0.348 0.457 0.473 0.475 叶绿素a14.7510.466.563.663.753.89去除率0.186 0.423 0.638 0.798 0.793 0.785 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2xa0PAFC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)0.511.522.53NTU 4.993.532.231.531.021.45去除率0.3360.2310.5140.6670.7780.678COD(mg/L)4.23.963.563.383.193.03去除率0.085 0.137 0.224 0.264 0.305 0.340 UV₂₅₄(cm^-1)0.0440.0420.0380.0350.0320.03去除率0.170 0.208 0.283 0.340 0.396 0.434 TOC(mg/L)4.9794.5324.313.93.5543.386去除率0.122 0.200 0.240 0.312 0.373 0.403 叶绿素a15.8712.569.547.886.325.89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3xa0PAFC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)0.511.522.53NTU 5.224.053.262.581.862.06去除率0.3060.4610.5660.6570.7530.726COD(mg/L)4.364.153.883.693.363.29去除率0.050 0.096 0.155 0.196 0.268 0.283 UV₂₅₄(cm^-1)0.0450.0430.040.0370.0340.033去除率0.151 0.189 0.245 0.302 0.358 0.377 TOC(mg/L)5.1264.8544.4564.1563.7643.534去除率0.096 0.144 0.214 0.267 0.336 0.376 叶绿素a16.3713.1810.329.668.537.08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。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。5)粘附接触室上浮的泡絮体向四周扩散,和平流式单方向扩散相比,同样的扩散距离,扩散面积大大提高,为水处理气浮池大型化提供了条件。xa0