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第二章
设计说明与计算书
2.1设计原理及方案选择
2.1.1设计原理
气浮过程中,细微气泡首先与水中的悬浮粒子相粘附,形成整体密度小于水的“气泡——颗粒”复合体,使悬浮粒子随气泡一起浮升到水面。
由此可见,实现气浮分力必须具备以下三个基本条件:
一是必须在水中产生足够数量的细微气泡;
二是必须使待分离的污染物形成不溶性的固态或液态悬浮体;
三是必须使气泡能够与悬浮粒子相粘附。
气浮法的净水效果,只有在获得直径微小、密度大、均匀性好的大量细微气泡的情况下,才能得到良好的气浮效果。
(1)气泡直径气泡直径愈小,其分散度愈高,对水中悬浮粒子的粘附能力和粘附量也就愈大。
(2)气泡密度气泡密度是指单位体积释气水中所含微气泡的个数,它决定气泡与悬浮粒子碰撞的机率。
由于气泡密度与气泡直径的3次方成反比,因此,在用气压受到限制的条件下,增大气泡密度的主要途径是缩小气泡直径。
(3)气泡的均匀性气泡均匀性的含义,一是指最大气泡与最小气泡的直径差;
二是指小直径气泡占气泡总量的比例。
大气泡数量的增多会造成两种不利影响:
一是使气泡密度和表面积大幅度减小,气泡与悬浮粒子的粘附性能和粘附量相应降低;
二是大气泡上浮时会造成剧烈的水力扰动,不仅加剧了气泡之间的兼并,而且由此产生的惯性撞击力会将已粘附的气泡撞开。
(4)气泡稳定时间气泡稳定时间,是将容器水注入1000ml量筒,从满刻度起到乳白色气泡消失为止的历时。
优良的释放器释放的气泡稳定时间应在4min以上。
(5)溶气利用率,是指能同悬浮粒子发生粘附的气泡量占溶解空气量的百分比。
常规压力溶气气浮的容器利用率通常不超过20%,其原因在于释放的空气大部分以大直径的无效气泡逸散。
在这种情况下,即便将溶气压力提得很高,也不会明显提高气浮效果。
相反,如能用性能良好的释放器获得性质良好的细微气泡,就完全能够在较低的溶气压力下使容器利用率大幅度提高,从而实现气浮工艺所追求的“低压、高效、低能耗”的目标。
2.1.2方案选择
按照加压水(即溶气用水)的来源和数量,压力容器气浮分为:
全部进水加压、部分进水加压和部分回流水加压三种基本流程。
在全部进水加压时,投入了混凝剂的原水加压至196~392kPa(表压),与压力管道通入的压缩空气一起进入溶气罐内,并停留2~4min,使空气溶于水。
溶气水由罐底引出,通过释放器减压后进入气浮池。
这种流程虽有溶气量大的优点,但动力消耗大,絮凝体容易在加压和溶气过程中破碎,水中的悬浮粒子容易在溶气罐填料上沉积和堵塞释放器。
因此,目前已较少采用。
仅对部分进水加压,是从源水总量中抽出10~30%作为溶气用水,其余大部分先进行混凝处理,再通入气浮池中与溶气水混合进行气浮。
这种流程的气浮池常与隔板混凝反应池合建。
它虽避免了絮凝体容易破碎的缺点,但仍有溶气罐填料和释放器易被堵塞的问题,因而也较少采用。
部分回流水加压,是从处理后的净化水中抽出10~30%作为溶气用水,而全部原水都进行混凝处理后进行气浮。
这种流程不仅能耗低,混凝剂利用充分,而且操作较为稳定,因而应用最为普遍。
由于部分回流水加压气浮在工程实践中应用较多,并且节省能源、操作稳定、资源利用较充分,所以本次设计采用部分回流水加压气浮流程。
在溶气罐的选择方面:
压力溶气气浮的供气方式可分为空压机供气、射流进气和泵前插管进气三种。
三种供气方式的选择应视具体情况而定。
一般在采用填料溶气罐时,以空压机供气为好。
反之,当受水质限制而采用空罐时,为了保证较高的溶气效率,宜采用射流进气;
而当有高性能的溶气释放器能保证较高的溶气利用率,且处理水量较小时,则以泵前插管进气较为简便、经济。
本设计由于采用空压机供气,而且采用部分回流水加压工艺,因而采用溶气效果较好的填料罐。
2.2设计工艺计算
2.2.1供气量与空压机选型
1.溶气水需用量
式中:
G/S——气固比,G/S=0.02
——最大设计进水量,
=780
=32.5
——分别为原水、出水SS浓度
=160mg/L,
=10mg/L
P——溶气压力,MPa
f——溶气效率,取0.6
——空气在水中的饱和溶解量,30℃下
=15.7L/
2.实际供气量
——实际所需供气量,L空气/d
——溶气效率,在30℃和3~5
表压下,取填料罐
=0.85
3.空压机选型
Qa′=1.25Ψ×
Qa/60000=1.25×
1.4×
9241.3/2400000=0.00673m3/min
——空压机额定供气量,
——空压机安全系数,一般取1.2~1.5,这里设计取
=1.4
1.25——空气过量系数
根据额定供气量
=0.00673m3/min和操作压力0.4MPa,
选择电动标准型EAS10空压机
2.2.2溶气罐
按过流密度计算:
1)溶气罐直径(内径)
——溶气罐内径,m
L——过流密度,
,这里取填料罐L=120
2)溶气罐高度
H=2h1+h2+h3+h4
——罐顶封头高,m.目前多采用以内径为公称直径的椭圆形封头。
按【JB1154-73】规定,封头高度与公称直径的关系:
h1:
曲面高度;
h2:
直边高度
:
壁厚。
由
=0.20m
查表取h1=100
h2=0
=12
则
——罐底封头高度
——布水区高度,取
=0.25
——溶气区高度,取
=1.0
则H=2h1+h2+h3+h4=2*0.112+0.3+1+1=2.524m
,符合高径比应大于2.5~4
选用上海环境保护设备厂生产的RG-400型溶气罐,采用阶梯环填料。
2.2.3气浮池
(1)气浮池用挡板或穿孔墙分为接触室和分离室
1接触区容积Vc
--气浮池内接触时间,T2=5min
2分离区容积Vs
--分离室内停留时间,T2=15min
3气浮池有效水深
=1.35m
4分离区面积As和长度L2
取池宽B=2.5m,则分离区长度:
L2=As/B=2.78
接触区面积Ac和长度L1
5浮选池进水管:
Dg=200,v=0.9947m/s
6浮选池出水管:
Dg=150
7集水管小孔面积S取小孔流速v1=1m/s
取小孔直径D1=0.015m,则孔数
个孔数取整数,孔口向下,与水平成45°
角,分二排交错排列
8气浮池总高:
——保护高度,取0.3~0.4m。
本设计中取
=0.3m
——有效水深,m;
——池底安装出水管所需高度,取0.3m。
图1气浮池计算草图
2.2.4附属设备
1.刮渣机选型
气浮池宽度为4m,气浮池壁厚度取400mm,则刮渣机跨度应为4+0.4=4.4m
此设计为矩形气浮池,所以采用桥式刮渣机刮渣,此类型的刮渣机适用范围一般在跨度10m以下,集渣槽的位置在池的一端。
2.集水装置
(1)进水装置
气浮池常用的进水方向为底部进水。
废水在接触室中的上升流速较小,在接触室中停留时间应大于60s。
进水管内径:
D=[4(Qmax+q)/πu]1/2=[4×
(780+111.2)/86400×
π×
1.5]1/2=0.094m=94mm
(2)集水装置
本设计中气浮池的集水装置采用
200的铸铁穿孔管。
集水管中心线局池底200mm,相邻两管中心距为0.5m,沿池长方向排列。
取6根
核算中心距:
气浮池集水管根数取6根,这每个集水管的集水量:
q0=(Qmax+q)/6=(780+111.2)/(86400×
6)=0.0069m3/s
集水孔孔口流速:
取
每个集水管的孔口总面积:
W=q0/εv0=0.0069/(0.63×
2.13)=0.0051m2
单个孔眼面积:
取d0=18mm=0.018m
则每根集水管的孔眼数:
n=w/w0=0.0012/2.54×
10-4=4.8取5个
由于孔眼沿管长开两排,两排孔的中心线呈
夹角。
集水管的有效长度L=2.62m,则孔距:
l0=L/(n0/2+1)=2.62/3.5=0.75m
3.溶气释放器
由于本设计采用回流水加压系统,回流水SS≤10mg/L,故选用TS-78-Ⅴ型高效溶气释放器。
第三章参考文献
1.《给排水设计手册》(第三册),给水排水设计手册编写组编.北京:
中国建筑工业出版社,2002;
2.《三废处理工程技术》(废水卷),化学工业出版社,2001;
3.《环保设备设计与应用》罗辉.高等教育出版社,1997;
4.《水污染控制工程》(下册),高廷耀./顾国维.周琪.高等教育出版社,2007。
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