淺層氣浮技術(shù)

1、淺層氣浮技術(shù)氣浮凈水技術(shù)在國內(nèi)外應(yīng)用廣泛。國內(nèi)應(yīng)用的氣浮裝置有分散空 氣氣浮法、電解氣浮法、壓力溶氣氣浮法等（以下簡稱傳統(tǒng)氣浮法）， 目前壓力溶氣氣浮法應(yīng)用最廣。但是近年來剛剛進(jìn)入中國市場的淺層 氣浮裝置后來居上，該裝置由美國克拉福達(dá)（Krofta）公司經(jīng)過幾十年 研究開發(fā)，本文對該裝置的結(jié)構(gòu)作一介紹。1工作原理淺層氣浮裝置的結(jié)構(gòu)如圖1所示】.術(shù)象2汎萍3屮心辭 乂水力搞頭夂井配簾 &據(jù)斗良町浚稱釧EU 9術(shù)力播頭 協(xié)廉轉(zhuǎn)雀畫M攝效盤流叢童】3一縫糕雲(yún)水管14沖央童轉(zhuǎn)冊6.WlW5#*Ci冊進(jìn)朮來 1乳三筑縄1趴三連斶20.陽氣督S 1淺%厚養(yǎng)原水通過泵1進(jìn)入氣浮裝置2的中心管3,通過

2、可旋轉(zhuǎn)的水力接 頭4和可旋轉(zhuǎn)的分配管5均勻地配入氣浮池底部，溶氣水經(jīng)過中心管 7進(jìn)入可旋轉(zhuǎn)的分配管8,與原水同步進(jìn)入氣浮池底部。9亦為一個(gè) 可旋轉(zhuǎn)的水力接頭。飽含微氣泡的溶氣水與原水在氣浮裝置的底部充 分碰撞、粘附，使原水中的微粒形成比重 <1的浮渣上升到水面而被 除去。原水的分配管5和溶氣水的分配管8被固定在同一旋轉(zhuǎn)裝置 10 上，其旋轉(zhuǎn)方向與原水進(jìn)入氣浮池底部的水流方向相反，但速度 相等。本裝置的關(guān)鍵部分是成功地利用“零速度”原理，使進(jìn)水對原 水不產(chǎn)生擾動(dòng)，固液分離在一種靜態(tài)下進(jìn)行。表面形成的浮渣層由螺旋撇渣裝置 11 收集，然后經(jīng)過排渣管 12 將其排到池外。澄清后的水由旋轉(zhuǎn)集水管

3、 13 收集后排到池外，集水 管 13 與中央旋轉(zhuǎn)部分 14 連在一起，這樣原水在氣浮池中的停留時(shí)間 就是中央旋轉(zhuǎn)部分的回轉(zhuǎn)周期。連在旋轉(zhuǎn)行走裝置上的刮板將池底和池壁上的沉泥刮到泥斗 6 中，定期排放。另外一項(xiàng)重要的改進(jìn)就是固定在旋轉(zhuǎn)行走架 10 上相互之間有一 定間距的一組同心錐形板裝置 15，與配水部分一起沿氣浮池同步旋 轉(zhuǎn)。每相鄰兩塊錐形板組成一個(gè)傾斜的環(huán)行氣浮區(qū)域16，該區(qū)域內(nèi)水時(shí)刻處于層流狀態(tài)，加速了顆粒雜質(zhì)隨微氣泡的上升速度。淺層氣浮裝置還包括一對并聯(lián)運(yùn)行的溶氣管20（ 簡稱 ADT'S），進(jìn)水泵 17的壓力較低，只需 202.6 kPa 。進(jìn)水首先通過與兩個(gè) ADT

4、9; S連接的三通閥18, ADT S的另一端布置溶氣出水口。壓縮空氣也 經(jīng)過一個(gè)三通閥19與壓力水在同一端進(jìn)入ADT S,壓縮空氣的壓力 一般為 707.8 kPa 。所有的三通閥靠一只調(diào)節(jié)器聯(lián)動(dòng)，正常運(yùn)行時(shí)， 一只ADT的進(jìn)、出水口均被打開釋放溶氣水，而進(jìn)氣口被關(guān)閉；同時(shí) 另一只ADT的進(jìn)水口和出水口被關(guān)閉，壓縮空氣通過 2040卩m的 微孔不銹鋼板進(jìn)入ADT靠壓縮空氣的壓力將空氣溶于水中，而不是 靠水的壓力。水沿著切線方向高速進(jìn)入 ADT中，流速可達(dá)10 m/s ,壓力水在ADT中呈螺旋狀前進(jìn)，達(dá)995 r/min，進(jìn)水口可以調(diào)節(jié)，以便控制流量和流速。2淺層氣浮與傳統(tǒng)氣浮裝置的比較 傳統(tǒng)

5、氣浮裝置中，池深一般為 2.0 2.5 m，這是因?yàn)樵O(shè)備是靜止的，水體是運(yùn)動(dòng)的。水體從反應(yīng)室進(jìn)入接觸區(qū)時(shí)會(huì)產(chǎn)生流向的改 變和流速的重新分布，即把水流轉(zhuǎn)變成均勻向上的流動(dòng)，這就需要有 一定的時(shí)間和高度來完成這一變化，其高度一般不低于1.5 m。而淺層氣浮由于“零速度”原理的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備是運(yùn)動(dòng)的，水體是靜 止的，消除了由于水體的擾動(dòng)對懸浮顆粒與水分離的影響，降低了對高度的要求；另外在傳統(tǒng)氣浮裝置中，難免有泥砂或絮粒沉于池底，為防止帶出池底的泥砂，出水管一般懸高 300 mm而在淺層氣浮裝 置中，由于池底設(shè)置了刮泥裝置，因此不需設(shè)置懸高段。通過以上分 析，淺層氣浮裝置的有效水深一般為 400 5

6、00 mm 傳統(tǒng)氣浮裝置中，水體的停留時(shí)間一般控制在1020 min ;而淺層氣浮裝置中，停留時(shí)間只需 23 min ) 傳統(tǒng)氣浮裝置中，溶氣系統(tǒng)配備的是溶氣罐，若按溶氣罐的實(shí) 際容積來計(jì)算，其水力停留時(shí)間為 24 min ;而淺層氣浮裝置中， 溶氣系統(tǒng)采用的是溶氣管，取消了填料，使溶氣管的容積利用率達(dá) 100%其水力停留時(shí)間只有1015 s。 在傳統(tǒng)氣浮裝置中，刮渣器定期對浮渣層進(jìn)行清除，無法根 據(jù)浮渣的浮起時(shí)間進(jìn)行有選擇性的清理，因此不但對水體有較大的擾動(dòng)，而且浮渣的含水率也較大；在淺層氣浮裝置中，螺旋撇渣器安裝在配水系統(tǒng)的前部，清除的浮渣總是氣浮池內(nèi)浮起時(shí)間最長（23min） 的浮渣，即

7、固液分離最徹底、含水率最小的浮渣。通過以上分析和比較， 淺層氣浮裝置和傳統(tǒng)氣浮裝置有本質(zhì)的區(qū) 別，其優(yōu)越的技術(shù)性能已逐漸受到國內(nèi)用戶和環(huán)保界人士的重視。 如 果能加快該技術(shù)的引進(jìn)并使之國產(chǎn)化， 必將帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社 會(huì)效益。淺除鹽技術(shù)介紹淺除鹽水處理技術(shù)就是根據(jù)工藝要求 , 不完全處理水中鹽類物 質(zhì)的一種新技術(shù)，具體地說就是對水質(zhì)影響不大的 SiOa2-不作處理。 這種技術(shù)特別適用于工業(yè)鍋爐的水處理 （工業(yè)鍋爐的給水一般只作軟 化處理 ） , 與常規(guī)的軟化處理相比工藝系統(tǒng)相近 , 但運(yùn)行費(fèi)用可大幅 降低, 在有氨源的企業(yè)特別適合 ,它是在原來的軟化處理系統(tǒng)基礎(chǔ)上 進(jìn)行改造 , 具有投資省

8、、改造工程量小的特點(diǎn) , 能使水質(zhì)由軟化水提 質(zhì)為淺除鹽水。下面將對該項(xiàng)技術(shù)做詳細(xì)介紹：1、淺除鹽技術(shù)工藝特點(diǎn)（1）淺除鹽技術(shù)為局部脫鹽工藝。所謂“淺除鹽水”為 : 處理后 水質(zhì)導(dǎo)電率為10100卩s/cm （含鹽量560mg/L ）,比除鹽水（含 鹽量在15 mg/L ）稍差。除鹽水的脫鹽率為98%左右，淺除鹽水 為90%- 95% ,淺除鹽屬于部分脫鹽。（2）出水具有一定的酸度。常用的淺除鹽工藝為 : 前置陽床 （弱 酸樹脂）t陽床t陰床（弱堿樹脂）t除碳器t淺除鹽水箱。由此可 見, 淺除鹽只能除去水中的強(qiáng)酸性陰離子 （SO42- 、Cl- 、NO3-） , 而水 中的弱酸陰離子 （HSi

9、O3- 、HCO3- ） 則不變, 因此, 出水呈酸性 , 這是 由弱堿樹脂的特性所決定的。（3）工作交換容量高 , 系統(tǒng)運(yùn)行周期長。 淺除鹽使用交換容量高 的弱酸樹脂 （前置陽床） 和弱堿樹脂。制水時(shí) , 前置陽床處理碳酸鹽 硬度, 減輕了陽床負(fù)擔(dān) , 陰床內(nèi)為特種弱堿樹脂 , 這樣能充分發(fā)揮 弱型樹脂交換容量高的優(yōu)點(diǎn) , 使系統(tǒng)運(yùn)行周期長 , 水質(zhì)穩(wěn)定。（4）強(qiáng)酸樹脂的再生廢液再生弱酸樹脂 , 再生比耗低 , 廢酸排 放量少, 經(jīng)濟(jì)性好。 前置陽床與陽床一同串聯(lián)再生。 再生時(shí) , 全部再 生液首先通過陽床 , 再進(jìn)入前置床 , 對陽床中的強(qiáng)酸樹脂來說為過 量再生（再生比耗 215 310）

10、 , 再生度大大提高 , 而整個(gè)陽床、前 置床的比耗僅為 110, 比較經(jīng)濟(jì)。同時(shí), 廢酸排放濃度低 , 排放量少, 有利于防止環(huán)境污染和降低廢液的處理成本。（5）陰床一般采用低濃度氨水或化肥生產(chǎn)中的廢碳銨液再生 , 這對具有氨源的化肥生產(chǎn)企業(yè)比較適合 , 可實(shí)現(xiàn)原料自給 , 并可有效利用化肥生產(chǎn)過程產(chǎn)生的廢碳銨液解決了廢碳銨液出路及污染問 題，變廢為寶，經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)保效益明顯。（6）系統(tǒng)簡單、操作方便、運(yùn)行可靠。2、應(yīng)用淺除鹽技術(shù)對原有軟化水處理系統(tǒng)進(jìn)行改造2. 1 改造前的水處理（軟化）工藝流程圖（見圖1）31-氫育子交換罟2- KAS 工中間水帕4-【融離子?jì)I器 s-子交換辯6-死札箱7

11、-中何惡8-軟K泵圖1二級鈉離子交換軟化水處理工藝流程圖工業(yè)水經(jīng)氫離子交換器和I、 H級鈉離子交換器處理后，軟化水 的硬度10卩g-N/L。軟化水進(jìn)入鍋爐汽包后，經(jīng)蒸發(fā)濃縮使鍋爐爐水 的堿度增高，增加了金屬苛性脆化的可能性，需增大排污率；另外 水中的Cc2+、Mg+等金屬離子由Na取代，軟水中的陽離子主要是 Na+,而陰離子如SQ2-、CI-等未處理，使處理水中的總固形物比原 水有所增加，總含鹽量有所增加。因而在蒸汽中溶解度較大的NaCI、NaSQ就成為蒸汽溶解攜帶的主要物質(zhì)。攜帶量隨壓力的提高而增大 形成了蒸汽污染導(dǎo)致蒸汽用戶化肥系統(tǒng)觸媒結(jié)塊、活性降低，管道堵 塞和腐蝕。針對上述問題，采用淺

12、除鹽水處理新技術(shù)，以原有的軟化 水處理系統(tǒng)為基礎(chǔ)進(jìn)行改造，成功地解決了水質(zhì)差的問題，使給水由 軟化水提質(zhì)為淺除鹽水，滿足了工藝要求，并對系統(tǒng)再生排廢酸的問 題進(jìn)行完善，使給水成本大幅度降低。2. 2改造后的淺除鹽水處理系統(tǒng)2. 2. 1 圖2給出了改造后淺除鹽系統(tǒng)工藝流程圖1-前氫薦子妬器2-寸子交換器3-特種霸械陰離予交換器4-脫碳器5-中間水輻6-鮭水箱7-中間水靈8-除鹽忒泵團(tuán)2桟除鹽朮處關(guān)T.藝淀科不直團(tuán)經(jīng)過上述系統(tǒng)有效處理，水中的陽離子、陰離子（硅酸鹽離子除 外）均得到有效處理，出水的硬度W 5卩g-N/L、電導(dǎo)率w 15卩 s/cm。2. 2. 2改造說明 將原有系統(tǒng)的I級鈉離子交

13、換器，經(jīng)防腐處理后改造成陰床內(nèi)裝徐州水處理研究所專利產(chǎn)品大孔型特種弱堿樹脂，四臺(tái)陰床, 二開二備。陰床再生用合成氨分廠的廢銨液作再生劑 , 其氨濃度應(yīng)保 持 1% （ 質(zhì)量分?jǐn)?shù) ） 左右。 脫碳器后置。 按常規(guī)設(shè)計(jì) , 脫碳器應(yīng)在陰床前 , 但是陽床前加 了前置陽床 , 而工業(yè)水壓力僅 0. 2M Pa, 滿足不了工藝要求 , 因而 將脫碳器放在聯(lián)床后 , 其原有的中間水箱與除鹽水箱連通。 陽床不作改動(dòng)。 增設(shè)前置床。將原有的三臺(tái)級鈉床拆除，更新為三臺(tái)52000的 陽床, 內(nèi)裝 D113 大孔型弱酸樹脂。 陰床再生仍用硫酸再生。因?yàn)樵械年柎灿?%的硫酸溶液再生，其再生酸比耗2.5,即有60%

14、勺pH值在12之間的廢酸排放，造 成很大浪費(fèi) ; 另外排出的廢酸雖經(jīng)中和池中的螢石處理 , 但是仍達(dá) 不到排放標(biāo)準(zhǔn) , 對排水管道設(shè)施造成嚴(yán)重腐蝕 , 廢酸水滲漏使排出 線管網(wǎng)及周圍多處地基下沉 , 設(shè)備傾斜 , 給公司生產(chǎn)造成很大的損 失和許多不安全隱患。 設(shè)置前置陽床后 , 陽床再生后的廢液經(jīng)前置床 再生吸收利用 , 由于前置陽床內(nèi)裝的樹脂的特性 , 可以使排出廢液 接近中性, 達(dá)到不排酸, 既使陽床再生用的硫酸溶液得到充分利用 , 又保證了前置陽床的再生 , 提高了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性 , 滿足環(huán)保要求。2. 2. 3 改造前后水質(zhì)指標(biāo)比較見表 2。表 2 改造前后水質(zhì)指標(biāo)比較嗔H軟化水： &#

15、39;.f/r -屮)20120電導(dǎo)筆/站E - QU d15i6O JiSQmol - L*1510規(guī)Unroot l._ia 2 a 6ClL 5匚含也fng2 5E 206 5:6 S3應(yīng)用中注意事項(xiàng)雖然淺除鹽水處理技術(shù)在一些中小型氮肥廠得到推廣，但有些 單位采用該技術(shù)后系統(tǒng)運(yùn)行并不十分理想，主要原因是沒有很好掌 握淺除鹽技術(shù)的特點(diǎn)，對淺除鹽出水水質(zhì)、應(yīng)用范圍認(rèn)識(shí)不足。在實(shí) 際應(yīng)用中，應(yīng)重點(diǎn)注意以下幾方面的問題。3.1 淺除鹽水處理出水呈酸性陽床酸性來水經(jīng)弱堿陰床后，水中的強(qiáng)酸陰離子被除去，而H2CQ、HSiQ不變，再經(jīng)除碳器除去大部分 CQ后，出水仍呈酸性。陰 床出水pH值一般在5.0

16、左右，經(jīng)脫碳（脫除二氧化碳）后，出水pH值 在6.5左右，這樣的水腐蝕相當(dāng)厲害，無法單獨(dú)使用。所以，淺除鹽 系統(tǒng)必須采取在除碳器后加氨水或氫氧化鈉來調(diào)節(jié) pH值，保證淺除 鹽水pH值在8.59.2范圍，滿足鍋爐及化工設(shè)備水質(zhì)要求。3.2 鍋爐爐水pH值偏低淺除鹽屬局部除鹽，含鹽量相對較高，它含各種雜質(zhì)，特別是 這種工藝硅化物基本不除，除鹽水中還可能有離子交換樹脂的碎片 等有機(jī)物。這些雜質(zhì)進(jìn)入鍋爐后 , 在爐內(nèi)高溫高壓下分解形成無機(jī)強(qiáng) 酸和低分子有機(jī)酸 , 使?fàn)t水的 pH 值下降。雖然淺除鹽工藝采用加氨 水來調(diào)節(jié)給水pH值，保護(hù)供水管網(wǎng)，但氨水是揮發(fā)性弱堿，進(jìn)入鍋 爐后，氨受熱又揮發(fā)到蒸汽中，使

17、爐水pH值下降。爐水pH值一般在 8.59.0之間，有的甚至更低。許多單位沒有注意到采用淺除鹽后 爐水pH值的變化，未采取有效措施，造成鍋爐酸性腐蝕。3.3 蒸汽中硅含量的控制該技術(shù)不除硅。淺除鹽水作為鍋爐補(bǔ)水 , 當(dāng)鍋爐濃縮倍率提高 , 排污減少時(shí) , 爐水的含硅量也隨著升高 , 使蒸汽含硅量超標(biāo)。所以 , 必須通過試驗(yàn) , 確定合理的鍋爐排污率 , 控制爐水中硅含量在一定 范圍, 防止鍋爐形成硅垢。當(dāng)原水中硅含量較高且對水質(zhì)要求高時(shí) , 要考慮進(jìn)一步除硅。 一般情況下 , 該技術(shù)對中、 低壓鍋爐 , 特別是以 供熱為主 , 冷凝液回收量少或不回收的工業(yè)鍋爐都適用。3.4 合理應(yīng)用前置床水處

18、理技術(shù)目前 , 在淺除鹽工藝中 , 為減輕陽床負(fù)擔(dān) , 提高周期產(chǎn)水量 , 大部分設(shè)有前置陽床。前置陽床內(nèi)樹脂一般為 D113 弱酸陽離子交換 樹脂, 這樣可以發(fā)揮弱酸樹脂工作交換容量大、 易再生的優(yōu)點(diǎn) , 但在 使用中要注意以下幾點(diǎn)。(1) 弱酸樹脂只能除去碳酸鹽 , 不能除去非碳酸鹽 , 因此 , 該 工藝適宜于碳酸鹽硬度高 , 非碳酸鹽硬度低的原水。 一般認(rèn)為 , 碳酸 鹽硬度與總陽離子的比值大于 0.5 時(shí)經(jīng)濟(jì)效益最好。實(shí)際使用中 , 雖 然不在這一范圍，但只要碳酸鹽硬度200 mg/L (以CaCO計(jì))，效 益也很好。(2) 弱酸樹脂的再生用強(qiáng)酸樹脂再生排出的酸再生 , 因此 , 對 流再生和順流