(1) Concepto básico
El método de tratamiento por flotación de aire consiste en hacer pasar aire al agua residual y precipitarlo del agua en forma de pequeñas burbujas para convertirse en un portador, de modo que El aceite emulsionado y las partículas microscópicas en las aguas residuales. Los contaminantes, como las partículas suspendidas, se adhieren a las burbujas y flotan en la superficie del agua junto con las burbujas para formar una mezcla trifásica de espuma, aire, agua y partículas (aceite). espuma o espuma, se consigue el propósito de separar impurezas y purificar las aguas residuales. El método de flotación se utiliza principalmente para tratar aceite emulsionado o pequeñas partículas suspendidas con una densidad relativa cercana a 1 en aguas residuales que son difíciles de eliminar mediante sedimentación natural o flotación.
(2) Principios básicos de la flotación por aire
1. La relación entre la flotación de flóculos cargados de aire y la carga superficial de flotación de aire
El flóculo con Las burbujas adjuntas son Cuando flota en el agua, se verá afectado por fuerzas externas como la gravedad G y la flotabilidad F desde una perspectiva macro. La velocidad de flotación de los flóculos cargados de aire se puede derivar de la segunda ley de Newton. La velocidad de flotación depende de la diferencia de densidad entre los flóculos cargados de agua y los de aire, el diámetro (o diámetro característico) de los flóculos cargados de aire y la temperatura y el flujo. patrón del agua. Si la proporción de burbujas en los flóculos cargados de aire es mayor, la densidad de los flóculos cargados de aire será menor y su diámetro característico aumentará en consecuencia. Este cambio en los dos puede aumentar en gran medida la velocidad de flotación.
Sin embargo, en el flujo de agua real, el tamaño de los flóculos cargados de aire varía y la resistencia causada por ellos cambia constantemente. Al mismo tiempo, la fuerza externa también cambia durante la flotación del aire, por lo que. el cuerpo de formación de burbujas y la velocidad de flotación también cambian constantemente. La velocidad de flotación específica se puede determinar experimentalmente. La carga superficial de la flotación por aire se puede determinar en función del valor de velocidad de flotación medido. La velocidad de flotación debe determinarse en función de los requisitos de descarga de agua.
2. La adhesión de los flóculos a las burbujas en el agua
Como se mencionó anteriormente, los principales objetos de separación de contaminantes en el agua mediante el método de tratamiento por flotación de aire generalmente son de dos tipos: reacción de coagulación de los flóculos. y monómeros de partículas. Durante el proceso de flotación por aire, las burbujas se pueden combinar con los flóculos coagulados y los monómeros de partículas de tres maneras: soporte de burbujas, atrapamiento de burbujas y adsorción de partículas de aire. Obviamente, la fuerza del atrapamiento y la adhesión entre ellos, es decir, la firmeza de la combinación de gas y partículas (incluidos los desechos de flóculos), no sólo está relacionada con la forma de las partículas y los flóculos, sino, lo que es más importante, con el agua y gas, Influencia de las propiedades de la interfaz trifásica de partículas. El contenido de agentes activos en el agua, la dureza del agua y la concentración de sólidos en suspensión están estrechamente relacionados con la fuerza de flotación de las burbujas. La calidad del funcionamiento de la flotación por aire está fundamentalmente relacionada con esto. En aplicaciones prácticas, se debe ajustar la calidad del agua.
3. Formación y características de las burbujas en el agua
El tamaño y la intensidad de las burbujas formadas dependen de diversas condiciones de uso y de la tensión superficial del agua cuando se libera aire. (La tensión superficial es un par de fuerzas iguales y opuestas que actúan respectivamente sobre las partes de contacto de la capa superficial. Su dirección de acción siempre es tangente a la superficie del líquido).
(1) Cuanto más pequeña es la burbuja Radio, cuanto mayor sea la presión adicional dentro de la burbuja, más probable será que las moléculas de aire en la burbuja choquen con la película de la burbuja y más violenta será. Por tanto, para obtener microburbujas estables, se debe garantizar la resistencia de la película de burbujas.
(2) Las burbujas son pequeñas, la velocidad de flotación es rápida, la perturbación en el cuerpo de agua es pequeña y el flóculo no se aplastará. Y puede aumentar la probabilidad de colisión entre burbujas y flóculos. Pero no es que cuanto más finas sean las burbujas, mejor las burbujas demasiado finas afectarán la velocidad de flotación, afectando así el tamaño del tanque de flotación y el coste del proyecto. Además, agregar una cierta cantidad de surfactante puede reducir efectivamente el coeficiente de tensión superficial del agua, fortalecer la solidez de la película de burbujas y hacer que r sea más pequeño.
(3) Agregar sales inorgánicas altamente solubles al agua puede debilitar la solidez de la película de burbujas, haciendo que las burbujas sean propensas a estallar o agrandarse.
4. El papel y la influencia de los tensioactivos y coagulantes en la separación por flotación
(1) La influencia de las sustancias tensioactivas
Como la falta de superficie en agua Cuando se utilizan sustancias activas, las burbujas pequeñas siempre tienen tendencia a atravesar la pared de la burbuja y fusionarse con las burbujas grandes, destruyendo así la estabilidad del cuerpo flotante de aire. En este momento, es necesario agregar un agente espumante al agua para asegurar la estabilidad de las burbujas durante la operación de flotación por aire. Los llamados agentes espumantes son en su mayoría tensioactivos compuestos de moléculas polares y no polares. El símbolo de la estructura molecular de los tensioactivos generalmente está representado por 0, y el extremo redondo representa el grupo polar, que es fácilmente soluble en agua y se extiende en el agua. (Porque el agua es una molécula altamente polar); la cola representa un grupo no polar, que es un grupo hidrófobo y se extiende hacia las burbujas. Debido a la repulsión mutua de cargas del mismo signo, que evita la fusión y el colapso de las burbujas y mejora la estabilidad de la espuma, la mayoría de los tensioactivos también son agentes espumantes.
Cuando se tratan aguas residuales con bajo contenido de contaminantes orgánicos mediante flotación de aire, la dispersión de las burbujas y la estabilidad de la espuma son necesarias cuando sea posible (como en la filtración por flotación de aire de agua potable).
Sin embargo, cuando su concentración excede un cierto límite, debido al aumento de sustancias tensioactivas, la tensión superficial del agua disminuye, las partículas contaminantes en el agua se emulsionan seriamente y el potencial superficial aumenta. tensioactivos con la misma carga que las partículas contaminantes. Gire hacia el lado opuesto. En este momento, aunque el fenómeno de formación de espuma es fuerte y la formación de espuma es estable, las partículas de aire no se adhieren bien y el efecto de flotación de aire se vuelve bajo. Por lo tanto, cómo controlar el contenido óptimo de sustancias tensioactivas en el agua se ha convertido en uno de los temas importantes que deben discutirse en el tratamiento por flotación de aire.
(2) Flóculo cargado producido mediante la adición de coagulante
Para aguas residuales industriales que contienen impurezas de partículas hidrófilas finamente dispersas (como pulpa, lodo de carbón, etc.), se utiliza tratamiento de gas durante la flotación. Para el tratamiento, además del método antes mencionado de agregar coagulantes electrolíticos para la neutralización de la carga superficial, también se pueden agregar agentes de flotación al agua (o presentes en el agua), y la superficie hidrófila de las partículas también se puede cambiar a propiedades hidrófobas. la capacidad de adherirse a las burbujas. Cuando el extremo polar del agente de flotación (también un tensioactivo compuesto por moléculas anfifílicas) se adsorbe en la superficie de las partículas hidrófilas, su extremo no polar mira hacia el agua, de modo que la sustancia con la superficie hidrófila se transforma en hidrófoba, permitiendo que se adhiera a las burbujas de aire y flote hacia la superficie con ellas.
Existen muchos tipos de agentes de flotación. El hecho de que puedan funcionar cuando se usan depende primero de si su extremo polar puede adherirse a la superficie de los contaminantes hidrófilos, y también depende de la fuerza de su fuerza de unión con las burbujas. de la longitud de su cadena terminal no polar.
Por ejemplo, el agente de flotación utilizado al separar el carbón pulverizado de las aguas residuales del lavado de carbón es aceite ligero desfenolizado, aceite medio, diésel, queroseno o aceite de pino.
(3) Formas de tecnología de flotación por aire
Se han desarrollado una variedad de formas de tecnología de purificación de agua por flotación de aire. Según el método de generación de burbujas, se puede dividir en: método de distribución de aire, flotación por aire (incluido el método de aire roto con rotor, método de distribución de aire por microporos, método de flotación por aire difuso con impulsor, etc.) método de flotación por aire electrolítico (); incluyendo el método de flotación biológica por aire), flotación química de gas disuelto (incluyendo flotación por aire al vacío, flotación por aire a presión, aire completamente disuelto, aire disuelto parcial y aire disuelto a reflujo parcial).
1. Flotación por aire
La flotación por aire es un método de flotación que utiliza fuerza de corte mecánica para romper el aire mezclado con agua en pequeñas burbujas. Según los diferentes métodos de trituración de burbujas, la flotación por aire con distribución de aire se divide en cuatro tipos: flotación por succión con tubería de succión de bomba de agua, flotación por aire a chorro, flotación por aireación con placa de difusión y flotación por aire con impulsor.
(1) La tubería de succión de la bomba de agua aspira aire para la flotación.
Este es el método de flotación más simple. Debido a las limitaciones de las características de trabajo de la bomba de agua, la cantidad de aire aspirado no debe ser demasiado, generalmente no más del 10% de la absorción de agua (en volumen), de lo contrario se producirá el trabajo de presión negativa de la tubería de succión de la bomba de agua. será destruido. Además, las burbujas no se rompen por completo en la bomba de agua, el tamaño de las partículas es grande y el efecto de flotación de aire no es bueno. Este método se utiliza para tratar aguas residuales aceitosas después de pasar por el tanque de eliminación de aceite. generalmente del 50% al 65%.
(2) Flotación por aire a chorro
Uso de un chorro de aire que transporta agua para mezclar aire con las aguas residuales para la flotación por aire. El flujo de agua a alta velocidad expulsado desde la boquilla del chorro crea una presión negativa en la cámara de succión y succiona aire del tubo de succión. Después de que la mezcla de agua y aire ingresa a la sección de la garganta, se produce un intenso intercambio de energía y el aire se expulsa. triturada en pequeñas burbujas y luego difundida en sección, la energía cinética se convierte en energía potencial, lo que comprime aún más las burbujas, aumenta la solubilidad del aire en el agua y finalmente ingresa al tanque de flotación de aire para la separación aire-agua. El tamaño y los parámetros relacionados de cada parte del eyector generalmente se determinan mediante experimentos para determinar el tamaño óptimo.
(3) Flotación de aire con placa de difusión
Este tipo de flotación de aire con tela es más tradicional. El aire comprimido pasa a través de una placa de difusión o un tubo de difusión con poros finos, lo que hace que el aire se filtre. Se forman pequeñas burbujas en el agua, pero los microporos del dispositivo de difusión son demasiado pequeños y se obstruyen fácilmente. Si el tamaño de los poros de la microplaca es demasiado grande, se debe agregar surfactante para formar pequeñas burbujas utilizables, lo que limita el uso de este método. Sin embargo, el aireador microporoso de membrana elástica desarrollado en los últimos años ha superado las deficiencias de que los microporos del dispositivo de difusión se bloquean fácilmente o tienen diámetros de poro grandes. El disco microporoso hecho de material elástico microporoso desempeña el papel de expansión y cierre.
(4) Flotación de aire del impulsor
El impulsor gira a alta velocidad impulsado por el motor, formando una presión negativa debajo de la cubierta para aspirar aire que ingresa a través del pequeño orificio. La cubierta bajo la agitación del impulsor, el aire se tritura en finas burbujas y se mezcla completamente con agua para formar una mezcla de agua y aire. Después de que la placa rectificadora estabiliza el flujo, se eleva suavemente verticalmente en el cuerpo de la piscina. para flotación por aire. La espuma formada se raspa continuamente fuera del tanque mediante un raspador que gira lentamente.
El diámetro del impulsor es generalmente de 200~400 mm, con un máximo de no más de 600~700 mm.
La velocidad del impulsor suele ser de 900 a 1500 r/min y la velocidad lineal circunferencial es de 10 a 15 m/s. La profundidad de llenado de agua del tanque de flotación por aire es generalmente de 1,5 a 2,0 m, pero no más de 3 m, dependiendo de la cantidad de aire inhalado. La distancia entre el impulsor y las palas guía también puede afectar el volumen de entrada de aire. La práctica ha demostrado que si la distancia supera los 8 mm, el volumen de entrada de aire se reducirá considerablemente.
Este tipo de equipo de flotación por aire es adecuado para el tratamiento de aguas residuales con pequeño volumen de agua y alta concentración de contaminantes. El efecto de eliminación de aceite generalmente puede alcanzar alrededor del 80%. La ventaja de la distribución y flotación de aire es que el equipo es simple y fácil de implementar. Pero su principal desventaja es que el aire no se tritura lo suficiente y las burbujas formadas son de mayor tamaño, generalmente no menos de 0,1 mm. De esta manera, bajo la condición de un cierto volumen de suministro de aire, el área de superficie de las burbujas es pequeña y, debido al gran diámetro de las burbujas, la rápida velocidad de movimiento y el corto tiempo de contacto entre las burbujas y los contaminantes, ser eliminado, estos factores hacen que la flotación de aire de la tela no pueda lograr un efecto de eliminación eficiente.
2. Flotación por aire disuelto
En función del tipo y naturaleza de la materia en suspensión contenida en las aguas residuales, el grado de depuración del agua tratada y el método de presurización, existen tres básicos procesos:
(1) Método de flotación por aire disuelto de proceso completo
El método de flotación por aire disuelto de proceso completo presuriza todas las aguas residuales con una bomba de agua e inyecta aire antes o después de la bomba. En el tanque de aire disuelto, el aire se disuelve en las aguas residuales y luego las aguas residuales se envían al tanque de flotación de aire a través de la válvula reductora de presión. Se forman muchas burbujas pequeñas en las aguas residuales y se adhieren al aceite emulsionado o a los sólidos suspendidos en las aguas residuales y escapan de la superficie del agua, formando espuma en la superficie del agua. Utilice un raspador para descargar continuamente la espuma en el tanque de espuma y luego descargarla fuera de la piscina a través de la tubería de espuma. Las aguas residuales tratadas se descargarán a través del vertedero de desbordamiento y la tubería de salida.
Las ventajas del método de flotación por aire disuelto de todo el proceso: ① La cantidad de aire disuelto es grande, lo que aumenta la posibilidad de contacto entre las partículas de aceite o las partículas suspendidas y las burbujas ② En las mismas condiciones de tratamiento; Con la misma cantidad de agua, es más eficiente que el reflujo parcial de aire disuelto. El tanque de flotación requerido para el método de flotación es pequeño, lo que reduce la inversión en infraestructura. Sin embargo, dado que todas las aguas residuales pasan a través de la bomba de presión, el grado de emulsificación de las aguas residuales oleosas aumenta y la bomba de presión y el tanque de gas disuelto requeridos son mayores que los de los otros dos procesos, por lo que la inversión y el consumo de energía operativa son menores. grande.
(2) Método de flotación por aire disuelto parcial
El método de flotación por aire disuelto parcial consiste en tomar parte del agua residual para presurizar y disolver el aire, y el agua residual restante ingresa directamente a la flotación por aire. tanque y se almacena en el tanque de flotación de aire mezclado con aguas residuales de gas disuelto. Sus características son: ① La bomba de presión requerida por el método de flotación de aire disuelto de todo el proceso es más pequeña, por lo que el consumo de energía es menor ② La cantidad de aceite emulsionado causado por la bomba de presión es menor que la del aire disuelto de todo el proceso; método de flotación: ③ El tamaño del tanque de flotación es el mismo que el del método de flotación de aire disuelto de todo el proceso. El método de flotación de aire disuelto de todo el proceso es el mismo, pero más pequeño que el método de flotación de aire disuelto de reflujo parcial.
(3) Método de flotación de aire disuelto por reflujo parcial
El método de flotación de aire disuelto por reflujo parcial consiste en tomar una parte del efluente después de la eliminación del aceite y devolverlo para presurizar y disolver el aire. Después de la descompresión, ingresa directamente al tanque de flotación y se mezcla y flota con las aguas residuales aceitosas del tanque de floculación. El flujo de retorno es generalmente del 25% al 100% del agua residual aceitosa. Sus características son: ① La cantidad de agua a presión es pequeña y se ahorra consumo de energía; ② No se promueve la emulsificación durante el proceso de flotación por aire; ③ Las flores de alumbre se forman bien y hay menos floculación en el efluente; El tanque de flotación es más grande que los dos procesos anteriores. Para mejorar el efecto del tratamiento de la flotación por aire, a menudo se agrega coagulante o agente de flotación al agua residual. La dosis varía según la calidad del agua y generalmente se determina mediante experimentos.
(4) El equipo principal de flotación por aire disuelto presurizado.
El método de aire disuelto presurizado tiene dos métodos de entrada de aire, a saber, la entrada de aire antes de la bomba y la entrada de aire después de la bomba. Para el aire delante de la bomba, se conduce una tubería desde la tubería de presión de la bomba de agua de regreso a la tubería de succión y se instala un eyector hidráulico en la tubería de bifurcación, lo que elimina la necesidad de un compresor de aire. Cuando el agua residual pasa a través del eyector hidráulico, crea una presión negativa. Después de aspirar el aire y mezclarlo con el agua residual, se envía al tanque de aire disuelto a través de la tubería de succión de agua y la bomba de agua. Este método es relativamente simple y el agua y el aire se mezclan uniformemente, pero la bomba de agua debe utilizar una entrada de agua autocebante y mantener una altura de agua de más de 1 m. Además, el volumen máximo de succión de aire no puede ser superior al 10% del volumen de succión de agua de la bomba de agua. De lo contrario, la bomba de agua funcionará de manera inestable y se producirá cavitación. La entrada de aire detrás de la bomba suele realizarse a través de aire comprimido a través de la tubería de agua a presión. Este método hace que la bomba de agua funcione de manera estable y no requiere trabajar bajo presión positiva, pero sí requiere que un compresor de aire suministre aire.
Existen dos indicadores técnicos principales de desempeño para evaluar el sistema de gas disuelto: la eficiencia instantánea del gas y el consumo de energía unitario. Hasta ahora, la teoría de la doble membrana se acerca relativamente a la realidad al explicar la transferencia de masa de gases a líquidos. Según la teoría de la doble membrana, la principal resistencia al proceso de transferencia de masa de gases insolubles proviene de la película líquida, mientras que la resistencia a la transferencia de masa en la película de gas puede ignorarse en comparación. Es decir, para fortalecer el proceso de gas disuelto, además de suficiente fuerza impulsora de transferencia de masa, la clave es expandir la interfaz de la fase líquida o reducir el espesor de la película líquida.
Pero, de hecho, es difícil tener una película de flujo laminar estable en una interfaz libre con turbulencias severas. Por lo tanto, surgió la teoría de renovación aleatoria de la superficie. Esta teoría aumenta la tasa de renovación de la superficie. Es decir, cuando se considera la transferencia de masa en la interfaz de contacto gas-líquido, la fase gaseosa y la fase líquida fluyen hacia la interfaz de renovación gaseosa y líquida. difusión de corrientes parásitas por unidad de tiempo factores cualitativos, acercando así la teoría y la práctica.
(5) Proceso de flotación por aire disuelto presurizado
El método de flotación por aire disuelto presurizado es el más utilizado en el país y en el extranjero. En la actualidad, el método de flotación por aire a presión es el más utilizado. En comparación con otros métodos, tiene las siguientes ventajas:
En condiciones presurizadas, la solubilidad del aire es grande y la cantidad de burbujas utilizadas para la flotación de aire es grande, lo que puede garantizar el efecto de flotación de aire;
El gas disuelto se libera por descompresión repentina, y las burbujas generadas no solo son finas, uniformes en tamaño de partícula, densas, sino también estables al flotar, causando poca alteración al líquido, por lo que es especialmente adecuado para separación sólido-líquido de flóculos sueltos y partículas finas;
El proceso y el equipo son relativamente simples y fáciles de manejar y mantener, especialmente el tipo de reflujo parcial, el efecto del tratamiento es significativo y estable, y puede en gran medida; ahorrar consumo de energía.
La bomba de agua autorreguladora de la piscina eleva el agua bruta a la piscina de reacción. El floculante se coloca en la tubería de succión de agua (frente a la bomba) y se mezcla en el tanque de reacción a través del impulsor para la floculación. La fuerza y el tiempo de reacción del tanque de reacción deben ajustarse según la naturaleza del agua residual. El agua floculada después de la reacción ingresa al área de contacto del tanque de flotación de aire y se mezcla con el agua de aire disuelto liberada por el liberador de aire disuelto. En este momento, los flóculos y las microburbujas en el agua chocan y se adhieren entre sí, formando. Los flóculos cargados de aire que flotan y flotan se llevan a cabo en el área de separación, y el raspador de escoria raspa el lodo que flota en la superficie del agua hasta el tanque de descarga de escoria y lo descarga. El agua limpia se recoge a través de la tubería de recogida de agua perforada hacia el tanque de recogida de agua y luego sale. Parte del agua limpia es presurizada por la bomba de agua de retorno y luego ingresa al tanque de gas disuelto en el tanque, entra en contacto y se disuelve con el aire comprimido del compresor de aire. El agua saturada de gas disuelto se transporta desde el fondo del tanque. a la liberación a través de una tubería.
El proceso de flotación de aire disuelto a presión consta principalmente de tres partes, a saber, el sistema de aire disuelto a presión, el sistema de liberación de aire disuelto y el sistema de separación por flotación de aire.
1. Sistema de gas disuelto a presión. Incluye bombas de agua, compresores de aire, tanques de aire disuelto a presión y otros equipos auxiliares. Entre ellos, el tanque de gas disuelto a presión es el equipo clave que afecta el efecto del gas disuelto.
El sistema de aire disuelto que utiliza suministro de aire por compresor de aire es actualmente el sistema de aire disuelto a presión más utilizado. El método de flotación por aire requiere menos aire, por lo que se puede utilizar y operar de forma intermitente un compresor de aire de baja potencia. Además, el suministro de aire desde el compresor de aire también puede garantizar que la presión de la bomba de agua no sufra una gran pérdida. Generalmente, la presión desde la bomba de agua al tanque de aire disuelto es de aproximadamente 0,5 MPa, por lo que se puede ahorrar consumo de energía.
2. Sistema de liberación de aire disuelto. Generalmente se compone de una tubería de liberación (o tubería perforada, válvula reductora de presión) y una tubería de agua de gas disuelto. La función del liberador de gas disuelto es disipar energía y reducir la presión en el agua del gas disuelto a presión, de modo que el gas disuelto en el agua se libere en forma de microburbujas y pueda adherirse rápida y uniformemente a las impurezas en el agua.
Los requisitos específicos para el liberador de gas disuelto son: Reducir completamente la presión y la disipación de energía para garantizar que todos los gases disueltos en el agua puedan liberarse por completo. La disipación de energía debe cumplir con las reglas de liberación de gas para garantizar que; se liberan burbujas, aumenta el número de burbujas, aumenta la superficie de adhesión de las impurezas y evita la colisión entre microburbujas para expandir las burbujas, crea buenas condiciones de adhesión entre el agua desgasificada y los flóculos en el agua a tratar. y evita el impacto del flujo de agua, asegurando que las burbujas se puedan mezclar rápida y uniformemente con el agua a tratar, mejorando la probabilidad de "captura" Para disipar rápidamente la energía, el canal de flujo de agua debe estrecharse, por lo que se deben tomar medidas; Se deben tomar medidas para evitar que el canal de flujo se bloquee. La estructura debe ser simple y el material debe ser resistente y duradero a la corrosión, y al mismo tiempo, debe ser fácil de procesar, fabricar y desmontar, y reducir las piezas móviles. tanto como sea posible para garantizar un funcionamiento estable y confiable Los principales parámetros del proceso del liberador de gas disuelto son: caudal de la tubería frente al liberador: inferior a 1 m/s, caudal de salida del liberador La configuración adecuada es 0,4 ~ 0,5 m/s; s; la apertura del espacio estrecho durante el lavado es de 5 mm; el rango de acción de cada liberador es de 30 a 100 cm.
3. Sistema de separación por flotación de aire. Generalmente se puede dividir en tres tipos: tipo de advección, tipo de flujo vertical y tipo integral. Su función es asegurar un determinado volumen y superficie de la piscina, de modo que las microburbujas y los flóculos del agua queden completamente mezclados, contactados y adheridos para asegurar la separación de los flóculos cargados de aire del agua limpia.
A continuación se utiliza un tanque de flotación de aire por advección como ejemplo para analizar el estado de movimiento del proceso de flotación y separación de flóculos cargados de aire.
Después de que los flóculos cargados de aire en la cámara de contacto pasan por el efecto de equilibrio de la flotabilidad, la gravedad y la resistencia al flujo de agua, alcanzan una velocidad ascendente U.
Después de entrar en la zona de separación, dos fuerzas actúan sobre ella: una es la velocidad del flujo horizontal U generada por el empuje horizontal después de que el flujo de agua se extiende y la otra es la velocidad del flujo descendente U causada por la salida del fondo; La velocidad y dirección combinadas de estos dos caudales determinan si los flóculos cargados de aire flotarán y serán eliminados, o serán arrastrados con el flujo de agua. En cuanto a la velocidad de subida o bajada, depende del tamaño de la proyección de la velocidad combinada U en el eje vertical. Esta velocidad afecta el efecto de procesamiento de la flotación por aire. El tamaño del flóculo, el tamaño de las burbujas y la velocidad descendente del flujo de agua en la piscina de flotación afectan directamente la velocidad ascendente resultante. Cuanto mayor sea la velocidad ascendente de la síntesis, mayor será la eficiencia de eliminación de la flotación de aire, más pequeño será el cuerpo de la piscina de flotación de aire y menor será el costo de todo el proyecto. Para conseguir un buen efecto de flotación, primero baje la U en la piscina tanto como sea posible. Esto se puede lograr ampliando el área de salida en el fondo o mejorando la uniformidad del flujo de salida. Con la recolección de flujo uniforme y el flujo de salida en el fondo, el nivel U del agua que fluye hasta el extremo de la piscina es aproximadamente cero. es beneficioso para la formación de flóculos cargados de aire con menos flotabilidad. Si desea lograr una eliminación flotante por adelantado, el nivel u debe reducirse tanto como sea posible, lo que se puede lograr ampliando la sección transversal del tanque de flotación. . A continuación, debemos manejar el tamaño del flóculo, que se completa agregando medicamento, mezclando y reacción de floculación. Debemos prestar atención a controlar los siguientes puntos: el tipo de medicamento, la dosis, el tiempo de mezcla y la intensidad de mezcla. el medicamento y las aguas residuales, y el punto de dosificación del medicamento, el tiempo de reacción y la intensidad del agente y las aguas residuales, y el tamaño del flóculo producido. Además, se debe controlar el tamaño de las burbujas en el sistema de aire disuelto.
El estado de movimiento de las partículas en la zona de separación del tanque de flotación de aire de flujo vertical es similar al del tipo de advección. Sin embargo, su velocidad horizontal es mucho menor y, a medida que aumenta la distancia radial, la sección transversal se expande rápidamente y el plano u se vuelve rápidamente más pequeño. En particular, la dirección de la velocidad del flujo del tipo de flujo vertical no cambia mucho. Los flóculos se ven afectados principalmente por el efecto de inercia de la fuerza del flujo ascendente. La velocidad ascendente de las partículas aumenta, haciendo que las condiciones de separación del aire. los flóculos cargados y el cuerpo de agua mucho mejor que los del tipo advección. Sin embargo, la forma exacta que se adoptará sólo podrá determinarse después de una evaluación exhaustiva de todas las condiciones.
(6) Proceso de flotación de aire electrolítico
El método de flotación de aire electrolítico electroliza las aguas residuales. En este momento, se genera una gran cantidad de burbujas de hidrógeno en el diámetro del cátodo. Las burbujas son muy pequeñas, de sólo 20 a 100 micrones, actúan como agentes de flotación de aire. Las partículas suspendidas en las aguas residuales se adhieren a las burbujas de hidrógeno y flotan con ellas, logrando así el propósito de purificar las aguas residuales. Al mismo tiempo, el hidróxido formado por ionización en el ánodo actúa como coagulante, ayudando a que los lodos de las aguas residuales floten o se hunda.
Las ventajas de la flotación de aire electrolítica son: puede producir una gran cantidad de pequeñas burbujas; cuando se utilizan ánodos solubles, el proceso de flotación de aire y el proceso de coagulación se combinan y la estructura del dispositivo es simple; un nuevo método de purificación de aguas residuales.
Estos son dos procesos que solo han aparecido en el campo del tratamiento de agua en los últimos años. Debido a que este método tiene equipos simples, manejo conveniente, condiciones de operación fáciles de controlar, equipos compactos y buenos efectos, tiene. desarrollado rápidamente.
(7) Diseño y cálculo del método de flotación por aire disuelto
1. Puntos clave del diseño y precauciones
(1) Estudio y discusión completos del agua a a tratar Condiciones de calidad del agua, analizar la racionalidad y aplicabilidad del uso de tecnología de flotación por aire;
(2) Si las condiciones lo permiten, se deben realizar las pruebas necesarias de flotación por aire a pequeña escala o pruebas modelo en las aguas residuales a tratar . Y seleccione la presión de gas disuelto y la relación de reflujo apropiadas (refiriéndose a la relación entre el volumen de agua de gas disuelto y el volumen de agua a tratar) según los resultados de la prueba. Por lo general, la presión del gas disuelto es de 0,2 a 0,4 MPa y la relación de reflujo está entre 5% y 100%. La determinación de la relación de reflujo debe estar relacionada con la concentración de sólidos suspendidos. Cuanto mayor es la concentración, mayor es la relación de reflujo y cuanto menor es la concentración, menor es la relación de reflujo.
(3) Determine la forma de reacción y el tiempo de reacción según el tipo de coagulante, dosis, tiempo de floculación, grado de reacción, etc. seleccionados durante la prueba. Generalmente, el tiempo de reacción de precipitación es más corto, oscilando entre 2. a 30 minutos son apropiados;
(4) El tipo de tanque de flotación por aire debe determinarse en función de los requisitos de calidad del agua, la conexión entre el proceso de purificación del agua y las estructuras de pre y post tratamiento, la coordinación del terreno y las estructuras circundantes, y la facilidad de construcción y los factores de costo deben considerarse de manera integral. El tanque de reacción debe construirse junto con el tanque de flotación. Para evitar romper el flóculo, se debe prestar atención a la forma de conexión de la estructura. El caudal que ingresa a la cámara de contacto del tanque de flotación de aire debe controlarse dentro de 0,1 m/s;
(5) La cámara de contacto debe proporcionar buenas condiciones de contacto para burbujas y flóculos, y el ancho debe tener en cuenta cuenta los requisitos de instalación y mantenimiento. La velocidad ascendente del flujo de agua es generalmente de 10 a 20 mm/s y el tiempo de residencia del flujo de agua en la habitación no debe ser inferior a 60 segundos.
(6) El liberador de gas disuelto en la sala de contacto debe seleccionarse de acuerdo con el volumen de retorno determinado, la presión del gas disuelto y el ámbito de acción de los distintos tipos de liberadores:
(7) La cámara de separación por flotación de aire debe determinarse de acuerdo con la dificultad de la flotación y separación de flóculos cargados de aire y los requisitos de tratamiento de la calidad del agua. Seleccione el caudal del flujo de agua (hacia abajo), que generalmente es de 1,5 a 3,0 mm/s, es decir, el índice de carga superficial de la cámara de separación es de 5,4 a 10,8 m3/(m2.h);
(8) El tanque de flotación de aire. La profundidad efectiva del agua es generalmente de 2,0 a 2,5 m, y el tiempo de residencia del flujo de agua en la piscina es generalmente de 10 a 20 minutos;
(9) No existen requisitos estrictos para la relación de aspecto de la piscina de flotación por aire generalmente, el ancho de una sola celda no debe exceder los 10 m y la longitud de la piscina no debe exceder los 15 m;
(10) La descarga de escoria de la piscina de flotación por aire; El tanque generalmente se retira periódicamente con un raspador de escoria. El tanque de recolección de escoria se puede colocar en uno o ambos extremos del tanque. La velocidad de conducción del raspador de escoria debe controlarse dentro de 5 m/min.
(11) La recolección de agua en el tanque de flotación de aire debe; ser uniforme y generalmente se utilizan colectores perforados. La velocidad máxima de flujo de las tuberías de agua y de recolección debe controlarse en aproximadamente 0,5 m/s;
Procedimientos de diseño
(1. ) Realizar pruebas de laboratorio o de campo
Debido a la gran variedad de aguas residuales, la calidad del agua incluso del mismo tipo de aguas residuales varía mucho. Los parámetros de diseño habituales son sólo valores estadísticos empíricos. Por lo tanto, un método confiable es utilizar mejor los resultados obtenidos de experimentos a pequeña escala en el laboratorio o en el sitio como base de diseño.
(2) Determine el plan de diseño. Con base en la investigación en el sitio y el análisis integral de diversos datos, determine el plan de diseño principal.
③¿Es necesario utilizar estructuras de pretratamiento o postratamiento antes o después de la flotación por aire? ¿Cuál es la forma y cómo conectarla?
④Métodos de tratamiento y eliminación de espuma;
⑤Determinación preliminar y análisis de racionalidad del flujo y diseño del proceso.
(3) Cálculos de diseño (excluidos los cálculos convencionales para estructuras de tratamiento general)
(4) Proporcionar las propiedades de las aguas residuales. Para ver tablas detalladas, consulte el apéndice.
(8) Diseño del equipo principal de flotación de aire disuelto
1. Liberador de aire disuelto
(1) Liberación completa de gas, por encima de 0,15 MPa. libera aproximadamente el 99% del volumen de aire disuelto;
(2) Puede funcionar a menor presión y puede lograr un buen efecto de purificación de agua cuando está por encima de 0,2 MPa, ahorrando consumo de energía:
(3) Las burbujas liberadas son finas, con un diámetro promedio de burbuja de 20 a 40 micrones, burbujas densas y buenas propiedades de adhesión.
2. Tanque de gas disuelto a presión
La eficiencia del gas disuelto alcanza más del 80%
(9) Análisis técnico y económico
Debido a la purificación del agua, el método de precipitación se ha utilizado durante muchos años en el proceso. La gente naturalmente elige el método de flotación para compararlo con el método de precipitación. De hecho, los dos métodos tienen sus propias características. Para impurezas ligeras y fáciles de flotar, se debe utilizar el método de flotación por aire disuelto; para impurezas densas y pesadas, se debe utilizar el método de precipitación. Por lo general, el flóculo se forma después de la reacción de dosificación y mezcla, cuando la velocidad de flotación es más rápida que la sedimentación, es mejor usar el método de flotación por aire. Debido a que el método de flotación por aire ocupa un área pequeña (solo 1/8 a 1/2 del método de sedimentación) y el volumen del tanque también es pequeño (solo 1/8 a 1/4 del método de sedimentación), la calidad del agua tratada es bueno, no solo turbio Con baja humedad y SS y alto oxígeno disuelto, el contenido de humedad de la espuma descargada es mucho menor que el del lodo descargado por el método de sedimentación. La relación de volumen general de lodos es de 1/10-1/2, lo que no sólo aporta una gran comodidad para el tratamiento y eliminación posterior de los lodos, sino que también ahorra costos.
Algunas aguas residuales contienen impurezas tanto hundibles como flotantes, y los efectos de la flotación por aire o la sedimentación por sí solos no son ideales. En este momento, la sedimentación y la flotación por aire se pueden combinar para aprovechar al máximo sus respectivas ventajas, lo que no solo mejorará el efecto del tratamiento, sino que también ahorrará inversiones y costos operativos.
La práctica de producción muestra que el tanque de flotación no solo es mejor que el tanque de sedimentación para eliminar el color y la turbidez, sino que también tiene ventajas extremadamente únicas para reducir la DQO, la lignina y extraer oxígeno del agua contaminada. más bajo que el de los tanques de sedimentación por advección, tanques de sedimentación de tubos inclinados, clarificadores de aceleración hidráulica o mecánica, y sus costos de operación también son ligeramente más bajos.
Aunque la purificación de agua por flotación de aire está ganando importancia debido a sus ventajas únicas, para aprovechar al máximo sus características, la investigación y el desarrollo deben centrarse en los siguientes tres aspectos.
1. Las burbujas se refinan aún más.
Como todos sabemos, bajo la condición de liberación igual de gas, cuanto más finas sean las microburbujas generadas, más y más densas serán las burbujas, más pequeño será el flóculo adherido y mejor será el efecto de purificación del agua. será , y la espuma formada es más estable. por lo tanto. La investigación de dispositivos de liberación de aire disuelto con diámetros de burbuja promedio más pequeños es actualmente una forma de mejorar la tecnología de purificación de agua por flotación de aire. No solo puede mejorar el efecto de eliminación de los objetos de purificación de agua existentes, sino también ampliar el alcance de aplicación de la purificación de agua por flotación de aire.
2. Cortar directamente el gas para crear microburbujas
Hay dos problemas en la purificación de agua mediante flotación de aire disuelto a presión: primero, el consumo relativo de energía del aire disuelto a presión es relativamente grande. en segundo lugar, la adición de agua con gas disuelto aumenta la carga hidráulica en el tanque de flotación, dificultando la separación. La forma ideal de resolver estos dos problemas es desarrollar un dispositivo de distribución de gas que genere microburbujas directamente. Este dispositivo puede cortar el gas en grupos de microburbujas estables, finos y densos, reduciendo así en gran medida el consumo de energía sin aumentar el caudal de gas de la piscina. volumen. Aunque el método de distribución directa de gas es muy difícil, es la dirección de investigación más atractiva.
3. Tecnología de separación de sólidos y líquidos.
Con el fin de mejorar la tecnología de separación sólido-líquido y aprovechar al máximo las ventajas de la purificación de agua por flotación de aire, además de miniaturizar aún más las burbujas mencionadas anteriormente y adoptar el método de distribución directa de gas, mejorar la El efecto de separación sólido-líquido también es un aspecto importante. Porque el objetivo final de la purificación del agua por flotación de aire es mejorar el efecto de separación. Si intentamos introducir el concepto de formación y aglomeración simultánea de burbujas y floculación en la flotación por aire por electrocoagulación en el método de flotación por aire disuelto a presión, es posible mejorar en gran medida su efecto de separación. Este concepto puede denominarse ***flotación por aire condensado. Para adaptarse a la flotación de aire de condensación continua, se debe desarrollar un nuevo tipo de liberador de aire disuelto, que debería liberar burbujas ultrafinas altamente densas de manera retardada. Cuando el agua durante la formación) se mezcla completamente, las dos crecen a un ritmo lento. al mismo tiempo, es decir, se forman y combinan burbujas ultrafinas y microflóculos al mismo tiempo, y luego crecen hasta formar flóculos llenos de aire al mismo tiempo. Durante el proceso de flotación, el flóculo lleno de aire formado de esta manera no solo no se verá afectado por la fuerza de corte que hace que las burbujas se caigan y se hunda, sino que también flotará rápidamente, la espuma es estable y la cantidad de aire consumida es lo menos. Por lo tanto, se dice que la flotación por aire por condensación es una dirección de investigación prometedora.
4. Cómo resolver adecuadamente el problema de la solidez de la adhesión también es una cuestión que debe resolverse con urgencia.
Como método físico y químico, el método de flotación por aire no solo necesita mejorar la calidad de las burbujas (como finura, densidad, estabilidad, etc.), sino que también concede gran importancia a mejorar el rendimiento de los flóculos. . Si podemos obtener flóculos con fuerte hidrofilicidad y fuerte adsorción, será de gran ayuda para mejorar el efecto de la purificación del agua por flotación de aire. Por este motivo, la investigación sobre floculantes y coagulantes para la flotación por aire también es una cuestión urgente.
Así como el desarrollo de la tecnología de sedimentación es inseparable del estudio de la teoría de la sedimentación, el desarrollo de la tecnología de flotación por aire también requiere la guía de la teoría de la flotación por aire. Es más, el objeto de la investigación sobre la flotación por aire es un sistema trifásico de líquido, sólido y gas, que es más complicado que la sedimentación. Se debe estudiar en profundidad la estructura y características de las burbujas, la correcta selección y control del tamaño de las burbujas y las condiciones de adhesión entre burbujas y flóculo. Algunos nuevos conceptos y suposiciones teóricas deben verificarse y confirmarse uno por uno mediante experimentos. Por lo tanto, la tecnología de purificación de agua por flotación de aire está lejos de ser perfecta y muchos problemas nos esperan para investigar y lograr avances.
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