环保设备气浮池的设计

环保设备与应用课程设计

目录

第一章设计任务书 (3)

1.1设计题目 (3)

1.2设计资料 (3)

1.3设计内容 (3)

1.4设计成果 (3)

第二章设计说明与计算书 (4)

2.1设计原理及方案选择 (4)

2.1.1设计原理 (4)

2.1.2方案选择 (5)

2.2设计工艺计算 (6)

2.2.1供气量与空压机选型 (6)

2.2.2溶气罐 (7)

2.2.3气浮池 (7)

2.2.4附属设备 (9)

第三章参考文献 (11)

第一章设计任务书

设计任务书

1.1 设计题目

加压溶气气浮设备的设计（平流式）

1.2 设计资料

某工厂污水工程拟采用气浮设备代替二沉池，经气浮实验取得以下参数：溶气水采用净化后处理水进行部分回流，回流比0.2，气浮池内接触时间为5min，溶气罐内停留时间为3min，分离时间为15min，溶气罐压力为0.4Mpa，气固比0.02，温度30℃。设计水量780m3/d。

1.3 设计内容

（1）确定设计方案；

（2）气浮设备的设计计算；

（3）系统设备选型，包括水泵、溶气释放器、溶气压力罐、空压机及刮渣机等；（4）计算书编写，计算机绘图。

1.4设计成果及要求

（1）设备工艺设计计算说明书；要求参数选择合理，条理清楚，计算准确，并附设计计算示意图；提交电子版和A4打印稿一份。

（2）气浮系统图和气浮设备结构详图（包括平面图、剖面图）；要求表达准确规范；提交电子版和A3打印稿一份。

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

12()0.02(16010)780111.2(1)15.7(0.6 3.91)

a G S S Q S q mg d C f p -?-?===?-??-

式中： G/S ——气固比， G/S=0.02

m a x

Q ——最大设计进水量，max Q ＝7803/m d =32.53/m h 21,S S ——分别为原水、出水SS 浓度 1S ＝160mg/L ,2S =10 mg/L

P ——溶气压力，MPa

f ——溶气效率，取0.6

a C ——空气在水中的饱和溶解量，30℃下a C ＝15.7L/3m

2．实际供气量

a q K t P 111.217.664Q ==9241.3L d

0.85

η??=空气 式中：a Q ——实际所需供气量，L 空气/d η——溶气效率，在30℃和3～52/cm kg 表压下，取填料罐η＝0.85

3.空压机选型

Qa ′=1.25Ψ×Qa/60000=1.25×1.4×9241.3/2400000=0.00673m 3

/min

式中：'a Q ——空压机额定供气量， min /3m ψ——空压机安全系数，一般取1.2~1.5,这里设计取ψ＝1.4

1.25——空气过量系数

根据额定供气量'a Q ＝0.00673m 3

/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）

0.2d D m ==≈ 式中：d D ——溶气罐内径，m

L ——过流密度，h m m ?23/，这里取填料罐L ＝120h m m ?23/

2） 溶气罐高度

H=2h 1+h 2+h 3+h 4

式中：1H ——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：

δ++=211h h H

h 1 ：曲面高度 ；h 2:直边高度

δ：壁厚 。 由d D ＝0.20 m

查表取 h 1＝100 mm h 2=0mm δ=12mm

则112100121120.112H h h mm m δ=++=+==

2H ——罐底封头高度

3H ——布水区高度，取3H ＝0.25m

4H ——溶气区高度，取4H ＝1.0m

则H=2h 1+h 2+h 3+h4=2*0.112+0.3+1+1=2.524m

12H D

=，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

3c +q 3.12m 246

T V ?==?2（Q ）

2T --气浮池内接触时间，T 2=5 min

② 分离区容积Vs

3s S (Q+q)T V =9.38m 246

?=? s T --分离室内停留时间，T 2=15 min

③ 气浮池有效水深2h 2s s h v T =? =1.35m

④ 分离区面积A s 和长度L 2

2

Vs As==6.95m H

取池宽B=2.5m ，则分离区长度:L2= As/B=2.78

接触区面积A c 和长度L 1

1Vc Ac==2.31m H Ac L 0.93m H

== 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v 1=1m/s

()R 1Q Q 3600v 0.01m 24

S +=== 取小孔直径D 1=0.015m ，则孔数2

14S n 57.73.14D ?==?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：

1230.4 1.350.3 2.05H h h h m =++=++=

1h ——保护高度，取0.3～0.4m 。本设计中取1h =0.3m

2h ——有效水深，m ；

3h ——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(Q max +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φ200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。

2 2.72 5.441.50.5

L n === 取6根 核算中心距：2.720.456m = 气浮池集水管根数取6根，这每个集水管的集水量：

q 0=(Q max +q)/6=(780+111.2)/(86400×6)=0.0069m 3/s

集水孔孔口流速：取25.0,96.0==h μ

s m gh /13.25.08.9296.020=??==μυ

每个集水管的孔口总面积：取63.0=ε

W=q 0/εv 0=0.0069/(0.63×2.13)=0.0051m 2

单个孔眼面积：取d 0=18mm=0.018m 2422001054.2018.044m d w -?=?==ππ

则每根集水管的孔眼数：

n=w/w 0=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 45夹角。

集水管的有效长度L=2.62m ，则孔距：

l 0=L/(n 0/2+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。