涡凹气浮工艺原理及应用
涡凹气浮的原理及应用
1. 涡凹气浮系统的结构及工作原理涡凹气浮工艺系统是世界水处理设备，是美国环保公司的产品，也被称作引气气浮，是目前普遍采用和推广的一种投资少、效率高、处理成本低、效率好的污水处理设备。
它是专门为去除工业和城市污水中的油脂、胶状物及固体悬浮物（SS）而设计的系统。
整个系统由五部分组成，如图所示：经预处理后的污水流入有涡凹曝气机的小型充气段，污水在上升的过程中通过充气段与曝气机产生的微气泡充分混合，曝气机将水面上的空气通过抽风管道转移到水下。
曝气机的工作原理是利用空气输送管道底部散气叶轮的高速转动在水中形成一个真空区，液面上的空气通过曝气机输入水中，填补真空，微气泡随之产生并螺旋型地升到水面，空气中的氧气也随之溶入水中。
由于气水混合物和液体之间密度的不平衡，产生了一个垂直向上的浮力，将SS带到水面。
上浮过程中，微气泡会附着到SS上，到达水面后SS便依靠这些气泡支撑和维持在水面。
刮泥机沿着整个液面运行，并将SS从气浮槽的进口端推到出口端的污泥排放管道中。
污泥排放管道里有水平的螺旋推进器，将所收集的污泥送入集泥池中。
净化后的污水流入溢流槽再自流至生化处理部分。
回流管道从曝气段沿着气浮槽的底部伸展。
产生微气泡的同时，涡凹曝气机会在有回流管的池底形成一个负压区，这种负压作用会使废水从池底回流至曝气区，然后又返回气浮段。
这个过程确保了40左右的污水回流及没有进水的情况下气浮段仍可进行工作2. 涡凹气浮系统运行的影响因素2.1 污水水质对涡凹气浮机的影响由于工业废水和污水中一般会含有相当比例的Ca2+、SO42-，而且在气浮过程中会投加一些浮选药剂，涡凹气浮系统运行一段时间后，气浮机轮、轴承处附着一层垢，会使气浮系统的效率降低。
2.2污水流量对处理效果的影响污水流量对处理效果的影响也是不容忽视的。
在气浮机运行时保证每间气浮池的配水均匀，流量的变化意味着污染物量的变化，需要及时调整药剂投加量才能取得效果。
当污水流量过大时，气浮池水平流速，停留时间缩短，对絮凝体上浮分离不利；流速过大会引起分离区水流紊动过大而造成泡絮结合体破碎。
新型气浮装置简介
新型气浮装置简介1.涡凹气浮涡凹气浮(Cavitation Air Flotation，简称CAF)系统是一种性能优良的新型机械碎气气浮技术，是美国麦王环保能源集团(Mc Wong International Inc.)成员企业Hydrocal公司的一体化专利产品，也是美国商务部和环保局的出口推荐技术，美国麦王环保能源集团成员企业韩国裕泉环保工程公司也生产该类设备。
如图1所示，CAF系统主要由曝气装置、刮渣装置和排渣装置组成，其中曝气装置主要是带有专利性质的涡凹曝气机，刮渣装置主要由刮渣机和牵引链条组成，排渣装置主要为螺旋推进器。
经过预处理后的污水流入装有涡凹曝气机的小型曝气段，涡凹曝气机底部散气叶轮的高速转动在水中形成一个真空区，从而将液面上的空气通过抽风管道输入水中，由叶轮高速转动而产生的三股剪切作用把空气粉碎成微气泡，空气中的氧气也随之溶入水中；固体悬浮物与微气泡粘附后上浮到水面，并通过呈辐射状的气流推动力将其驱赶到刮泥机附近。
刮泥机由电机-齿轮传动装置驱动，齿轮传动装置装在槽的一边；刮泥机沿着整个槽的液面宽度移动，将漂浮的固体悬浮物刮到倾斜的金属板上，再将其从气浮槽的进口端推到出口端的污泥排放管道中。
污泥排放管道内水平安装有螺旋输送器，将所收集的污泥送入集泥池中；螺旋输送器通常也由刮渣机的马达一同驱动。
净化后的污水经由金属板下方的出口进入溢流槽，溢流堰用来控制整个气浮槽的水位，以确保槽中的液体不会流入污泥排放管道内。
图1 涡凹曝气系统结构与工作原理示意图开放式的回流管道从曝气段沿气浮槽的底部伸展，涡凹曝气机在产生微气泡的同时，也会在有回流管的池底形成一个负压区，这种负压作用会使废水从池底回流至曝气段，然后又返回气浮段。
这个过程确保了30～50%左右的污水回流，即整套系统在没有进水的情况下仍可工作。
与DAF相比，CAF具有以下优点：①节省投资CAF系统通过专利曝气机来产生微气泡，不需要压力容气罐、空压机、循环泵等设备，因而设备投资少，占地面积小。
涡凹气浮在化工区污水处理厂中的应用
第２ ３卷
第１ 期 １
Hale Waihona Puke ２１ 年 １ ０１ １月涡 凹气浮在化 工区污水 处理厂 中的应 用
尚兴盈 ，陈德 强 ，潘 丈胜 ，张惠源
（ 天津 泰达 新水 源科技 开发 有 限公 司 ，天 津 ３０ ５ ） ０４７ 摘 要 ：ｑ ｓ 园区中炼油、皮革 、植物 油生产与精 炼、 电镀 、印染等的 固体 悬浮物 、油脂及 各种胶状物 均需有 效去 除，防止污染 水 Ｌ－ 体 ．气浮单 元去 除各 种 工业废 水 中油脂 及各 种胶 状 物效 果较好 ，现其 广泛 应 用于工 业废 水 的处理 工 艺 中。汉沽 现代 产业 区 污 水处 理厂进 水 中总 油含量较 高，严 重影 响后 续 ＭＢ 单元 的运行 ，因此 在生化 池前 增加 气浮单 元 已保 证 ＭＢ． Ｒ Ｐ 膜组 正常 运行 。 此文 章介 绍 了污水 处理厂在 气浮单元上 的 选择 ，通过 对 油的去 除率 来选择 混凝 剂和助凝 剂及 相应 的 药品投加 量。 关 键 词 ：涡 凹气浮 ；聚合 氯化 铝 ；聚 丙烯 酰胺 凝胶 ；油 的去除 率 中 图分类 号 ： Ｘ５ ２ 文 献标 识码 ：Ａ 文章 编号 ：１０ － ３０（０ １ 卜０ ８— ２ ０７ ０７ ２ １ ）１ １８ ０
１ 工 程概 况
汉 沽现 代产 业 区 污水 处理 厂 设计 规模 为 ２ ０ｍ ／，服 务 区域 ００ ｄ 内分 布 有精 细 化工 、农 药 、染 料 颜 料 、电镀 、风 力 材 料 、化工 运 输 等 各 种类 型 的化 工 企业 ，其 在 生产 过 程 中产生 一 定 量 的含 油废 水 ，致 使污 水 处理 厂进 水水 质 中总油 的含 量在 ３ｍ ／ 右 。污水 ５ｇ Ｌ左 处理厂生化池后续工艺为 Ｍ Ｒ单元 ，其膜的材质为 Ｐ Ｄ ，孔径 Ｂ ＶＦ 为 ００５ 米 ， 计要 求 ＭＢ ． 微 ４ 设 Ｒ进水 中总油 的含 量 必须 低于 １ｍ ／， ５ｇ Ｌ 否 则将 会 对 膜 丝造 成 不 可恢 复的 伤 害。 鉴于 生化 池 中 活性 污 泥对 油 的 去 除能 力有 限 ，因此 在生 化 池前 增 加一 组气 浮单 元 ，保证 生 化 池 出水能 达 到 ＭＢ Ｒ的运行 要求 。 浮单 元于 ２０ 年底 增建完 成 ， 气 ０９ 现 正 常运 行 。此单 元对 污水 油 的去 除率 达到 ８％一 ０ ０ ９ ％，有 力 的保
涡凹气浮法在废纸再生造纸废水治理中应用
由 于 涡叶 轮 到 水 面 的高 ：
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２ 涡 凹气 浮法在 再生纸 生产 废水 治理 中的应 用
２１ 废水 的水 质特 征 ．
淮 安 市某 再 生 纸 厂 主 要 回 收废 包 装 箱 纸 板 为原 料 ， 产 再 年 生 瓦楞 原 纸 ２ ． ５万 ｔ 废 水 主 要 是打 浆 浓 废 水 及 纸机 抄 纸 白 水 混 。 台 。 水排 放 量 ３ ｔ／ ， 质 为 Ｃ Ｄ１ ２ ｍ ／ Ｂ Ｄ ５ ８ ｇ Ｌ 废 ５ｈ ｈ 水 Ｏ ６ ０ ｇ Ｌ， Ｏ ３ ｍ ／ ． Ｓ １７ ｍ Ｌ ｐ Ｓ ４ ０ ， Ｈ值 ７ １ 。 — Ｏ
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WQF涡凹气浮机
WQF涡凹气浮机
1.一、概述
涡凹气浮是一项优良的污水处理技术，设计合理，操作方便、运行经济，它由空气产生气泡，直接从废水中除去固体悬浮物。
涡凹曝气机将“微气泡”直接注入污水中而不需要事先进行溶气，然后通过散气叶轮把“微气泡”均匀的分布于污水中，所以整个运行过程不会发生阻塞现象。
涡凹气浮机主要由箱体、曝气机、刮泥系统等组成，不需要压力溶气、空压机和循环泵等设备。
1.二、原理
未经处理的污水首先进入曝气区，与微气泡充分混合，微气泡在上升的过程中将固体悬浮物带到水面，刮泥机沿液面运行将悬浮物刮到倾斜的金属板上，再
将其推入污泥排放管槽，通过污泥排放管槽流入污泥收集器,刮泥机动力只有
0.5KW。
污水净化后在排放前会经过斜板下方的溢流槽，溢流槽用来控制气浮槽的水位，确保槽中的液体不会流入污泥排放管道，开放的咽流管道从曝气段沿着气浮槽的底部伸展。
在产生微气泡的同时，涡凹曝气机会在有回流管的池底形成一个负压区，这种负压作用会使废水从池子的底部回流到曝气区，然后又返回气浮段。
这个过程确保没有进流量的情况下，气浮仍不断进行。
本设备的处理量为
5-500m/每小时，处理费用为0.3元/吨废水左右。
1.三、性能
与常规气浮性能比较
注：以处理量100m3/h为基础
四、技术参数。
涡凹气浮设计说明
涡凹气浮设计说明涡凹气浮适用于处理中等规模水量、对于含有较高浓度悬浮物沉淀性差的废水分离效率较高。
涡凹气浮池的结构顺水流方向包括配水段、曝气段、气浮段、沉淀排泥段和溢流出水段、配曝气机、刮渣机、浮渣收集、污泥输送和液位控制系统。
在设计涡凹气浮时。
给供货商的设计条件包括废水处理规模、水质、特点、腐蚀性、pH、温度、负荷及处理要求。
曝气段由若干共壁的方形曝气格并联组成，曝气格数量与曝气机数量相等，每台曝气机安装在每格方池曝气格内，曝气格的池边尺寸不大于叶轮直径的6倍。
气浮段—般负荷取4~6m"/（h.m2），有效水深 1.5～2.0m 为目不值招过3m。
停留时间15～20min。
气浮段长宽比不小于4∶1。
管道接口包括进水口、出水口、排渣口和排泥放空口、进水为已和混凝剂混合反应后形成矾花后的进水.排渣管坡度0.02，排入浮渣池，浮渣外运。
池体材质根据水质和规模确定。
可以建成钢混或者碳钢（内壁防腐，可采用环氧煤沥青漆）。
涡凹曝气机的底部散气叶轮高速转动。
在水中形成一个真空区。
液面上的空气通过曝气机进入水中、产生微气泡，并在叶轮的强力搅动下螺旋地上升到水面。
在产生微气泡的同时。
涡凹曝气机会在有回流管的池底形成一个负压区，这种负压作用会使废水从池子的底部回流到曝气区，然后又返回气浮段。
叶轮直径、转速、叶轮与导向叶片的间距及吸气管安装位置是设计的关键。
设计中应和供货商多沟通。
其中，叶轮直径200～400mm，最大不应超过600mm;叶轮转速900～1500r/min，圆周线速度10）～15m/s;叶轮与导向叶片的间距应调整小于7～8mm。
池内设爬梯，自带现场控制箱，易起泡沫的废水需要加装喷淋消泡装置。
涡凹气浮机的优点与工作原理
涡凹气浮设备的工作原理
污水中的污染物分为溶解性有机物和非溶解性物质（即SS），溶解性有机物在一定条件下，可以转化为非溶液解性 物质，污水处理的方法之一就是加入混凝剂和絮 凝剂使大部分溶解性有机物转达化为非溶解性物质，再将全部或大 部分非溶液解性物质（即SS）去除以达到净化污水的目的，而去除SS的主要方法就是利用气浮的方法。 SJYWF是由空气产生气浮的过程。涡凹曝气机将“微气泡”直接注入污水中而不需要事先进1865叁763叁17行溶 气，然后通过精铸不锈钢散气叶轮把“微气泡”均匀地分布于污水中，所以不会发生阻塞现象，本设备不需要压力 容器、空压机和循环泵等辅助设备。 未经处理的污水首先进入曝气充气段，与“微气泡”充分混合，“微气泡”在上升的过程中，将固体悬浮物带到水 面。刮泥机沿液面运动，将悬浮物刮到倾斜的金属 板上，再将其推入污泥排放管道。污泥排放管道里有水平的螺旋 推进器，将所收集的污泥送入污泥收集器，推进器和刮泥机由同一个马达驱动。净化后的污水在排放前会经由斜板 下方的溢流槽，溢流槽用来控制气浮槽的水位，确保槽中的液体不会流入污泥排放管道。 开放的回流管道从曝气段沿着气浮槽的底部伸展。在产生微气泡的同时，涡凹曝气机会在有回流管的池底形成一负 压区，这种负压作用会使水从池子的底部回流至曝气区，然后又返回气浮段，回流管道上设有单向阀，使进入曝气 槽的污水不至于不经处理就从回流管直接进入气浮槽。整个过程确保了在没有进流量的情况下，气浮仍不断进行。
涡凹气浮设备的优点
涡凹气浮原理
涡凹气浮原理涡凹气浮是一种常用的水处理技术，它利用气泡在水中的浮力和附着作用，将悬浮物质从水中移除，达到净化水质的目的。
涡凹气浮原理的核心在于利用气泡与悬浮物质的接触，通过气泡的浮力和附着作用，将悬浮物质从水中提取出来。
这种技术在水处理领域有着广泛的应用，包括污水处理、饮用水净化、工业废水处理等方面。
涡凹气浮原理的基本过程是，首先，通过气体发生器产生微小气泡，然后将这些气泡注入到水中，气泡在水中形成气泡群，随后在涡凹气浮池中与悬浮物质接触，悬浮物质附着在气泡表面，形成气浮体。
最后，气浮体上升到水面，形成浮渣，从而将悬浮物质从水中移除。
涡凹气浮原理的关键在于气泡的产生和悬浮物质的附着。
气泡的产生通常采用压缩空气或其他气体通过气体发生器产生微小气泡，这些微小气泡具有较大的比表面积，能够更好地与悬浮物质接触。
而悬浮物质的附着则是因为气泡表面的亲水性，使得悬浮物质在水中与气泡接触时，能够迅速附着在气泡表面，形成气浮体。
涡凹气浮原理的优点是高效、节能、易操作。
由于气泡具有较大的比表面积，能够更好地与悬浮物质接触，因此能够高效地将悬浮物质从水中提取出来。
同时，气泡的产生和悬浮物质的附着过程不需要消耗大量能源，能够实现节能效果。
此外，涡凹气浮设备通常结构简单，操作方便，能够满足不同规模的水处理需求。
然而，涡凹气浮原理也存在一些局限性。
首先，气泡的产生和悬浮物质的附着需要一定的时间，因此处理大量水量时，可能需要较大的处理设备和空间。
其次，气泡的产生和悬浮物质的附着受到水质和水温等因素的影响，可能需要对水质进行预处理或者调节操作参数，以达到最佳的处理效果。
总的来说，涡凹气浮原理是一种有效的水处理技术，通过气泡的浮力和附着作用，能够高效地将悬浮物质从水中移除，达到净化水质的目的。
在实际应用中，需要根据具体的水处理需求和水质特点，选择合适的涡凹气浮设备和操作参数，以实现最佳的处理效果。
同时，对于涡凹气浮技术的进一步研究和改进，也能够推动其在水处理领域的应用和发展。
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涡凹气浮工艺原理及应用
气浮作为一种高效、快速的固液分离技术，始于选矿。
它是利用高度分散的微气泡作为载体粘附废水中的悬浮物，使其密度小于水而上浮到水面以实现同液分离过程。
它可用于水中固体与固体、固体与液体、液体与液体乃至溶质中离子的分离[1]。
一般来说，气浮法处理工艺要满足以下基本条件[2]：(1) 必须向水中提供足够量的细微气泡；(2) 必须使废水中的污染物质能形成悬浮状态；(3) 必须使气泡与悬浮的物质产生黏附作用。
有了上述这三个基本条件，才能完成气浮处理过程，达到污染物质从水中去除的目的。
在污水、废水处理工程中，气浮法已经广泛用于以下几个方面：
(1)石油、化工及机械制造业中的含油废水的油水分离；
(2)废水中有用物质的回收，如造纸废水中的纸浆纤维及填料的回收；
(3)含悬浮固体相对密度接近于1的工业废水的预处理；
(4)取代二沉池进行泥水分离，特别适用于活性污泥絮体不易沉淀或易于产生膨胀的情况；
(5)剩余污泥的浓缩。
1. 涡凹气浮系统的结构及工作原理
涡凹气浮工艺(Cavitation Air Flotation)系统是世界独创的专利水处理设备，是美国Hydrocal环保公司的专利产品，也被称作THK(Induced Air Flotation)引气气浮，是目前普遍采用和推广的一种投资少、效率高、处理成本低、效率好的污水处理设备[3]。
它是专门为去除工业和城市污水中的油脂、胶状物及固体悬浮物（SS）而设计的系统。
整个系统由五部分组成，如图所示[4]：
经预处理后的污水流入有涡凹曝气机的小型充气段，污水在上升的过程中通过充气段与曝气机产生的微气泡充分混合，曝气机将水面上的空气通过抽风管道转移到水下。
曝气机的工作原理是利用空气输送管道底部散气叶轮的高速转动在水中形成一个真空区，液面上的空气通过曝气机输入水中，填补真空，微气泡随之产生并螺旋型地升到水面，空气中的氧气也随之溶入水中。
由于气水混合物和液体之间密度的不平衡，产生了一个垂直向上的浮力，将SS带到水面。
上浮过程中，微气泡会附着到SS上，到达水面后SS便依靠这些气泡支撑和维持在水面。
刮泥机沿着整个液面运行，并将SS从气浮槽的进口端推到出口端的污泥排放管道中。
污泥排放管道里有水平的螺旋推进器，将所收集的污泥送入集泥池中。
净化后的污水流入溢流槽再自流至生化处理部分。
开放的回流管道从曝气段沿着气浮槽的底部伸展。
产生微气泡的同时，涡凹曝气机会在有回流管的池底形成一个负压区，这种负压作用会使废水从池底回流至曝气区，然后又返回气浮段。
这个过程确保了40%左右的污水回流及没有进水
的情况下气浮段仍可进行工作[5]。
2. 涡凹气浮系统运行的影响因素
2.1 污水水质对涡凹气浮机的影响
由于工业废水和污水中一般会含有相当比例的Ca2+、SO42-，而且在气浮过程中会投加一些浮选药剂，涡凹气浮系统运行一段时间后，气浮机轮、轴承处附着一层垢，会使气浮系统的效率降低。
2.2污水流量对处理效果的影响
污水流量对处理效果的影响也是不容忽视的。
在气浮机运行时必须保证每间气浮池的配水均匀，流量的变化意味着污染物量的变化，需要及时调整药剂投加量才能取得最好的效果。
当污水流量过大时，气浮池水平流速加快，停留时间缩短，对絮凝体上浮分离不利；流速过大会引起分离区水流紊动过大而造成泡絮结合体破碎。
当水量过大时应及时调整出水堰高度以防止污水进入浮渣系统[6]。
2.3絮凝剂及pH值对气浮效果的影响
气浮效果的好坏除了受气浮设备性能的影响外，还与絮凝剂的投加量和pH 值有关。
目前采用的絮凝剂大部分为PAC和PAM系列。
絮凝剂投加量并不是越多越好。
有机高分子的投加量对絮凝效果有显著影响。
实验证明，对于絮凝的发生，存在一个最佳投加量，超过此量时，絮凝效果会下降，超过太多则会起相反的保护作用[7]。
而且现采用的絮凝剂多为酸性絮凝剂，有其最适合的pH值。
当污水的pH值超过最适合pH值时，会引起絮凝体的溶解或破碎，对气浮分离产生相当不利的影响。
因此，在运行过程中，应对进水pH值加以监测和控制。
3. 涡凹气浮法在炼油污水处理中的应用
目前，涡凹气浮工艺在主要用于含油废水、造纸废水及污泥浓缩等方面[8]。
下面以涡凹气浮工艺在含油废水中的应用为例，来说明它在实际工程中的应用。
扬子石化含硫原油改建扩建工程竣工后，原污水场能力明显不足，且原污水场界区内已无扩容场地，改造设施应小型化[9]。
改造方案在部分回流溶气气浮和涡凹气浮中选择，下表是2种方案的比较：
改造后的工艺流程采用2组涡凹气浮机组，每组处理能力320m3/h，功率7.8kW。
新建污水处理装置工艺流程图及进水水质指标：
水质指标：
项目进水出水
油量600 600
油质量浓度≤200≤20
硫化物质量浓度≤50≤20
COD值≤1000≤650
*: 单位为m3/h
投入使用的涡凹气浮机组运行良好，设备振动及噪音很小；产生的气泡均匀细密；出渣细密，分布均匀；出水清澈，无明显油花。
下表为改造前后生产运行数据对比：
*：单位为m3/h；**：无单位
由上表可见，改造后污水处理能力增大，处理效果与改造前基本相同，且改造后出水含油量和COD值均达到设计指标。
改造前后污水处理消耗及成本对比见下表：
由上表可见，改造后污水处理装置电耗及净化风消耗均大幅降低。
通过上述的一系列比较，在炼油污水处理中，涡凹气浮与溶气气浮的处理效果接近；相比溶气气浮，涡凹气浮具有投资少、占地面积小、节能降耗、操作强度低等优势。
4.总结
涡凹气浮工艺作为一种高效的气浮工艺，在水处理、污泥处理方面有着广阔的应用。
它的发展依赖于基础理论的研究。
在机理方面，如气泡的结构和特征、气泡尺寸放入控制、气泡与絮凝体的黏附条件等均需深入研究；在应用方面，对于工业废水和城市污水以及污泥的处理，应从节约药剂和降低运行费用等方面来深入研究。
参考文献：
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[6] 李健光．涡凹气浮在石化污水预处理中的应用[J]．石油化工安全环保技术，
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[9] 马量．涡凹气浮法在炼油污水处理中应用[J]．石化技术与应用，2006，24(2)：
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