加压溶气气浮设备的设计

加压溶气气浮设备的设计
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 (4)
1.4设计成果 (4)
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 (7)
2.2设计工艺计算 (8)
2.2.1供气量与空压机选型 (8)
2.2.2溶气罐 (9)
2.2.3气浮池 (11)
2.2.4附属设备 (13)
第三章参考文献 (14)
第四章设计心得体会 (15)
第五章附图 (16)
气浮池的设计计算
第一章设计任务书
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850m3/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
（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
加压气浮法是在加压情况下，将空气溶解在废水中达饱和状态，然后突然减至常压，这时溶解在水中的空气就成了过饱和状态，以极微小的气泡释放出来，
乳化油和悬浮颗粒就粘附于气泡周围而随其上浮，在水面上形成泡沫层，然后由刮泡器清除，使废水得到净化。

根据废水中所含悬浮物的种类、性质、处理水净化程度和加压方式的不同，基本流程有以下三种。

1、全部废水溶气气浮法
全部废水溶气气浮法是将全部废水用水泵加压，在泵前或泵后注入空气。

如图1、图2所示。

在溶气罐内空气溶解于废水中，然后通过减压阀将废水送入气浮池，废水中形成许多小气泡粘附废水中的乳化油或悬浮物而浮出水面，在水面上形成浮渣。

用刮板将浮渣连续排入浮渣槽，经浮渣管排出池外，处理后的废水通过溢流堰和出水管排出。

图1 全部的废水加压容器气浮（泵前加气）
图2 全部废水加压溶气气浮（泵后加气）
全流程溶气气浮法的优点是：（a）溶气量大，增加了油粒或悬浮颗粒与气泡的接触机会；（b）在处理水量相同的条件下，它较部分回流溶气气浮法所需的气浮池小，从而减少了基建投资。

但由于全部废水经过压力泵，所以增加了含油废水的乳化程度，而且所需的压力泵和溶罐均较其它两种流程大，因此投资和运转动力消耗较大。

2、部分溶气气浮法
部分溶气气浮法是取部分废水加压和溶气，其余废水直接进入气浮池并在池中与溶气废水混合，如图3所示。

其特点为：（a）较全流程溶气气浮法所需的压力泵小，故动力消耗低；（b）压力泵所造成的乳化油量较全部溶气法低；（c）气浮池的大小与全部溶气法相同，但较部分回流溶气法小。

图3 部分进水加压溶气气浮法流程
3、部分回流溶气气浮法
部分回流溶气气浮法是取一部分除油后的出水回流进行加压和溶气，减压后直接进入气浮池，与来自絮凝池的含油废水混合后气浮，如图4所示。

回流量一般为含油废水的25％~50％。

其特点为：（a）加压的水量少，动力消耗省；（b）
气浮过程中不促进乳化；（c）矾花形成好，后絮凝也少；（d）缺点是气浮池的容积较前两种流程大。

为了提高气浮的处理效果，往往向废水中加入混凝剂或浮选剂，投加量因水质不同而异，一般由试验确定。

图4 部分回流溶气气浮流程
2.1.2方案选择
本设计采用平流式气浮池,以下来平流式气浮池分析带气絮凝体上浮分离过程的运动状态。

带气絮粒在接触室内通过浮力、重力与水流阻力的平衡作用后，取得了向上的升速U上。

进入分离区后，又受到两个力的作用：一是水流扩散后由水平推力所产生的水平向流速U推；二是由于底部出流所产生的向下流速U下。

这两种流速的合速度大小及方向决定了带气絮凝体或是上浮去除，或是随水流挟出。

至于其中上升或下降的速度则视合成速度U合在纵轴上投影的大小。

该速度影响了气浮的处理效果。

絮凝体的大小，气泡的大小，气浮池体中水流向下的速度三者直接影响合成向上速度。

合成向上的速度越大，气浮的去除效率越高，气浮
池体的就越小，整个工程造价越低。

要使上浮效果好，首先在池体中尽量降低U 下。

它可用扩大底部出流面积或提高出水的均匀度实现，随着底部的均匀集流、出流，水流到池未端U平约为零，这有利于上浮力较小的带气絮凝体的分离；如要提前实现上浮去除，应尽量降低u平，这可用扩大气浮池横断面的方式来实现。

接着要处理好絮凝体的大小，通过加药混合，和絮凝反应来完成，应注意控制以下几个点，药剂的品种，投药量，药剂和污水的混合时间和混合强度，药剂的投加点，药剂和污水的反应时间和反应强度，产生的絮凝体的大小。

另外还要控制溶气系统中气泡的大小。

本设计采用空压机供气，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．气浮所需空气量
式中Qg------气浮所需空气量，L/h
Q-------气浮池设计水量，m3/h
R`------实验条件下的回流比，%
ac------实验条件下的释气量，L/m3
------水温校正系数，取1.1~1.3 （主要考虑水的粘度影响，试验
时水温与冬季水温相差大者取高值）本设计取1.2.
2．加压溶气水量
式中Qp------加压溶气水量，m3/h
P-------选定的溶气压力，MPa
KT ----溶解度系数，可根据水温查表
n-------溶气效率，对装阶梯环填料的溶气罐可查表3．空压机额定气量
选用Z-0.036/7型空气压缩机。

2.2.2溶气罐
按过流密度计算：取过流密度I=3000m3/(m2·d)
1）溶气罐直径（内径）
式中：d D ------溶气罐内径，m I--------过流密度，h m m ⋅23/，
这里取填料罐L ＝3000h m m ⋅23/ 2） 溶气罐高度
式中：1H --------罐顶 底封头高，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 ＝0.241 m
查表取 h 1＝25mm h 2=75mm δ=6mm
则
3H ---------布水区高度，取3H ＝0.25m
4H ----------贮水区高度，取4H ＝1.0m
5H ---------填料层高度，当采用阶梯环时，可取1.0~1.3m 。

本次取5H ＝1.2m 则
=2.662m
，符合高径比应大于2.5～4
选用上海同济大学水处理技术开发中心附属工厂生产的TR －300型溶气罐，采
用阶梯环填料。

2.2.3气浮池
(1) 气浮池用挡板分为接触室和分离室
① 接触区容积Vc
2T -------气浮池内接触时间，T 2=5 min
② 分离区容积Vs
s T -------分离室内停留时间，T s =15 min
③ 气浮池有效水深2h 2s s h v T =⨯ =1.35m
νs------水流上升速度，取1.5～3.0mm/s ，本设计取2 mm/s
④ 分离区面积A s 和长度L 2
取池宽B=1.5m ，则分离区长度
⑤ 接触区面积A c 和长度L 1
取池宽B=1m ，则接触区长度
⑥ 浮选池进水管：Dg=200mm,v=0.9947m/s
⑦ 浮选池出水管：Dg=150mm
⑧ 集水管小孔面积S 取小孔流速v 1=1m/s
取小孔直径D=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
⑨ 气浮池总高：
1h ——保护高度，取0.3～0.4m 。

本设计中取1h =0.4m
2h ——有效水深，取2m ；
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1.5m，气浮池壁厚度取400mm，则刮渣机跨度应为1.5+0.4=1.9m 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+Qp)/πu]1/2=[4×(850+137.28)/86400×π×1.5]1/2=0.46m=460mm
（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。

集水管中心线距池底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：2.6/6=0.43m
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 + Qp)/6=(850+137.28)/(86400×6)=0.0019m 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=0.0019/(0.63×2.13)=0.0014m 2
单个孔眼面积：取d 0=21mm=0.021m
则每根集水管的孔眼数：
n=w/w 0=0.0014/3.5×10-4
=4 取4个
由于孔眼沿管长开两排，两排孔的中心线呈ο45夹角。

集水管的有效长度L=2.6m ，则孔距： l 0=L/(n 0/2+1)=2.6/3 =0.87m
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． 给水排水设计手册编写组编.《给排水设计手册》（第三册）,北京:中国建筑工
业出版社,2002；
2．郑铭《环保设备----原理·设计·应用》第二版化学工业出版社,2006；3．《三废处理工程技术》（废水卷）,化学工业出版社, 2001；
4．罗辉.《环保设备设计与应用》高等教育出版社, 1997；
5．高廷耀./顾国维.周琪.《水污染控制工程》（下册），高等教育出版社，2007。

第四章设计心得体会
通过这次对气浮设备的设计，让我不仅将所学的知识应用到实际中来，而且也是对所学知识的一种巩固和提升。

经过一个星期的努力,我终于将环保设备设计与应用的课程设计做完了。

在这个过程中,我遇到了许多困难,但在不断地努力下，我顺利的完成了设计。

从确定设计方案，计算书编写，附属设备的选型设计，到气浮系统图和气浮设备结构详图的绘制，这次设计不仅仅让我掌握了气浮设备的设计步骤与方法;也使我对制图有了更进一步的掌握，动手能力、观察能力、综合分析和处理问题的能力都有所提升。

总之这次的课程设计让我受益非浅。

在这一个星期里，在做课设的同时我认识到学习中很多不足的地方。

在整个过程中,我发现像我们这些学生最最缺少的是经验,没有感性的认识,空有理论知识,有些东西很可能与实际脱节.总体来说,我觉得做课程设计对我们的帮助还是很大的,它需要我们将学过的相关知识都系统地联系起来,从中暴露出自身的不足,以待改进.虽然最后的设计结果可能还是会有许多不足，不够完美,但我相信我会慢慢成熟，对属于专业的知识的运用会更加如火纯清！尽管这次设计的时间是短暂的,但过程是曲折的,我的收获还是很大的。

感谢这次课程设计赋予我们检验知识的机会！
第五章附图。