涡凹气浮在污泥浓缩中的应用探讨.pdf

城建 7 承I 业通嗣机械饿1 mcH l T f lu n 1 1 m m l 涡凹气浮在污泥浓缩中的应用探讨 南京扬子石油化工没计工程有限责任公司 江苏2 1 0 0 4 8 陆茸陈应新 l擅 阐连T 涡口气淳的厚理及特点 井结夸 扬干石化套司趣厂净二装置污泥浓缩池改造的工程实 例 经过时比气浮浓缩与重力表缩的运行效果说明在 P T A 污水的刺争活性污泥浓缩中 采用祸口气浮不仅满 足污泥脱水的挂术指标 同时具有节约投资和占地 节 耗降耗 战轻操作强度的优势同时 自动化控制水平 较高 关键词l气浮捅口气浮污泥浓缩工艺 最改造 一 前言 污泥中含有大量的水分 剩余活性污泥含水率选 9 9 以上 污泥浓缩的目的在干减量化 通过豫缩能够 减少污泥体积 减少污泥处理构筑物的辑积和处理所需 的药剂量 节约污泥处理处置费用 污泥浓缩的方法有 重力j 表缩 利J W 沉降原理 浓缩污泥 气浮浓缩 依靠小气泡与污泥羁l粒产生黏 附作用 使污泥颗粒的密度小于水而L 浮 蚌得到浓 缩 离心浓缩 和J 用污泥中固相 液相的密度不同 薤高速旋转的离心机中受到不同的离心力而使两者分 离 达到浓缩的目的 托中 重力浓缩应用最为广泛 剩余活性污泥的 相对密度在l0 0 4 0 0 8 泥龄越长 萁相对密度越接 近于1 因而 对于相对密度过低的剩采活性污泥 一 般不易实现重力浓缩 而较适合气浮 农缩 气浮浓缩对 干浓缩密度接近干水的疏水污泥虻其适用 二 气浮的原理 用途 分类 工艺比 较及主要设施 1 气浮的原理 气浮的基本原理是设法在水中产生火茕的微小气 泡 从而形成水 气及被去除物质的 相 均一体系 在界面张力 气泡上升浮力和静水压力差等多种由的共 同作用下 促使被击除物质和微小气泡黏附 园黏台体 密鹰小于水而浮到水面上 从而使水中杂质被分离去 除 理 色上影响气浮效果的主要因素有 J 气泡与 皮击除物质黏附的紧密性丽种不相 混合液体的分界面或液体与气体的分界面 由于液体表 面分子受力情况与液体内部分子受力情况不同而产生界 面张力 故 对I 液体内部分丁 液体表面分予县有不 同的能量 即界面能 当生气通人污水中 住界面张力 气泡上升浮力 和静水压力差等多种力的共同作用F 破去除物质和微 小气泡黏附 肜成黏合体的过程实际上就是气泡挤开被 去除物质表面水8 的过程 根据热力学慨念 这个过程 只能是向垃体系界l酊能减小方向进行t 在牛衡状态下 气泡挤开被去除物质表面水膜的面积越大 体系内界面 能减小得越多 换言2 若想使黏台f 中气泡和被去除 物质分离就必须做更多的功 即黏台体枯台得越紧密 椠密的黏台体在上升量水面的过程中不易分离 有利于 提高气浮教果 如图l所示 最示r 不 司湿润性物质所形成黏合体 的情形 最水性抽睡预粒挤 水腱的面机硫水性杂质颗牡 图1 不同湿润性柳质所形成黏台体的情形 孑熙熙 7 5 lG M 辩苴 承工业通用祝御 I t m f m r t w t it m u t f h 妇 f l 由闭1 可见 气泡挤阡亲水性杂质撇牝 与永的接 触角口 9 0 表 面水0 的面积较大 黏台体紧密 困而 气浮去除疏水 性杂质赦果较好 例盘兀疏水污泥 而击除亲水性杂质教 果一股 例如喊性污水 2 气泡直径气泡直径碱小有利于气浮 岂处 理教果提高 原因是对 一定吐的空气 减小气泡直 径 可以获得更多的微小气泡和更大的总表面积 这样 触小气泡与污水中的被去除物匝碰撞 粘附的机会增 多 气浮效率提高 反之 气泡直径较大 不仅与污水 中的被击除物晴碰撞 垂占附的机会减少 而且茌1 9 q 过 程中速度聋空t 把 可能产生剧烈的水力搅动 产生的惯性 幢 力反而使已经黏附好的气泡披撞开 行层流状态r 液体中 鹰击除物质和气泡黏舟体 的k Y l 速度 理论上可以从斯托克斯公式得出 口 p p 扩 1 8 式巾一l鹰击除物质和气泡站台体的上升速度 p 液体密鹰I 口 披去除物质和气泡黏合体的有教密度 P重力加速度 出 被去除物质和气泡黏台体的直後 液体动力黏度 斯托克斯公式揭示了各种因素对黏合体上升速度 的影响 上升速度v 随着d p 一p 的增加而加 快 随着动力黏度的增加而减悒 由于温度和垂占座成反 比关系 即上升速度墒着温鹰的升高而加快 随昔气泡随径减小 气 孚做率提高 但同时站台 体上升速度减慢 气泡任水中浸f 时间延长 气浮 艺 处理能力不变 浸没时间延长势必加大浮选设施的长宽 比 增加投资和占地 气泡直径与上升速度的芰系如图2 昕币 m 围2 气泡直径与上升速度的关系 7 6 黑黑悠 2 气浮的用途 在污水处理中 气浮的作用是击除 亏水中处于乳 化状态的油或密度接近j k 的微小颗粒状悬浮杂艟 另 外 气浮可以作为污水生化处理之后的滦度处理 以确 保排放水质达标 往污诧浓缩中 计于相对密度过低的剩余活性污 泥 尤其是浓缩密度接近于水的疏水污泥 适合采用气 浮滩缩 3 气浮的分类 按照产气方式的不同 气浮分为压力喀气气浮和 细碎空气气浮 压力i客气气浮 简称溶气气浮 是用水泵将污水 提升至溶气罐 加压至03 06 M P a 同时往溶气罐内 加八压缩空气 使压缩空气溶八污水内 形成过饱和状 态 然后通过释坡器溶人污水中的压缩空气在通过释 放器时瞬间减压产生出大蕺密集 细小的气泡 运些气 泡表面 j 艮大 可以大量黏附水中被去除物质 形成气 袍与被击除物质的黏合体 上浮至水面 溶气气浮包括 垒溶气气 孚 部分回流溶气气浮 细碎空气气浮是利用高速喷射的水流或高速旋转 的叶轮将空气嗳八水中并剪切成细小的气泡 从而大量 黏附水中的披去除物质 形成气泡与披去除物质的黏台 体 迅速上浮毫水面 细碎空气气浮包括喷射气浮 叶 轮气浮 4 气浮工艺比较 气浮工艺比较见下表 由F 表可见 溶气气浮的气泡直径扉小 但配置 殳备鞍多 回流泵 浩气罐 压缩空气系统和浮选池 等 l 地面积较大 污水在气浮分离段停留时间长 浮选池占地面积大 流程复杂 有混凝系统 溶气系 统 回流系统厦反应系统 运行管理难度较大 溶气 罐溶气最厦溶气压力不易控制 释放器易堵塞 能耗 高 口l流泵 搅拌机 空压机等 殳备用电 另外 污 水回流量 溶气时间 溶气罐及释放器结构 压力 温 度等因素对析出气泡直径大小厦均匀性影响较大 设计 参数需进行小试后方能确定 喷射气浮虽然运行和维护简单 但同样存在建i殳 投资高 能耗高等问题 叶艳气浮的气泡直t 圣 1 0 0pm 偏大 理论分析 处理被果不如溶气气浮 由于气浮分离停留时闻仪需3 气浮工艺比较表 城建 水I 监通用机械G M G M m cm C u n s lr u clio a u 8 le r f 耐州nl 进水嫩质 D H 值 拄加药荆 P A C 自少许P A M 1 9 m 管道混合或水幕抛台 棍氍 直H L 械混合 有 应室管道程台自身虮艟混台 应室 溶气罐l池配1 个I 池配I 十 t 目擅氧 无 气咆直 垂 m 3 0 5 0 0 悍留时间6 0 9 0 m in I 水睁留时间6 0 9 0 m in 小平睁留时闻3 一I O m in 水平停目时间3 一I O m in I 结 气浮 离f 谎速4 6 m m s 肯嚣水擦涟速4 6 m m s l何敏水探I5德迪4 6 m m 有救水墚J j构紧凑 体积小 日采用钢 I5 25 m 池长宽比为3 赢右 25 m 池长宽地尚3 左右 25 m 池长宽比为3 左右 结构 可移动 刮渣机链条链饭武等链条链概式等镕枭链扳式等链粜链扳式矗末端旋转武等 m 木堰镕动调节堰或薄镕 镕动调 堰或薄壁堰 动嗍竹牲或薄女堰薄g 堰 lO m ln 故叶轮气浮设备结构紧凑 体积小 相应地 减少丁土逮工程量 叶靶气浮不需配置回流泵 空压 机 溶气罐 释放器等设备 一方面降低丁投资和运行 成本 系统运行往往只需要几千瓦的动力 且加药景鞍 小 一另一方面 没有溶气气浮在运行中溶气罐溶气量 厦信气压力不易控制 释放器易堵塞造成大气泡翻腾等 问胚 操作简单 出水水质稳定 5 气浮的主要设施 溶气气浮的主要设施有加药系统 药剂溶解池 溶解搅拌机或空气搅拌系统 溶气罐 释放器 回流 泵 i孚选池 包括反应池 分离池 反应搅拌机 压 缩空气系统及刮渣机 细碎空气气浮的主要设施有加药系统 药剂溶解 池 溶解搅拌帆或空气搅拌系统 喷射器 或叶轮气 浮机 分离池和刮渣机 目前 在含油污水处理中 国内外已经广泛应 用了叶轮气浮 近几年 在污泥浓缩中 叶轮气浮开 始莲步推广应用 当前 叶轮气浮鞍成熟的工艺是 C A F 涡凹气浮系统 C A V I T A T I O NA I RF L O T A T I O N S Y S T E N 其关键设备为涡凹气浮机 三 涡凹气浮在污泥浓缩中的应用 1 项目背景殛改造的必要性 扬于石化公司水厂净二装置担负着化r 厂精对荦 二甲酸 P T A 醋酸 乙醛装嚣排放污水的处理任 务 设计能 J S 0 0 m m 系统采用厌氧 O A 0 礁好氧工 艺 污水经该套生化装置处理后 产生剩余活性污坭量 约2 5 万 a 含水率9 99 6 净 装置原有污泥处理系 统工艺流程为 污泥地一平流式污泥旅缩池一浓缩污泥 贮存池一带式压滤机脱水一泥饼外运 其中 污泥池的污泥浓度约为4 扎 净二装置原有 两座平流式污泥浓缩池 浓缩方式为重力浓缩 浓缩对 象是P T A 污水的剩余括性污泥 由于该污坭颗1 立较轻 并且具有难凝聚 难絮凝 难沉降的特性 因而重力浓 缩的效果很不理想 污泥脱水效果差 导致大量的剩余 活性污泥积聚在乐皖内 造成出水带泥 不仅影响排水 水质 而且增加生化处理成本 同时降低磊皖生化污泥 的活性 归纳起来 原有两座平流式污泥浓缩池存在以下3 个问题 I 装置处理水量大相应污泥产生量也较多 原有污泥敞缩池的污泥击除能力不足 2 平流式污泥浓缩池的浓缩放果较差大量污 泥从敞缩地出口返回乍化系统 造成处理成本上升和系 统微生物活性降低 3 平流式污泥限缩池上清液出水S S 含量较 高增加了集水池C O D 和下游装置的处理负荷 重复 处理 也不利于降低成本 也无法保证装置实现达标排 放 2 污泥气浮浓缩工艺 I 原有平流式污泥浓缩池概况平洗式污泥浓 缩池2 座 每座有教容积 6 0 0 m 3 形式 半地下式 黑黑是盟7 7 置峨城建 水I 业通用机械 It f f I fb n t r o r t u m0 1a lcr h d o r 1 地上30 m 地下3O m t 结构形式 钢筋混凝土结构 敞口无盖板一几何尺寸 长 宽 高 2 40 mx60 m 6 O m I 有效池深 57 0 m l泥斗高 3 0 m 2 污泥气浮椎缩工艺设计参数每座污泥气浮 浓缩池处理能力 1 0 0 m h t 进泥j 农度 3 5 9 L 气浮 浓缩后污泥浓度 4 0 6 0 9 L 一进泥含水率 9 95 9 97 气浮浓缩后污泥含水率 9 4 9 6 池底沉 淀污坭浓度 3 0 9 L 沉淀污泥含水率 9 7 出水悬 浮物浓度 3 0 0 m g L 3 污泥气浮浓缩工艺靠案由于P T A 污水的利 余活性污泥颗粒鞍轻 井且具有难凝聚 难絮凝 难沉 降的特性 因而重力浓缩的效果很不理想 故将浓缩方 式由重力浓缩改为气浮浓缩 r 艺选用C A F 涡凹气浮系 统 cA F 涡凹气浮系统 C A V lT A T I O NA I R F L O T A T I O NS Y S T E M 是专利水处理 殳备 具有结构 简单 设备整体性好 占地小 能耗低 操作维修简 单 去除率高 低噪声以醍安装方便等优点 C A F 涡凹 气浮系统包括曝气区 气浮区 回流系统 刮渣系统及 排水系统 工作原理 加药混凝后的污泥首先进八曝气l羞 该区设置涡凹气浮曝气机 通过底部中空叶轮的快速旋 转在污泥中形成真空区 此时液面上的空气通过中空管 道抽送至液面F 并在底部中空叶轮的快速旋转而产生 的三股剪切力下被粉碎成撒气泡 微气泡与污泥中的固 体污染物有机地结合在一起上升蛩髓面 到达液面后的 固体污染物便依靠这些微气泡支撑并漂浮在涟面上 洒 过气浮刮穗机将浮渣刮八螺旋推进器收集槽 污水则由 溢流堰溢流排放 3 改造内窖 污泥浓缩池改造 污泥浓缩池沉淀污泥排放 新 增加药没备 新增污泥中转箱硬污泥中转泵 如图3 所 币a 1 1 污泥浓缩池改造在平流式污泥浓缩池上增 田3 改造后的工艺方塞 7 8 黑 黑臻 殳气浮 殳备和浮渣击除i殳备 2 污泥浓缩池沉淀污泥排垃污泥浓缩池池底 泥斗区域的f 7 c淀污泥利用原有系统排人浓缩污泥贮存 池 3 新增加药 殳备住混凝反应区投加凝聚剂 P A C 进行混合反应 同时往气浮配水区进曝气室前过流 孔洞处投加絮凝 r P A M 阿个投加点 与污泥进行 接触反应后进八气浮分离区进行浮选分离处理 新增I 组凝聚 I i I P A C 加药i5 备 I 组絮隧押I P A M 制 备厦加药设备 为气l 豫缩池投加凝聚押I P A C 絮凝剂 P A M 4 新增污泥中转池及污泥中转泵2 污泥诛缩 池紧邻浓缩污泥贮存池 经过气浮浓缩后的污泥由螺 旋输送机直接送至浓缩污泥贮存池 I 污泥浓缩池距 离浓缩污泥贮存池约1 0 0 m 因此 需新增I 台污泥中转 箱 有效容积1 0 m 井新增两台污泥中转采 四 污泥气浮浓缩工艺设计 1 污泥泵和机械搅拌设备 P T A 污水的剩余活性污泥经污 f 己泵加压提升进八污 泥浓缩池的混凝反应区 反应区采用机械搅拌混台反 应 污 f 己泵和机械搅拌设备利用现有设施 2 污泥浓缩池改造 气浮浓缩池由原有两座平流式污坭浓缩池改造 改造内容如下 I 池前端设有配水区 曝气室 配水区 曝气室 底部采用Q 2 3 5 A 钢板封实泥斗 配水区进曝气室的过梳 孔洞位干曝气室底部 曝气室含有进口 回流管F J 配 有2 组回流系统 每组3 根管道均与曝气窜连接 2 经核算井考虑水池的宽度 曝气室内安装2 台 涡凹气浮曝气机 包栝配置的曝气机固定装置 回流 管 单台曝气机总长2 0 m 功率22 5 k W 3 设置I 台气浮刮渣机 I 台可调节液位的溢流 堰 刮渣区域采用槽钢支架固定气浮刮渣机轨道 可 调节液位的溢流堰 副渣长度 l8 m 削渣宽鹰6 m 在宽度中间位置设槽钢加强同定 气浮刮渣机功率 03 7 k W 4 设置 台螺旋输送机 包括螺旋推进器 蝶旋 推进器收集槽 用于气浮浓缩池出渣 长度B m 螺旋 输送机功率03 7 k W 厂霆一 宁 匮 匦M 到 下粤 匿 丑亟 5 设置1 台电控箱 3 凝聚剂P A c加药设备 I 凝聚剂P A c加药泵选用计量泵 3 台并联 2 台工作 I 台备用 则单台流量 6 0 加药量 x 15 C 安全系数 9 0 L h 计鼍泵扬程5 0 m 2 蹬备组成 I 睹药罐1 台 窖积 1 0 0 0 L 一规倍 d1 2 2 0 x H 1 2 0 0 F ilm l 材质 3 0 4 储药罐内配置I 台搅拌机 用 F 溶解凝聚帮I P A C 2 搅拌机l台 规格 叶轮直径4 5 0 m m t 忖质 3 0 4 电动机功率 o5 S k W 电压 3 8 0 V 3 计量泵3 台并联 2 台t 怍 I 台备用 单台流 量 1 0 2 L h 扬程 5 0 m 一电动机功率 03 7 k W 电 堆 3 8 0 V 4 1 台电控箱 5 联台底座I 台 材质 Q 2 3 5 A 联合底座上面 安墟l台储药罐 3 台计量泵 I 台电控箱 配管系统一 联合底座平面尺寸 2 0 5 0 m m x1 2 5 0 m m 4 絮凝剂P A M 制药及加药设备 I 紫凝剂P A M 加药泵选用手动无级机械调速 螺杆泵 3 台并联 2 台工作 I 台备用 则单台流最 3 0 0 加药最 x 13 安垒系数 3 9 0 L h 螺轩泵扬程6 0 m 2 i殳备组成 I 储药罐I 台 含芷线稀释装置 配药量 2 1 5 L r n 窖积 30 0 0 L 规格 24 l 1 2 2 0 m mx l2 2 0 m m 材质 3 0 4 储药罐内配嚣硝台搅拌机 用 f 溶解絮凝i P A M 2 搅拌凯两台 规格 叶艳直经4 5 0 m m 一材质 3 0 4 电动凯功率 05 5 k W 电压 3 8 0 V 3 手动无级机械调速螺杆泵3 台非联 2 台W I E l台备用 单台流量 4 0 0 L h I 扬程 6 0 m 电动机功 率 O3 7 k W 电压 3 8 0 V 4 I 台电控箱 5 联合底座I 台 材质 Q 2 3 5 A 朕台底座上面 安装1 台储药罐 3 台螺杆泵 台电挖箱 配管系统 联合底座平面尺寸 34 4 0 m m I8 2 0 m m 5 污泥中转箱及污泥中转泵 I 污泥中转箱J 台 有效容积 l0 m 城建 承I 业通用机械饿1 1 m m im t r u ct h nKI I lg l I m h t r l1 规格 L 2 5 0 0 m m B 2 0 0 0 m mx H 2 0 0 0 m m 厚度 1 4 r a m 箱体材质 Q 2 3 5 A 箱体内外环氧埘脂防腐 顶部敞口 疋盖板 2 污泥中转泵2 台井联 I 台工作 I 台备 用 单螺杆采 单台流量2 0 m 1 1 插程4 5 m 电动机功 率75 k W 电压3 8 0 V 五 关于混凝剂投加问置的探讨 混凝剂的混凝机理有压缩双电层 吸附电中和 吸附架桥 沉淀物的卷扫或网捕 1 原设计投加的混凝剂种类 C A F 涡咖气浮系统通常投加凝聚剂P A C 和絮凝剂 P A M 即无机高分子化合物聚合氯化铝 P A C 和有机 高舟于絮凝荆聚丙烯酰胺 P A M 聚台氯化铝 P A C l也 皮称为碱式氯化铝或者羟基 氯化铝 是羟基氯化铝单体的聚合物 投加后能够直接 提供大量高价聚合阳离子 迅速发挥啦附电中和和吸 附颦桥作用 混凝效果好 P A C 适用干低温低浊水的处 理 聚雨烯酰胺 P A M 本身为链状非离子型高分 子 水解后的聚丙烯酰胺高分子在水解形成的羟基之间 的静电斥力作用下 高分子结构得以充分展开 能瞎很 好地发挥吸附架桥的絮龌作用 P A M 适用于高浊度水 的预沉处理 虹适用于污泥脱水处理和循环冷却水处 理 气浮工艺的混凝剂种类选择原则 如去除介质是 细微悬浮物或救生化学沉淀物 可单独庄气弹配水区枝 加繁凝剂P A M 如去除介质是肢体状物质 则首先m 混凝反应匠投加凝聚女q P A C 艟其脱稳凝聚 再在气浮配 水区投加絮凝剂P A M 产生大颗粒絮凝体 选样可明显 提高混凝赦果 提高气浮t 艺的水质适应性 同时降 低P A C 和P A M 的投加最 P A C 和P A M 的投加量和投加比 例 应依据水质情况 通过多次试验确定 在璇计阶段 拄加的混凝剂种类即按照以上原刚 选型 2 试运行阶段投加的凝聚剂改型殛相关问题探讨 试遥行阶段初期 该气浮浓缩工艺出现了浮渣量 少 污泥浓缩比低 出水上清液悬浮物含量高的状况 技术指标未能达到预期要求 针对以L 状况遥步进行分析 系统 1 殳备的运行 伸熊昱盟7 9 a h 城建 承I 她通啊橇械 lf lm f it G m ct r m t io n H r n d 均正常 工艺控制参数包括水力负荷 固体负荷 温 度 停留时间和气固比等均符合设计要求 混凝剂投加 噘序为先无机 后有机也符合工艺要求 按照气浮工艺机理 气浮过程中细微气泡首先与 污水中的悬浮污泥颗粒相黏附 形成整体密度小于水的 气泡一颗粒 复合体 使悬浮污泥颗粒随着细微气泡 一起浮升到污水表面 由此可见 气浮工艺的实现必须 具备以下三个基本条件 一是在污水中产生足够数量的 细微气泡t 二是去除介质为不溶性的固态或维志悬浮颗 I 盥 三是细微气袍与悬浮颗粒相黏附 擦八分析 谊气弹浓缩工艺具备前两个基本条 件 问题只有可能出在第三条 在I 殳计阶殷 授加的 混凝剂种类是按照通常的气浮侬缩工艺选型 即考虑 浓缩密度接近于水的琥水污泥 而P T A 污水的剩余话 性污泥的含水串达到9 95 一9 97 其亲水性极强 且污泥颗粒表面带有负电荷 理论上 亲水性极强的 悬浮污泥颗粒很难与细撒气泡相黏附 因而 悬浮污 泥颗粒就不能随着细微气泡一起浮升到污水表面形成 浮渣 根据以上分析 将混凝反应区投加的凝聚荆P A C 更 换为阳离子型 水溶性破乳剂 其主要成分是阳离子聚 台物型表面括性剂 之后 该气浮i农缩工艺的浮渣量 污泥浓缩比 出水上清液悬浮物含量的技术指标均达到 了设计要求 如图4 所示 田4 污泥气浮浓缩工艺最终涟程示意 破乳荆是一种表面皓性物质 它能使乳化状的液 体结构破坏 以达到乳化油中各相分离开来的目的 有 机相与水相的有敏分离 采用破乳剂是一种最简单的有 教方法