溶气气浮技术的发展从第一代到最新的(第三)在湍流条件下(DAF) (自动保存的).docx

天津科技大学XXXX届本科生毕业论文从第一代到最新的（第三）溶气气浮技术的发展（DAF在紊流条件下）H.J. Kiuru环境工程实验室，赫尔辛基科技大学6100信箱，02015 HUT，芬兰摘 要本文给出了一个简短的描述溶气气浮DAF（或所谓的发展高压浮选）。在过去的80年，去除水和废水处理中的固体作为一个单元操作，从20世纪20年代，DAF-系统在水处理行业中所使用的ADKA和Sveen-佩德森气浮池，其中有一些仍然在使用。这些气浮池的池体很浅，窄，以及相当长的。水的流量是约2-3米/小时（最多不超过5米/小时），下面的水是一个非常薄的微气泡毯表面之间的干污泥，澄清的水流量水平几乎低于接近尾声的注水池泡沫毯应从底部附近去掉。DAF在1960年代推出的第二代，这些装置在今天仍广泛使用。他们的池体几乎是正方形的，通常是比的一点点更多的长度。他们是相当深刻的。有前面的单位，具有窄的水平间隙的底部上的背壁的下流壁注水池让出澄清水从浮选空间。水的流速通常是5-7米/小时或至多小于10米/小时。流动方向是30-45低于水平。有一个相当厚的微气泡床在罐下方的干污泥的开头。这个泡沫床变清楚地更薄，当朝向端的坦克。也有圆形的DAF水池的基础上相同的矩形上面介绍的液压原理。一个称为特殊应用DAF气浮过滤器，是在最后的20世纪60年代发明的。这是一个浮选和快速砂过滤组合，都被放置在相同的贮水池上。浮选需要在水箱的上部和已被放置在它的下部的过滤器上。水的流向现在是从贮水池的水的自由表面朝向深床过滤器中垂直向下的。此参数控制着过滤器床上方的的罐浮选空间的流动方向。在浮选水的流量滤波器可以是10-15米/ h，但流动条件仍然是层流。它是威胁过滤器的头损失增长过快，这在实践中是浮选过滤器在这一领域的液压流量限制。在20世纪90年代的结尾已被取代的薄的刚性板上有很多圆形小孔。此板，具有比砂过滤器非常低的流动阻力，可以有控制在浮选的空间上方的板的垂直流动的水，并均匀分配在水平横截面整个的槽。气浮池上面几乎是正方形，其深度显然是超过它的长度和宽度。这种浮选设备可以操作的水在25-40米/升范围内的流速。甚至超过60米/小时的流速，已报告有这种DAF单元。有没有堵塞的风险板，固体悬浮物，这可能会限制流量率。这是说，它是可能的也是在紊流条件下操作DAF。微小气泡床下方的表面的水的深度可以是1.5-2.5米。在油箱过滤水实际上有一个不断再生的微泡床在的。微气泡床的下表面上是一个真正的水平的一个以上控制在浮选空间流板的一点点。该澄清微气泡床下面的水是完全清楚的。可以说，在这种情况下，去除悬浮固体发生更多的过滤水的深床过滤器微泡，而不是通过将微泡到固体上，当这两个彼此混合的浮选机的入口轴因为水的入口轴的保留时关键词 溶气浮选，建立微气泡的液压控制; 流动条件; DAF技术的发展在水和废水处理溶气浮选的定义溶解空气浮选（DAF）是一个单元操作以从水中除去悬浮固体，其中颗粒被抬起离开水由大量的空气的微气泡连接到它们。这些看不见的气泡（直径小于100m）从所谓含有饱和溶解的空气量的分散水或高压（40-70 MWP）水中产生。分散液的水，通常是5-15的量的被处理水由DAF，被送入浮选中的空间，在前面的DAF坦克。有许多不同的方法中使用的分散液的水供给到释放出来的被处理水，以及由DAF分布的空气的微气泡整个质量的被处理水由DAF分散水进入。创建空气微气泡并混合入水由DAF可被视为也可以进行通过注入加压的离心式泵的吸入侧的空气进入这是用来提水成DAF单元。在此应用中，水的总量为由DAF处理被加压到一个明确的压力较低（30-40 MWP）作为分散水，在“正常”的解决方案，上述加压。如果溶解的空气量的中的被处理水由DAF是相同的，然后，当使用一个小的色散量水，这两个系统的能源成本是在实践中几乎相等。根据系统主要用于处理水时，进行了大规模的高压分散水。当高压的分散水或明确的总的水的压力较低流被处理由DAF含过量的溶解空气的突然下降到大气压在将待处理的水，这过量空气的分散水或，被处理水由DAF的合计量，从它作为气体被释放形成的微小气泡。至关重要的是，这些微气泡的总混合一定量的水被处理在DAF的单元的开头。的总的空气量被溶解到分散液的水，或者，换句话说，总的色散量水是依赖于浓度的悬浮固体中的被处理水DAF。上述的分散水的正常量足以除去有效地从水中的悬浮固体，高达400-500毫克/升的浓度。当悬浮固体的浓度是高于，气泡量必须根据被从水中除去的悬浮固体的浓度增加。DAF技术在水和废水处理中的介绍溶解空气浮选，首先应用在矿石的敷料，以及在此过程中行业在19世纪的结束。它是用于恢复穿着的矿石，以及其他有价值的原材料，从开发工业活动的水悬浮液。 “从水中去除的颗粒，其在这些应用中由DAF是商业价值和目标是恢复他们尽可能有效。的效率，大福这些应用程序表示为从水中的颗粒的回收率（）和量（克/升或kg/m3）已被恢复。这仅是次要的，如果一些通缉颗粒保持在水中后，DAF。换句话说，质量的水后，DAF是不是很重要的，在这种情况下。溶气气浮水处理在20世纪20年代引入。该技术DAF在水和废水处理中的作用是完全一样的，在矿石加工工业。但是，而不是回收从水中的颗粒在水中使用，DAF水净化和污水处理以粒子远离水尽可能有效。然后DAF效率的降低率（）表示为颗粒从水和颗粒的浓度（mg / l或g/m3）后的水留在DAF。在这种方式中，粒子或它们的去除效率的减少率（）是在水和废水处理的兴趣。主要关注的是质量后的水DAF。图1 Sveen - 彼得森DAF系统（2-3米/小时）在首先被用于水和废水处理系统中的DAF是ADKASveen - 彼得森气浮池。这些系统的主要特征是其浮选的尺寸坦克。这是相当长的，狭窄的，很浅的。一般有一个垂直的输入轴在开始的槽罐本身是一样宽泛。是让被处理水通过DAF的入口轴的底部上，在其中的分散体的水也被允许通过一些分散体喷嘴位于该轴的底部附近。有紊流条件下，在入口轴，其中的水向上流动，在浮选槽中的水表面。在这种方式中，微气泡被释放到水中靠近底部的轴将被混合的轴，而均匀地被处理成水由DAF。水与然后，微气泡在浮选空间大福这种几乎水平流动系统，因为它是系统的从浅层浮选空间结束取出。有前面的长而窄的和浅的矩形槽和下溢壁在罐的底部附近的澄清水取出。在浮选水的流量空间通常是2-3 m3/m2h（或米/小时），并在任何情况下，清楚地小于5米/小时。那里是只有在浮选槽中的水面以下的非常薄的微气泡毯，因为流速非常低，低于水平线的流动方向是只有一点点。在许多情况下，不存在在罐的结尾，在所有的微气泡毯。这意味着有一个相当大的部分的槽（结束时），这是不是在一个有效的使用。这是清楚的是，几乎没有过滤效果的影响的微气泡的水毯在这种DAF系统，它可以被称为第一代的DAF待处理水和废水处理。这意味着，微气泡附着到固体主要发生在输入轴的坦克。但操作这些系统时，与上面提到的，适当的流速相当高的去除效率为暂停固体已经实现，但是,还有一些种DAF系统在使用中，以澄清工艺水的纸浆和造纸工业。Sveen-彼得森DAF系统的方案展示于图1。入侵DAF在水和废水处理技术（20世纪60年代和20世纪70年代）溶气浮选法广泛投入使用，在水和废水处理20世纪60年代和70年代，在斯堪的纳维亚国家。对此的解释是，溶气浮选是一个压倒性的高效率的机组运行的光固体悬浮物去除三价金属的腐殖质水的混凝，絮凝创建盐，特别是较稳定的重力，如果冰冷的海水被视为。为例如，在芬兰，DAF几乎已经完全取代了解决水澄清操作自20世纪70年代开始在地表水处理。图2传统的的DAF单位（5-7米/小时）DAF技术的显着发展，在这几十年来第一次在瑞典在芬兰。在实施有效的液压系统中的核心作用DAF开始一步一步理解。的主要过程DAF安排在第一，但人们发现，较高的流速水比为5米/小时想，浮选槽的几何发生了很大变化。坦克就明显更广泛和更深入。坦克的长度也显着下降。据了解紧均匀微气泡床整个罐的整个表面区域的时间是需要，如果想有效去除水中的悬浮固体。也有圆形的浮选坦克具有相同的液压的想法，其中入口在中间轴位于坦克。在浮选空间的水的流动的方向降低的特定多个从几乎水平朝向罐的底部，通过增加深度的浮选空间。 ，今天在这些常规的，大福系统，流动的角度从水平可能会有一些30-45。以这种方式，在浮选空间的水的流量DAF坦克很容易被提高到5-7米/小时，甚至达到10米/小时最多。这导致在整个浮选槽的水面下方均匀紧密的微气泡床。这个微气泡床的厚度或深度可以是约30-50厘米的开始处罐中。线性减小，沿罐，最终往往只有约20-10厘米。很显然，这是微气泡床在浮选空间的上部有一个明确的过滤影响附着到固体的气泡，因为增加的速率的一个主要部分以被处理的水被强制流过的气泡床。这种应用DAF可以被称为第二代或常规。在图2中示出一个典型的方案。当谈论DAF技术的发展，可能是最重要的步骤从视图的液压点一直浮选过滤器的本发明，其中发生在20世纪60年代后期在瑞典。这个组合的想法溶气气浮和在同一个容器的基础上，实现快速过滤，液压负载承载能力的快速砂过滤器是完全一样的DAF。液压此的组合是理想的，导致的表面的一个完全垂直流从水箱中的水的滤床直接向下覆盖整个底部的浮选空间。在浮选空间在滤床的整个表面上用于让澄清水从浮选空间。图3气浮过滤器（10-15米/小时）是如此之高，它均衡的水的流动均匀的过滤器床的流动阻力整个浮选空间，从而使水的垂直流速向下是相同的无处不在浮选空间。这意味着，有一个相当厚的微泡床在罐的上部具有一个完全水平的下表面。如果浮选的高度的上方的过滤器床的空间足够大时，水的流量DAF，以及在过滤可能是很容易10-15米/小时，因而，这就意味着的微气泡床的厚度为80-120厘米。深床有一个明确的微气泡筛选在浮选的上部空间与水被迫流经微泡的过滤器。的作用，这是微气泡过滤器在除去固体可能是远远大于混合微气泡与水的入口内的被处理轴的水池。浮选过滤器中水的流量，可能会对至少20-25米/小时，但通常是一个而低承载能力的悬浮固体的正常砂过滤器限制的流率，因此，它可以不超过15米/小时，而不会造成太迅速的增长的过滤器水头损失。这意味着，浮选发生在层流条件下清楚。一计划常规的矩形浮选滤波器是在图3中给出。紊流条件下的高速率大福技术发展浮选过滤器的液压工作原理已超过可能利用在20世纪90年代，当DAF系统开发的第三代。当目标已经增加DAF单位的流量较这是可能在实践中通过使用浮选过滤器，它一直只有随之而来的措施，以取代一些机械结构，这是能够在控制水的流动砂过滤器浮选空间，以及作为滤波器可以做，但不具有的堵塞问题过滤器。人们一直认为，到现在为止，可以仅在层流条件下操作浮选。这是说，水的最大流量可能是在约25米/小时浮选空间的DAF-系统中，如果是想控制的液压系统。这是很好已知的是，水的流率时，超过该水平的速度时，流程条件将不可避免地发生变化，从层流向湍流。任务已经解决如何控制的水的流动，所以，在紊流条件下浮选现象可能采取正确位置。换句话说，所有的微气泡的问题是如何可能上升一定的自由表面水在浮选空间中，在该被处理水的流打倒一个较高的速度从表面朝向，空间的底部，引起了很多动荡在浮选空间。图4湍流浮选装置（25-40米/小时）这是明显，尝试在为了回答这个问题，有不同的解决方案。其中最简单的是，它已经开发Rictor有限公司由先生奥伊瓦的Suutarinen在芬兰，只有共同的原则，高速率的浮选。 当流率可以是在25-40米/小时或什至更多，很明显的几何形状浮选槽必须选择根据该液压规定。自然在这种情况下，水的流动方向是垂直向下从水的自由表面直接浮选槽的底部。这是为什么的水平横截面的浮选空间是一个正方形的方形的一个侧面上的入口轴位于浮选空间。考虑到待处理的水的流量由DAF装置浮选空间的深度应足够大，因为微气泡驱动更深，更高的是在该空间的水的流率和较小的是的微小气泡。在这种情况下的气泡的直径，让我们说，4070微米。浮选的深度空间为2.5-3.5米，因此，水箱的深度是3.0-4.0米。这意味着浮选空间的平等壁比它的高度短。有一个薄的僵硬水平浮选板之间的空间和高约0.5米的水箱的底部空间。在盘子四周有圆形小孔大小不同的。板的结构的这些孔是最隐秘的一部分，这个动荡的浮选程序，它具有芬兰，欧洲和美国的专利保护。多孔板的作用，这是控制水的流动在浮选空间和分发，均匀分布在整个该空间的水平截面，尽管紊流条件。在这个动荡的浮选工作的试点单位以及全面的单元，它似乎是完全清楚，溶气气浮在湍流条件下进行操作。的微气泡的厚度或深度床可以是，取决于流速，1.5-2.5米。它也清楚，这非常深的床微气泡床中起着主要的作用，在气泡附着到悬浮固体和从水中去除悬浮固体。微气泡床的下表面上是完全水平的这表明这个动荡的浮选液压系统的控制。下面的水澄清呈现出非常良好的去除效率的固体，微气泡的床是很清楚的。水待处理由DAF被迫向下均匀流动是通过本微气泡床再生不断。的紊流的水可以很容易看出，当查看导频单元，具有一个透明壁观察浮选现象。DAF技术的进一步发展当考虑