大型溶气气浮污水处理系统的排渣装置设计(编辑修改稿)

大型溶气气浮污水处理系统的排渣装置设计(编辑修改稿)内容摘要：

的空气以微气泡的形式释放出来并粘附絮粒而促使其上浮。 加压溶气气浮法是目前应用最广泛的一种溶气净水工艺。 加压溶气气浮法与其它气浮 方法相比具有以下优点： (1)加压的情况下 ， 空气的溶解度大 ， 供气浮用的气泡数量能够得到很大程度的满足 ，确保了气浮效果； (2)溶入的气体经骤然减压后释放 ， 产生的气泡不仅尺寸微细、粒度均匀、密集度大 ，而且上浮稳定、对液体扰动小 ， 适用于絮粒疏松、微粒细小的固液分离； (3)工艺流程及设备比较简单 ， 管理、维修也较方便。 溶气新工艺研究 近年来 ， 气浮净水系统无论在溶气系统、固液分离系统还是释气系统等方面都有很大的发展 ， 出现了很多相关技术和专利产品。 （ 1）涡凹气浮技术 涡凹气浮技术 (CavitationsAir Flotation， 简称 CAF)是 1985 年美国发明的一种新型水处理气浮技术 ， 该技术有能耗低、效率高的优点 ， 是一种集吸气、混合、气浮固体和澄清水排放等过程于一体的空气气浮技术。 其水处理过程是：原水与絮凝剂一起进入曝气段 ， 特制的涡凹曝气机将全部空气以 “微气泡 ”的形式打入其中 ， 同时曝气机使室内形成空穴产生负压 ， 形成一个真空区。 从进气管吸入的空气被直接送入水下并吸入真空区从而产生大量微气泡。 在空穴室的负压作用下 ， 约有 1／ 4 的水量又回到空穴室进行自然循环 ， 在循环过程中 ， 大量微气泡夹带原水中的悬浮 物上浮到水面形成浮渣并进入气浮段 ， 然后被刮渣机刮入排渣沟 ， 而气浮系统中螺旋推进器把浮渣排走。 该溶气工艺如图 所示。 郑州大学本科毕业论文 5 图 涡凹气浮溶气工艺示意图 由于该系统中空气是由特殊曝气机带入 ， 带有微气泡的水体自然循环 ， 所以系统无需空压机和循环泵 ， 这使得整个气浮系统结构简单紧凑、自动化程度较高 ， 而且有投资省、运行费用低、工作可靠性较高、节能效益显著的优点。 另外该装置产生的气泡直径大大小于溶气气浮法产生的气泡的直径 ， 气泡在水里上浮速度很快 ， 对被处理废水中悬浮 物的去除率较高。 涡凹气浮技术在美国 1985 年发明以后 ， 首先在造纸废水处理中投入使用。 现在美国和墨西哥已有 30 多家造纸厂污水处理站使用这项技术 ， 除此之外 ， 涡凹气浮技术还被应用于制革、印染、食品和肉类加工等工业废水处理上。 我国在 1996 年从美国引进了此项技术 ， 目前已在造纸和制革废水中投入使用。 （ 2） 浅层气浮技术 20 世纪 70 年代美国的 Krofta 博士发明了浅层气浮池 ， 随后他在美国成立了以他名字命名的 KROFTA 工程公司生产这种产品 ， 产品的完美和畅销使 KROFTA 成了浅层气浮池的代称。 KROFTA 净水工艺的 突出点是 “零速度 ”原理和 “超浅池 ”结构。 原水从池中心的旋转接头进入 ， 通过配水器布水 ， 配水器的移动速度和进水流速相同 ， 这就是所谓的 “零速度。 原理 ， 这也是 KROFTA 设备的关键技术 ， 这样进水不会对原水产生扰动 ， 使得颗粒的悬浮和沉降在一种静态下进行。 应用 “超浅池 ”理论设计的池深只有 650mm外进出水的巧妙隔离使悬浮物的分离不受 速度上下限的限制 ， 气浮分离时间只有 3—5min， 使设备的占用空间大幅度减小。 浮渣的清除用螺旋泥斗 ， 清除的浮渣在某一时刻总是池内浮起时间最长的 ， 也就是固、液分离最彻底的浮渣 ， 而且浮渣瞬时清除 ， 隔离排出 ， 对水体几乎没有扰动。 KOFTA 溶气工艺中应用了新的溶气机理 ， 其溶气管如图 所示 郑州大学本科毕业论文 6 图 KROFTA 气浮机的溶气管示意图 该工艺利用一种特制机构 ， 先把压缩空气切割成微细气泡 ， 然后在扰动非常剧烈的情况下与加压水混合、溶解。 这时空气在溶气管内以两种形式存在：一种是溶解在水中(与溶气罐类似 )。 另一种形式是微细气泡以游离状态夹裹、混合 在水中 ， 在气浮时这种气泡直接用于气浮 ， 并且是气泡的主要来源 ， 从溶气水中释放的气泡也加入到气浮过程中 ， 这两种途 径形成的微细气泡的数量要远大于溶气罐加溶气释放器的结构形成的气泡数量。 该工艺中 “零速度 ”混水机理显著减小了溶气水对废水污粒的扰动 ， 与 “超浅池 ”结构相结合使常规单池净水时间由 2030rain缩短为 23min， 显著提高了单池净水能力 ， 但并未从根本上解决溶气 过 程能耗较高的问题。 我国最初引进该设备时只作为造纸设备的附属设备随主机一起引进 ， 或作为造纸行业的专用设备引进 ， 忽视了它同时也是一种防治污染的水处理设备 ， 近几年我国的用户和环保设计部门才开始重视起来。 （ 3）气液混合泵 气液混合泵是近年出现的新溶气工艺设 备之一。 离心泵的通常用途是输送纯液体 ， 但在许多场合用做污水处理和饮用水处理的气浮设备。 普通的离心泵不能满足或不能可靠地满足上述要求 ， 这是由叶轮的结构限定的。 在叶轮的进口弯道里 ， 随气体含量的增加 ， 将形成一个不断扩大的气穴阻塞区 ， 干扰泵的平稳运行 ， 直至阻塞流道 ， 中断泵送。 郑州大学本科毕业论文 7 图 EDUR 公司生产的 LBU型气液混合泵 气液混合泵则很好地解决了上述问题。 这种泵工作时 ， 液体和气体在泵的入口处同时被吸入 ， 气、液通过水泵叶轮的切割、分散作用以及泵体内的高压力使气体混合溶解于水 ， 从而实现溶气的目的 ， 随后在溶气水的 常压释放过程中以微气泡形式析出。 采用气液混合泵进行加压溶气 ， 可省去普通加压溶气气浮设备中的空压机、溶气罐等设备 ，使系统大大简化。 该泵具有体积小、压力高、占地面积小、工作噪音小、结构简单以及坚固耐用等一系列优点。 但该类型气浮净水设备溶气量一般较小 ， 因属于泵前射流溶气 ，溶气效率也相对较低 ， 一般仅应用于小规模净水工程 ， 较大型净水工程仍采用 DAF 工艺。 这种类型气浮设备很多 ， 如上海 NIKLNI 公司生产的 NIKLNI 系列气液混合泵 ， 德国 EDUR 公司生产的 LBU(如图 )、 EBU 型气液混合泵等。 气液混合泵是离心泵 ， 其产生的压力一般在 以下 ， 气液混合泵的运行压力只有。 郑州大学本科毕业论文 8 第 2 章 方案分析及选择 在第 1 章中 ， 我们介绍了加压溶气气浮法 ， 鉴于加压溶气气浮法效果好 ， 稳定 ， 而且工艺流程及设备比较简单 ， 管理、维修也较方便。 这些有点比较适用于中小企业的投资 ， 所以我们选择加压溶气气浮法来作为此次排渣装置设计的系统。 根据溶气方式不同 ， 加压溶气系统大致可分为三种：水泵吸气式溶气系统、射流挟气式溶气系统和空压机供气式溶气系统。 （ 1）射流挟气式溶气系统 射流挟气式溶气系统利用加压水泵提供的压力水流经高效 射流器时．由于射流器高压喷射所形成的负压从大气中吸入空气 ， 在射流器的混合管内高速水流与吸入的空气相互掺混、切割 ， 使气体分散成无数微小气泡。 然后气水两相混合流体进入溶气罐 ， 在溶气罐中再进行接触溶解 ， 并将剩余空气与水分离 ， 从而完成溶气过程。 该系统溶气方法简单 ， 无需另设空压机 ， 但释气气泡尺寸较大 ， 溶气效率较低 ， 未溶气体比例较大 ， 极易破坏絮粒 ， 因此不易用于处理絮粒含量较多的废水。 而且射流器吸气时能量损耗较大 ，能耗较高。 该溶气系统如图 所示。 内循环射流加压溶气气浮法是在射流挟气溶气方法基础上发展而形成的一种新的溶气方式 ， 无论在能耗还是在溶气效率上都比前者有了很大提高。 该系统采用了空气内循环及水流内循环两个方面的有机联系 ， 除了保持射流溶气方式的特点 ， 不需空压机外 ，由于采用了内循环方式 ， 在总的能耗上大大降低 ， 达到了目前广泛采用的空压机供气式溶气方式的能耗水平 ， 已受到较普遍的重视。 该系统工艺流程如图 所示。 图 射流挟气式溶气系统示意图 郑州大学本科毕业论文 9 图 内循环射流加压溶气气浮工艺流程示意图 （ 2）空压机供气式溶气系统 空压机供气式溶气系统如图 所示 ， 该系 统是目前应用最广泛的溶气系统。 该系统由空压机供气 ， 利用加压水泵与空压机提供的压缩空气 ， 一并进入压力溶气罐中 ， 以进行气一水的接触溶解 ， 使空气溶入水中。 空气在水中的溶解度取决于溶气罐的内部结构和溶气方式。 由于在压力溶气罐中溶气 ， 从而大大增加了气液两相接触面积和接触时间 ， 溶气效率也大幅度提高 ， 其溶气罐又可分为填料式溶气罐和空罐两种． 图 水泵 空压机溶气系统示意图 加压溶气气浮是应用最广泛的水处理方法 ， 根据用于溶解空气的水的性质是否为净化水及 其所占原水比例可分为全溶气、部分溶气和回流加压溶气三种溶气方式。 郑州大学本科毕业论文 10 全溶气方式是将整个入流液全部进行加压溶气 ， 再经减压释放装置进入气浮分离室进行固液分离的一种溶气气浮方式。 该工艺流程如图 所示。 这种溶气方式因全部原水需要加压溶气 ， 故电耗较高 ， 由于未加入溶气水 ， 所以分离池的容积可以相应小一些。 图 全溶气方式气浮工艺流程示意图 部分溶气方式是将部分入流液进行加压溶气 ， 而其余的入流液则直接进入到气浮分离室的混合室。 该溶气方式因只需给部分原水加压 ， 故电耗较全溶气方式小 ， 同时因加压水泵所需加压的溶气水量 与溶气罐的容积也均为全溶气方式的一部分。 故设备的体积也较小。 但由于部分溶气方式提供的空气量较小 ， 因此必须在较高的溶气压力下进行溶气。 该溶气方式工艺流程如图 所示。 图 部分溶气方式气浮工艺流程示意图 回流加压溶气方式是将部分气浮净化后的澄清液进行回流加压 ， 而原水则进入絮凝池或直接迸入气浮分离室。 经过加压溶气后的回流水经压力释放装置后和絮凝后的水相混合进入气浮分离室进行固液分离 ， 如图 所示。 该溶气方式具有处理效果稳定的优郑州大学本科毕业论文 11 点 ， 但由于回流水而造成气浮分离池的附加流量增大 ， 故气浮分离池的容积比全溶 气方式和部分溶气方式的大一些。 图 回流加压溶气方式气浮工艺流程示意图 （ 3）水泵吸气式溶气系统 水泵吸气式溶气系统装置简单，不需另设供气装置，而直接在加压水泵的吸水管前加入空气，由水泵吸入后与原水一起进入压力溶气罐进行溶气。 按目前常用的方式还可分为以下两种型式： 图 水泵自吸式溶气系统示意图 一种是水泵自吸式溶气系统，如图 所示。 这种型式是利用水泵吸水管处的负压作用，在吸水管上接一分支管，装上进气调节计量设备，空气在负压作用下由 此管进入水泵，并利用水泵的高速搅拌形成而气、水混合流体进入溶气罐。 另一种是水泵压吸式溶气系统，如图 所示。 在水泵压水管上接一分支管，并装郑州大学本科毕业论文 12 上射流器，利用水泵的压力射流器吸入空气后与压力水一并进入吸水管，并由叶轮搅拌后送入溶气罐。 图 水泵压吸式射流器供气溶气系统示意图 由于该方法不需要空压机供气，所以没有因空压机运行带来的噪音污染，当吸气量控制适当 (一般为饱和溶量的 50％左右 )以及压力不太高时，运行基本稳定可靠。 但当吸气量过大时 (如超过 78％ )，则会造成水泵运行不正常并产生振动，同时水泵压力下降2530％，长 期运行还可能造成水泵叶轮及泵壳产生气蚀而损坏。 对比以上三种溶气气浮的方式特点 ， 可以看出 ， 虽然 空压机供气式溶气系统是目前最为广泛的溶气系统 ， 效率也比较高 ， 但是由于空压机的存在导致环境噪音太大，不太符合现在的设计理念，对于射流挟气式溶气系统，系统溶气方法简单，无需另设空压机，但释气气泡尺寸较大，溶气效率较低，未溶气体比例较大，极易破坏絮粒，因此不易用于处理絮粒含量较多的废水。 而且射流器吸气时能量损耗较大，能耗较高。 本此设计选用 选择 水泵 吸气式溶气系统来作为本次设计的方案，因为处理量小，吸气量不需过大，而且对于吸气所产生的震动我们可以通过加减震装置来消除。 郑州大学本科毕业论文 13 第 3 章 SOLIDWORKS进行 设备 建模 装配 和典型结构介绍 在本次设计中 ， 由于已经有一定的要求 ， 对于废水时处理量和排渣装置的速度区间以及气浮池的基本尺寸都已经明确给出 ， 再加上本次设计又是一个比较传统的项目 ， 所以设备的每个参数都有很多的参考资料 ， 因此 ， 在本次设计都先是按照整体尺寸要求 进行建模 ， 获得总装置的质量， 最后在第四章中再对必要的零件进行校核。 介绍 （ 1） Solidworks 简单介绍 Solidworks 软件功能强大 ， 组件繁多。 Solidworks 功能强大、易学易用和技术创新是 SolidWorks 的三大特点 ， 使得 SolidWorks 成为领先的、主流的三维 CAD 解决方案。 SolidWorks 能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。 SolidWorks 不仅提供如此强大的功能 ， 同时对每个工程师和设计者来说 ， 操作简单方便、易学易用。 对于熟悉微软的 Windows 系统的用户 ， 基本上就可以用 SolidWorks 来搞设计 了。 SolidWorks 独有的拖拽功能使用户在比较短的时间内完成大型装配设计。 SolidWorks 资源管理器是同 Windows 资源管理器一样的 CAD 文件管理器 ， 用它可以方便地管理 CAD文件。 使用 SolidWorks ， 用户能在比较短的时间内完成更多的工作 ， 能够更快地将高质量的产品投放市场。 在目前市场上所见到的三维 CAD 解决方案中 ， SolidWorks 是设计过程比较简便而方便的软件之一。 美国著名咨询公司 Daratech所评论： “在基于 Windows平台的三维 CAD软件中 ， SolidWorks 是最著名的 品牌 ， 是市场快速增长的领导者。 ” 在强大的设计功能和易学易用的操作（包括 Windows 风格的拖 /放、点 /击、剪切 /粘贴）协同下 ， 使用 SolidWorks ， 整个产品设计是可百分之百可编辑的 ， 零件设计、装配设计和工程图之间的是全相关的。 Solidworks 拥有多项模块 ， 其中用到最多的当然就是它的建模模块了。 SolidWorks 提供了无与伦比的、基于特征的实体建模功能。 通过拉伸、旋转、薄壁 特征、高级抽壳、特征阵列以及打孔等操作来实现产品的设计。 通过对特征和草图的动态修改 ， 用拖拽的方式实现实时的设计修 改。 三维草图功能为扫描、放样生成三维草图路径 ， 或为管道、电缆、线和管线生成路径。 采用 CAD 技术对于产品的设计生产而言 ， 突出体现以下几大优点：缩短了新产品的研制周期 ， 有利于产品的更新换代和技术改进、改型；提高产品的质量；提高设计人员的工作效率；降低生产成本；增强了产品的市场竞争力；提高企业的整体技术水平。 （ 2） Solidworks 装配介绍 Solidworks 不仅提供了丰富的用于装配的工具 ， 还提供了多种统计 ， 计算和检查工具 ， 如质量特性 ， 干涉检查等 ， 且可以方便的生成装配体爆炸图 ， 清晰地表示装配体中郑州大学本科毕业论文 14 零件之间的 位置关系。 在 Solidworks2020 中 ， 装配体的零部件可以是独立的零件 ， 也可以是其它的装配体—子装配体。 在大多数情况下 ， 零件和子装配体的操作方法是相同的。 零部件被链接（而不是复制）到装配体文件 ， 装配体文件的扩展名为 “.sldasm”。 装配体文件保存了两方面内容：一是进入装配体中各零件的路径 ， 二是各零件之间的配合关系。 一个零件放入装配体中时 ， 这个零件文件会与装配体文件产生链接关系。 在打开装配体文件时 ， Solidworks2020 要根据各零件的存放路径找出零件 ， 并将其调入装配体环境。 所以装配体文件不能单独存在 ， 要和零件文件一起存在才有意义。 在打开装配体文件时 ， 系统会自动查找组成装配体的零部件 ， 其检查顺序是：内存—当前文件夹 —最后一次保存位置。 如果在这些位置都没有找到相应的零部件 ， 系统会。