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摘要：本文從廢水中重金屬去除的原理出發(fā)，分析原氣浮裝置存在的不足，選擇了氣浮機(jī)的設(shè)計(jì)方案，設(shè)置了氣浮機(jī)的相關(guān)參數(shù)和配置。該氣浮機(jī)能有效去除廢水中重金屬和懸浮物，為廢水的循環(huán)利用提供了保障基礎(chǔ)，為環(huán)保事業(yè)作出了貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：廢水；氣浮機(jī)；重金屬；懸浮物

引言

中核建中核燃料元件有限公司雖然一直以來都遵章守紀(jì)，做到了各種廢水、廢氣的達(dá)標(biāo)排放，但是隨著國家環(huán)境保護(hù)法的頒布實(shí)施，對于節(jié)能減排的要求越來越高，特別是在水資源有限的今天，廢水的循環(huán)再利用，減少廢水的排放具有十分重要的意義。因此該公司對于廢水的處理也提出了更高的要求，特別是廢水中重金屬離子的含量、水中懸浮物的含量必須接近或達(dá)到自來水的標(biāo)準(zhǔn)。在廢水處理生產(chǎn)線中針對廢水中重金屬離子和懸浮物的處理，配置了1臺(tái)氣浮裝置，但是使用效果非常差，處理后的廢水遠(yuǎn)達(dá)不到循環(huán)再利用的要求。因此針對廢水的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)一臺(tái)氣浮器用于處理廢水中的重金屬離子和懸浮物，減少試劑的使用量，減少沉降設(shè)備和廠房空間的投入，同時(shí)為廢水的循環(huán)再利用提供可靠保障條件十分必要。

1原氣浮裝置的狀況

原氣浮裝置屬水泵吸水管吸入空氣氣浮設(shè)備，主要由罐體、進(jìn)水分布裝置、氣泡產(chǎn)生裝置（含爆氣頭）、渦流泵、刮渣裝置、出水調(diào)節(jié)裝置等組成，其結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。水泵吸水管吸入空氣氣浮是一種最簡單的氣浮方法，由于水泵工作特性的限制，吸入的空氣量不宜過多，一般不大于吸入量的10％（按體積計(jì)），否則將破壞水泵吸入管的負(fù)壓工作。另外，氣泡在水泵內(nèi)被破壞的不夠完全，粒度大，氣浮效果不好。從原氣浮裝置投入使用以來，經(jīng)過多次試驗(yàn)，均達(dá)不到氣浮的效果，后又將原32NPD15Z型自吸式精密不銹鋼渦流泵改為40NPD22Z型自吸式精密不銹鋼渦流泵，又經(jīng)過多次試驗(yàn)仍達(dá)不到氣浮的效果。

2含重金屬的廢水處理原理

廢水中的重金屬多以離子的形式存在，無法用物理方法進(jìn)行處理，因此通常采用化學(xué)方法進(jìn)行處理。其原理是：向廢水中投加硫化鈉或硫化氫等硫化物，使重金屬離子與硫離子反應(yīng)，生成難溶的金屬硫化物沉淀，該方法稱為硫化物沉淀法。重金屬離子與硫離子有很強(qiáng)的親和力，能生成容度積的硫化物，因此用硫化物除去廢水中溶解性的重金屬離子是一種有效的處理方法。由于重金屬硫化物的粒度細(xì)微，大部分懸浮于廢水中，要達(dá)到較好的去除效果，一方面加入的處理試劑硫化鈉必須按一定比例過量，另一方面廢水的靜置時(shí)間必須足夠長，保證懸浮于廢水中的重金屬硫化物的粒度細(xì)微全部沉淀。如此一來，既要增加硫化鈉的使用量，又要增加沉降設(shè)備、增加廠房的空間。因此采用輔助設(shè)備降低廢水中重金屬離子的含量，減少處理試劑的加入量，縮短靜置沉淀時(shí)間，減少沉降設(shè)備和廠房的資金投入非常必要。

3氣浮器的設(shè)計(jì)

3．1氣浮原理及方案選擇

氣浮法就是向廢水中通入空氣，并以微小氣泡形式從水中析出成為載體，使廢水中的微小懸浮顆粒等污染物質(zhì)粘附在氣泡上，隨氣泡一起上浮到水面，形成泡沫－－氣、水、顆粒三相混合體，通過收集泡沫或浮渣達(dá)到分離雜質(zhì)、凈化廢水的目的。根據(jù)各種處理方法的工藝復(fù)雜程度、投資大小并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際情況，本次設(shè)計(jì)選用溶解空氣氣浮法中的部分回流溶氣氣浮法。

3．2工藝設(shè)計(jì)計(jì)算

氣浮工藝是取一部分去除重金屬離子后的出水回流進(jìn)行加壓和溶氣，減壓后直接進(jìn)入氣浮池，與來自絮凝池的含重金屬離子廢水混合后氣浮，氣浮流程示意圖如圖2所示。

3．2．1供氣量與空壓機(jī)選型（1）氣浮所需空氣量計(jì)算：Qg＝Q×R′×Ac×Φ＝10×0．2×40×1．2＝96．0L／h式中，Qg為氣浮所需空氣量，L／h；Q為氣浮池設(shè)計(jì)水量，m3／h，取10；R′為實(shí)驗(yàn)條件下的回流比，廢水中取0．2；Ac為實(shí)驗(yàn)條件下的釋氣量，L／m3，取40；Φ為水溫校正系數(shù)，為1．1～1．3（主要考慮水的粘度影響，試驗(yàn)時(shí)水溫與冬季水溫相差大者取高值），本設(shè)計(jì)取1．2。（2）壓溶氣水量的計(jì)算：式中，Qp為加壓溶氣水量，m3／h；n為溶氣效率，對裝階梯環(huán)填料的溶氣罐查表得98％；P為選定的溶氣壓力，MPa，取0．4；Kt為溶解度系數(shù)，根據(jù)水溫，查表得0．206。（3）空壓機(jī)額定氣量計(jì)算：Q′g＝Φ×Qg÷60÷1000＝1．2×96÷60÷1000＝1．92×10－3m3／min

3．2．2溶氣罐的計(jì)算

選用上海同濟(jì)大學(xué)水處理技術(shù)開發(fā)中心附屬工廠生產(chǎn)的TR－300型溶氣罐，采用階梯環(huán)填料。（1）溶氣罐直徑計(jì)算：式中，Dd為溶氣罐內(nèi)徑，m；I為過流密度，這里取填料罐I＝3000m3／（m2•d）。（2）溶氣罐高度計(jì)算：H＝2H1＋H2＋H3＋H4式中，H1為罐頂、底封頭高，m，按［JB1154－73］規(guī)定，封頭高度與公稱直徑的關(guān)系為H1＝h1＋h2＋δ，其中，h1為曲面高度；h2為直邊高度，δ為壁厚。由Dd＝130m，查表得h1＝25mm，h2＝75mm，δ＝6mm，則H1＝25＋75＋6＝106mm。H2為布水區(qū)高度，取250mm；H3為貯水區(qū)高度，取1000mm；H4為填料層高度，當(dāng)采用階梯環(huán)時(shí)，可取1000～1300mm，本次取1200mm。則H＝2H1＋H2＋H3＋H4＝2×106＋250＋1000＋1200＝2662mm。驗(yàn)證高徑比：H／D＝2662÷130＝20．5，符合高徑比應(yīng)大于2．5～4的要求。

3．2．3氣浮池的設(shè)計(jì)

氣浮池計(jì)算草圖如圖3所示，氣浮池分為接觸室和分離室兩部分，中間用擋板分隔開。式中，Ts為分離室內(nèi)停留時(shí)間，取25min。（3）氣浮池有效水深的計(jì)算：h2＝νs×Ts＝1．35m式中，νs為水流上升速度，為1．5～3．0mm／s，本次設(shè)計(jì)取2mm／s。因此，氣浮池高度H0取1．5m。（4）分離區(qū)面積As和長度L2的計(jì)算： As＝Vs／H0＝4．84÷1．5＝3．2m2取池寬B＝1．2m，則分離區(qū)長度為L2＝3．2÷1．2＝2．6m。（5）接觸區(qū)面積Ac和長度L1的計(jì)算：Ac＝Vc／H0＝1．0÷1．5＝0．67m2取池寬B＝1．2m，則接觸區(qū)長度為L1＝0．67÷1．2＝0．56m。則氣浮機(jī)長度為L＝2．6＋0．56＝3．16m。（6）其它相關(guān)尺寸。經(jīng)過計(jì)算或參照標(biāo)準(zhǔn)選取，各相關(guān)尺寸如表1所示。

4試用效果

氣浮機(jī)應(yīng)用后分別對其前后水中重金屬含量、懸浮物含量進(jìn)行了分析，其檢測結(jié)果如表2所示。從表2中數(shù)據(jù)可知，氣浮機(jī)對重金屬的處理效率能達(dá)到75％以上，對懸浮物的處理效率能達(dá)到85％以上。使用中從氣浮機(jī)出來的水不再有混濁的現(xiàn)象，是清澈透明的，而且在清水池的靜止時(shí)間由以前的48h縮短為8h，同時(shí)在清水池底部產(chǎn)生的沉淀物只有以前的1／5。氣浮機(jī)具有處理去除重金屬的效能，因此進(jìn)入氣浮機(jī)的廢水中的重金屬含量可以較以前適當(dāng)高一些，從而減少了硫化鈉和硫酸亞鐵試劑的使用量，經(jīng)計(jì)算兩種試劑的使用量可分別減少18％和15％。

5結(jié)語

實(shí)際應(yīng)用證明，氣浮機(jī)的設(shè)計(jì)滿足使用要求，氣浮機(jī)的應(yīng)用能有效去除廢水中的懸浮物，并能適當(dāng)去除廢水中的重金屬，為廢水的循環(huán)利用提供了保障基礎(chǔ)，為環(huán)保事業(yè)作出了貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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作者：曹興文 單位：中核建中核燃料元件有限公司