污水处理高效厌氧反应器开发应用与展望

从气浮系统的分离设备、溶气、释放方式等方面，分析比较传统气浮设备的落后和HRA(W)F气浮设备的先进。

溶气气浮是气浮法中应用*广泛的一种。溶气气浮就是设法在待处理水中通入大量密集的微细气泡，使其与杂质、絮粒互相黏附，形成整体比重小于水的浮体，从而依靠浮力上至水面，以完成固液，液液分离的净水方法。它在造纸、炼油、印染等行业的应用是非常广泛的。

尤其近几年来，HRA(W)F的气浮设备已有十几台应用在中国造纸行业的白水处理中，它的的运转效果令用户非常满意，但被用户和环保设计部门高度重视却是近两年的事情。因为过去HRA(W)F气浮池只作为造纸设备的附属设备而随主机一齐引进，或只作为造纸行业的专用设备被引进。人们在当初认识它时，看到的可能只是它对纸浆的回收和利用，而忽略了它同时是一种防治污染的水处理的设备。另外一个原因是它高昂的价格，令中小型用户不敢问津。近来随着我国经济的高速发展、环保治理、法规的健全、环保经费的加大投入和人们对环保认识的提高；汇绚与国内的合资、合作，也使产品的价格大幅度的降低。在几乎没有竞争对手的情况下，使HRA(W)F 的气浮设备渐渐走俏。但许多用户对它与传统气浮设备的区别，或换句话说，它到底好在那里还不太了解。为加快引进技术的国产化进程和推广应用，先将该设备的结构原理、工艺流程及具体应用等苏州溪城介绍如下：

1.典型工艺流程:

原水泵3 从 原水池1中将原水提升到反应室4，絮凝剂在吸水管上投入，并经叶轮混合在反应室中进行絮凝，反应后的絮凝水通过孔墙进入接触室，与来自溶气释放器的释气水相混合。此时水中的絮粒和微气泡相碰撞粘附形成带气絮粒而上浮，并在分离区7进行固液分离。浮至水面的浮渣，由刮渣机刮至排渣槽9排出。清水则由穿孔集水管汇集到集水槽10后出流，部分清水经由溶气水泵11加压后进入溶气罐12，在罐内与空压机13的压缩空气相互接触溶解，饱和溶气水从罐底通过管道输向溶气释放器5。

2. 基本设计参数：

① 表面负荷2-5m³/m²h ; ②回流比25-50％

③ 分离时间20-45min; ④溶气压力2-4bur(表压)；

⑤ 气浮池深； ⑥反应时间10-15min;

3．设备在应用中的不足

①气泡不能均衡地充斥到整个气浮池分离区，对于长方形气浮池，其后段的气的气浮效果是不太理想的，亦可称"气浮死区"。

②因气浮池较深，为2.0-2.5m，而且要悬浮颗粒的VE>VE(VE在静止状态下，颗粒上浮速度：VE：水流在分离区下降速度)，才能有气浮分离效果，所以决定了出水不能太快，停留时间较长，表面负荷低，致使气浮池体积庞大。

③浮渣的**是用刮沫机进行"一刀切"式**，不论早浮上来的，还是晚浮上来的；不论浮渣层厚薄，均定期刮除，是一种以"不变应万变"的"粗放式"工作方式，不但对水体有很大的扰动，对出渣的含固率也没有保证。当刮渣方向与水流方向一致时，可能会跌落在气浮池下游的浮渣很难再被浮起，直接影响出水水质；当刮渣方向与水流方向相反时，可能跌落的浮渣大部分跌落在接触区，这时仍可由接触区上升的带气絮粒将其再次托起，但进水水流对逆向刮渣的冲击要比顺向刮渣大，这也破坏了已浮起的悬浮物，徙然增加气浮池的负荷。

④"动态"进水，"动态"出水，对水体的扰动很大。

⑤通过对过去应用气浮池的调查，选用的参数-气固比都偏低，致使出水悬浮物浓度偏高，出渣含固率偏低。而气固比的提高要通过增大固流水量、提高溶气效率、增大容器压力来实现，而这些都会增加溶气罐的制造难度-体积要增大，耐压要增高。

⑥对于溶气罐，为了提高罐的容积利用率，在罐内加设各种填料，以增加气、液两相的接触面积，但靠加填料使面积的增加是有限的，溶气水在罐内的停留时间仍长达2-4分钟，致使罐内的体积增大，制作、运输、安装都不方便。

⑦因为进入溶气罐那的加压水一般都是回流水，回流水中还含有一定量的悬浮物，所以罐内的填料要定期更换或清洗，否则会发生堵塞。

⑧只意识到："溶气罐的水位必须妥加控制，水位不能淹没填料层，但也不宜过低，以防在出水中带出大量的气泡"，带出的大量气泡之所以有害，是因为它们在气浮池内的上升过程中，将产生剧烈的水力搅动，产生的惯性冲击力不仅不能使气泡很好地附着在颗粒表面，反而将撞碎矾花粒，甚至把附着的小气泡撞开，但如果设法让其带出的是20-100pm的小气泡呢？岂不变害为利！

⑨对微细气泡的形成不是进行"疏"的方法，而是用"堵"的方法；不注重"溶"，而只在"释"上做文章，片面依赖溶气释放器的作用，对溶气释放器的研制是精益求精。

⑩在气浮池的接触区，因每个溶气释放器的服务面积有限。需并联多个溶气释放器，它们之间的*佳开启难度难以调节一致，致使每个释放器的出流量各异，且释放出的气泡大小不一致。

(11)废水中存在的一些不易气浮的固体颗粒会慢慢地沉积在分离区地池底，而池底部又没有泥斗和污泥去除机械，所以沉积物无法及时排除，在沉积物底沉积越来越多，沉积高度超过穿孔集水管底开孔时，沉积物会被澄清水带出，造成出水中悬浮物增多，出水再次被污染。

(12)因为白水中含有表面活性物质和其它药剂，因此在生产中和输送过程中会产生泡沫。当白水进入反应室时，由于反应时间偏长，流速偏慢，白水中的泡沫上浮时把部分纤维一起上浮至池 ，浮浆在反应室表面越集越多，越来越厚，造成反应室浮浆腐败，产生硫化氢臭味，影响环境。

二、HRA(W)F气浮设备

1、结构原理

结构: N1-进水口; N2-排渣口; N3-出水口; N4-排混口; N5-迴流口;

1.浮选槽

不锈钢制圆筒槽,具有足够强度以承受满水重量.

2.中央旋转轴承

经特殊设计并精密制造之中央旋转轴承,支撑整个浮选槽旋转部分机件一半之重量,能完全承担及导引选机于任何情况下正常运转,其中间部分同时作为进流水管道.

3.分水器

调整分配进流水进入浮选槽,以促进进流水均匀稳定并进行浮选作用.上设几个可调式滑门及一个排气阀,以便于调节进流水均匀扩散整个槽面及释放过剩空气.底部及槽内缘处设有刮板,以刮除沉淀污泥粘附于槽壁的污泥至污泥坑排除.

4.整流栅

角钢制成,固定于旋转操纵台,可进一步消除流水之扰动现象.

5.出水管

由三支以上方管制成,设于出槽近底部处,连同出水槽一起旋转,使澄清水稳定地流入出水槽.

6.出水槽

由钢板制成,下设橡胶垫,使紧密地与浮选密合,有效地隔离处理水与澄清水,避免澄清水二次污染

7.液位调整堰

由钢板制成,藉底部之升降器支撑并可调整浮选槽内液位高低,以控制浮除半刮渣量及含水率,使整个操作更具弹性.

8.升降装置

由三具螺旋升降器组成,装设于浮选槽底部,藉由传动机构配合手轮,可轻易地作液位的调整.

9.旋转操作台

以槽型钢主梁组成的钢桥,跨越于浮选槽中心至槽旁,悬载所有运转机件,并敷设花纹板及扶手,提供操作及取样之便利.

10.浮除斗及其驱动设备

1) 经特殊设计之高效率浮除斗,可由一片以上的盛斗组成,借助驱支装置驱动旋转,将上浮的浮渣刮起并流入中心管,靠重力排放至污泥槽.

2) 变速驱动装置,其调整范围为1:6.

3) 驱动装置由马达,变速机及减速机组成, 减速机为全密封油润式,藉链条驱动浮除斗.

11.周边回转驱动装置

由马达,变速机及减速机组成, 减速机为全密封油润式, 藉链条驱动滚轮,以浮除槽中心为轴街,产于浮选槽之边缘轨道上. 变速器的变速调整范围为1:6,可调整绕行速度,以确保槽内处理水于无流速状态下**.

12.玻璃视窗

装设于浮除槽壁,便于视察槽内胶羽上浮状况,以提供操作调整之参考.

13.回转继电器

由滑动铜块,碳刷,轴承等组成,用来供应所有驱动装置所需之电源.回流水(澄清水)经回流加压泵压送入溶气管入口，沿管内以切线方向推进至末端出水口排入浮选槽中，压缩空气自管底散气板送入与回流水完全地混合溶入。

中央旋转部分包括进水口、出水口和污泥去除机械，这部分和旋转泥斗以和进水流速一致的速度沿池旋转。

源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，这样就产生了"零速度"，我们定义为"零速原理"。这一原理的应用是本设备的关键，这样进水不会对源水产生忧动，使得颗粒的悬浮和沉降在一种静态下进行。

收集浮渣的螺旋泥斗也是一项**，它收集的浮渣靠重力作用排放到静止的中央部分。根据气浮池直径的大小和浮渣的厚薄，旋转泥斗亦可分别选用一斗、二斗或三斗的结构形式。

清水由集水管排出，集水管连在中央部分和它一起旋转，这样源水的气浮分离时间就是中央旋转部分的回转周期。连在移动的配水器上的刮板将池低和池壁上沉泥刮集到泥斗中，定期排放。行走部分和泥斗的转动由调速电机驱动，中心滑环供电。

2．基本设计参数

① 表面负荷9.6-12m3/m2h;

②回流比20％-40％；

③分离时间3-5min;

④ 溶气压力6-7.5bar(表压)；

⑤ 气浮池深650mm；

⑥气浮池有效水深550mm

3.设备在应用中的优点

① 微细气泡与絮粒的粘附发生在整个气浮分离过程，也就是说没有"气浮死区"

② 应用"浅池理论"进行设计，池深只有650mm，有效水深<550mm，进出水的巧妙隔离VE、VF的限制，气浮分离的时间3-5分钟，使设备的占用空间大幅度减小，以同样处理量7000m³/d的造纸白水为例，传统气浮池的占用面积为115（95＋20）m²，HRA(W)F气浮池的占用面积约为51m²。

③ 浮渣的**，用螺旋泥斗，**的浮渣在某一时刻总是池内浮起时间*长的浮渣。换句话说，也就是此处固、液分离*彻底，而且浮渣是随时**，隔离排除，对水体几乎没有扰动，另外，通过调速电机调节，螺旋泥斗的自转周期The 浮渣的厚薄有严格的匹配关系，非常灵活，机动。

④ "静态"进水，"静态"出水，对水体的扰动非常小。

⑤ 在一定的程度上，气固比较大，使出水悬浮物的浓度越低，浮渣含固率越高。因为KROFTA气浮池应用了新的溶气机理，在溶气管体积比传统气浮池配备的溶气罐小12－17倍的情况下，气固比反而高2－3倍。

⑥ 溶气罐的新溶气机理是：利用一特制结构，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和溶解。这时空气在溶气管内以两种形式存在，一种形式是溶解在水中（此处与溶气罐类似，不过溶气罐的停留时间是2-4分钟，而溶气管的停留时间是8-12秒，同时溶气管内的气、液被接触面积要远远大于罐内的接触面积），另一种形式是微细气泡以游离状态夹 ，混合在水中，在气浮时这种气泡直接用于气管，并且作为气泡的主要来源，从溶气水中释放的微细气泡加入到气浮过程中去。这两种途径形成的微细气泡数量要远远大于溶气罐加溶气释放器的结构形式的数量，这也是两种溶气结构本质区别所在也是溶气管结构不必要加溶气释放器的原因所在。

⑦ 溶气管的特殊结构使其没有填料堵塞的问题，也没有要加控制罐内水位高低的问题，因为在其治"标"的同时，也治于"水"，（空气在溶解前已为微细化）。

⑧ 原水、溶气和药剂在加入气管池本体前，已在一段管道内充分混合，气泡及时均匀地弥散在悬浮颗粒中，避免了因多个阀门或溶气释放器地开启度不一而造成地气泡不均匀现象，也避免了因反应室的设置而带来的浮浆腐败等问题。

⑨ 池底设置了泥斗和排出管，中央回转部分设置了池侧和池底的刮泥机构，能保证池中的沉积物定期**，对出水不会产生任何影响。

【结论：】

通过以上分析和比较，可以看出HRA(W)F气浮设备与传统气浮设备相比有质的飞跃，是传统气浮设备的更新换代产品。该产品给我们带来巨大的经济效益和环境效益。对油田含油废水撇油分离效率可达98％左右，对污泥浓缩分离优于常规污泥浓缩机。