Visitas:889 Autor:Editor del sitio Hora de publicación: 2024-10-28 Origen:Sitio
Como la clave para el sistema de aire disuelto, el rendimiento del equipo de flotación determina directamente la eficiencia de adhesión y la eficiencia de eliminación de contaminación del proceso de flotación. Los problemas incluyen parámetros desiguales, rendimiento inestable y falta de tecnología de evaluación en el equipo de flotación. Para explorar los factores que afectan el equipo de flotación, llevamos a cabo estudios de laboratorio, piloto y de evaluación de producción sobre el rendimiento y el efecto de eliminación de contaminación del equipo de flotación, examinamos la relación entre los parámetros de rendimiento del equipo de flotación y la eficiencia de eliminación de contaminación, y proporcionamos Referencias técnicas para usuarios que necesitan comprar equipos de flotación por aire disuelto para evaluar el equipo de flotación.
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Estado actual del desarrollo de equipos de flotación por aire en China
Principales parámetros de evaluación del rendimiento de los equipos de flotación por aire disuelto.
2.1 Eficiencia del gas disuelto
2.3 Tiempo de estabilización de la burbuja
2.4 Contenido de oxígeno disuelto
2.5.1 Análisis comparativo de inversión por tonelada de agua
2.5.2 Análisis comparativo del consumo de electricidad por tonelada de agua.
2.5.3 Análisis comparativo del consumo de drogas por tonelada de agua.
Como se muestra en la Figura 1.1, la mayoría de los fabricantes nacionales de equipos de flotación están ubicados en las zonas costeras orientales, principalmente pequeñas y medianas empresas, y algunas empresas también venden sus productos en el extranjero. La mayoría de los fabricantes son de pequeña escala y no pueden promover el progreso y el desarrollo de sus productos; Los precios de los productos fluctúan enormemente, lo que genera una competencia ciega de precios bajos en el mercado.
Figura 1.1 Información sobre los fabricantes chinos de equipos de flotación por aire
Durante la flotación, el tamaño de las partículas de las microburbujas es un factor crucial que afecta la eficiencia del tratamiento, y la presión del aire disuelto afecta directamente el tamaño de las partículas de las burbujas.
A través de una encuesta realizada a algunos fabricantes de tanques de aire disuelto a presión en mi país, los parámetros de rendimiento de los equipos de cada fabricante varían mucho. La presión de trabajo del tanque de aire disuelto está entre 0,3 ~ 30 MPa, la presión de trabajo del liberador de aire disuelto está entre 0,1 ~ 5 MPa y la presión de trabajo del compresor de aire está entre 0,08 ~ 33 MPa. La presión de trabajo del equipo producido por cada fabricante varía mucho y la escala de producción aplicable también es diferente;
Un estudio y análisis de plantas de agua domésticas que utilizan tecnología de flotación muestran que la presión operativa de cada planta de agua está entre 0,2 y 0,75 MPa, la relación de reflujo está entre 5 y 16 % y los parámetros operativos de la planta de agua también son desiguales. Falta una evaluación unificada del rendimiento del equipo y los parámetros operativos y una falta de base para guiar la producción real.
Debido a la diferencia en la calidad de los productos de flotación, la aplicación de la tecnología de flotación en el tratamiento de agua aún es inmadura y falta experiencia operativa y de diseño, lo que resulta en un mal funcionamiento de las plantas de agua;
La carga de entrada de agua de las plantas acuáticas en diferentes estaciones y períodos es diferente, y el equipo no se adapta al aumento repentino de la cantidad de agua tratada, lo que resulta en un efecto de tratamiento debilitado, lo que tiene un gran impacto en los equipos posteriores y aumenta la tasa de fallas y tasa de envejecimiento de los equipos;
En comparación con el proceso de sedimentación, el consumo de energía del proceso de flotación es entre un 17% y un 21% mayor y el consumo total de energía es entre un 7% y un 8% mayor. Por lo tanto, el consumo de energía del proceso de flotación es relativamente grande y el valor económico que aporta a los usuarios no es alto.
Diferentes tipos y especificaciones de rellenos en el tanque de aire disuelto tipo empaque, la alta turbiedad del agua de entrada puede causar fácilmente el bloqueo de los rellenos, lo que reduce la eficiencia del aire disuelto del equipo;
En la etapa inicial de la operación del proceso de flotación, hay más impurezas en el agua, lo que provoca una mayor deposición de sedimentos en la tubería de agua y aire disuelto, lo que provocará el bloqueo del liberador;
Las diferentes estructuras de los tanques de flotación, la turbulencia en la piscina afectarán el tamaño de las burbujas y el efecto del tratamiento de flotación;
Dado que el proceso de flotación se utiliza de forma discontinua y el período de inactividad es prolongado, si no se limpia adecuadamente, es fácil provocar corrosión en la pared interior del tanque de aire disuelto y en la tubería de aire disuelto;
El compresor de aire se abrirá y cerrará frecuentemente con la fluctuación de la presión del tanque regulador de presión, lo que es fácil de causar desgaste, etc.
El desempeño del equipo de flotación determina directamente la eficiencia de eliminación de contaminantes del proceso de flotación. Los parámetros representativos del rendimiento del equipo de flotación incluyen microburbuja tamaño de partícula, eficiencia del gas disuelto, tiempo de estabilización de las burbujas, contenido de oxígeno disuelto, consumo de energía, etc.
El equipo de flotación puede Disolver parte del gas en agua a cierta presión., y la capacidad del sistema de gas disuelto para disolver el aire se puede medir mediante la eficiencia del gas disuelto.
La eficiencia del gas disuelto se refiere a la relación entre la cantidad real de gas liberado y la cantidad teórica de gas disuelto cuando el gas en el tanque de gas disuelto entra en contacto con el líquido y el gas se disuelve en el líquido bajo ciertas condiciones de presión, y cuando se liberan todas las microburbujas. y separados. La eficiencia del gas disuelto se puede expresar como:
En la fórmula: 
——eficiencia del gas disuelto;
V——cantidad real de gas disuelto;
V*——cantidad teórica de gas disuelto;
La eficiencia del gas disuelto es un parámetro crítico para evaluar el desempeño de los equipos de flotación. Aún así, es difícil medir directamente la cantidad de gas disuelto en el agua y debe hacerse bajo presión. Por lo tanto, en aplicaciones prácticas, se utiliza la eficiencia de liberación, que puede reflejar indirectamente la eficiencia del gas disuelto. La cantidad de gas liberada por la caída repentina de presión realmente influye en el proceso de flotación.
En el proceso de investigación, se supone que todo el gas disuelto en el agua puede liberarse una vez que se libera la presión; es decir, la cantidad de gas disuelto es igual a la cantidad de gas liberado. Sin embargo, en la aplicación real, debido a la diferencia en la capacidad de descompresión del dispositivo de descompresión, sólo se puede liberar una pequeña cantidad de gas disuelto. Por lo tanto, la cantidad de gas liberado puede entenderse como la relación entre la cantidad real liberada y la cantidad máxima de gas que puede liberarse teóricamente. La eficiencia de liberación y la fracción molar del aire son:
Dónde: 
——eficiencia de liberación de gas;
q——cantidad real de gas liberado;
q*——cantidad máxima teórica de gas liberado;
Donde: ω——fracción molar de aire disuelto en agua;
ρw——densidad del agua;
χΑ——una fracción molar de aire a presión de solución;
Μw——masa molar de agua;
Porque <<1, y según la ley de Henry = , podemos obtener:
En la fórmula: PT——presión total de disolución del gas;
PW——presión parcial del vapor de agua;
Suponiendo que la presión del gas disuelto es , y la presión del gas liberado del agua disuelta es 0, la fracción molar de gas sobresaturado por unidad de volumen de agua es:
Por lo tanto, suponiendo que el gas disuelto en agua es un gas microideal, la cantidad máxima teórica de gas que se puede liberar en condiciones específicas de temperatura y presión es:
En la fórmula: ——constante de gas;
——temperatura absoluta;
De la fórmula 5 se puede ver que a temperatura y presión fijas, otros factores no afectan la liberación máxima teórica de gas en el cuerpo de agua.
Por lo tanto, la eficiencia de la liberación de gas depende únicamente de la cantidad de aire que el sistema puede liberar, es decir, la cantidad de liberación de gas. La cantidad de liberación de gas representa directamente la cantidad de burbujas generadas por el liberador en el sistema de flotación que pueden participar en la operación real, por lo que la cantidad de liberación de gas se puede utilizar como parámetro para evaluar el rendimiento del equipo de flotación.
El proceso de flotación utiliza microburbujas para chocar con coloides ligeros en el agua y adherirse entre sí para formar flóculos arrastrados por aire, que flotan hacia la superficie del agua para su separación y eliminación.
El tamaño medio de partícula de los flóculos de alumbre formados en la etapa de coagulación es estable en 181 μm. Si se van a eliminar los flóculos generados, el diámetro de las burbujas debe ser menor que el tamaño de las partículas de los flóculos para que las burbujas y los flóculos puedan adherirse estrechamente entre sí. Si el tamaño de las burbujas formadas es demasiado grande, el área de superficie específica de las propias burbujas disminuirá y la velocidad ascendente de las burbujas se acelerará, lo que dará como resultado una agitación hidráulica violenta. La fuerza de impacto inercial no puede hacer que las burbujas y los flóculos se adhieran bien, pero romperá los flóculos arrastrados por aire, e incluso las pequeñas burbujas inicialmente adheridas a la superficie de los flóculos arrastrados por aire serán desorbidas.
Por lo tanto, cuando el sistema de flotación libera burbujas de tamaño apropiado, se puede aumentar la probabilidad de colisión y adhesión con coloides ligeros en el agua, mejorando así la eficiencia de descontaminación.
Desde el punto de vista de la termodinámica, la adhesión de burbujas y partículas se produce espontáneamente con la tendencia de disminuir la energía interfacial del sistema.
Suponiendo que el estado inicial de la burbuja es una esfera con un diámetro de 2r, el volumen del flóculo es más significativo que el de la microburbuja. En comparación, se puede suponer que es una figura plana con un área de superficie de A. La energía interfacial cuando la burbuja y la partícula son independientes entre sí es:
Dónde: , 
——coeficientes de tensión superficial de las interfaces gas-líquido y sólido-líquido.
Después de que las burbujas y los flóculos se adhieren entre sí, suponiendo que las burbujas tienen forma de casquete esférico y el área de la superficie de las burbujas no cambia, el radio se cambia a R y el radio del círculo del casquete es b. La energía de interfaz después de la adhesión mutua es:
Dónde: 
——coeficiente de tensión superficial de la interfaz gas-sólido.
Cambios de energía de interfaz:
Según la teoría del ángulo de contacto, en equilibrio, la tensión interfacial está en equilibrio:
所以，
De b=Rsin , dejar R=fr, dónde f sólo está relacionado con el ángulo de contacto. Cuando R y r son cambiados, f puede considerarse como una constante.
Bajo la condición de que la cantidad de gas liberado permanezca sin cambios, suponiendo que el número de burbujas en los dos procesos de liberación de gas sea n1 y n2 respectivamente, y los diámetros promedio de las burbujas sonr ̅1 yr ̅2, se puede concluir de 
eso: 
,Eso es 
Si 
, entonces 
Es decir, bajo la condición de que se libere una cierta cantidad de gas, cuanto menor sea el tamaño medio de partícula de las burbujas, mayor será la capacidad de adhesión entre las burbujas y los flóculos, y mejor será el rendimiento de adhesión de las burbujas.
El tiempo de estabilización de las burbujas se puede utilizar como un parámetro esencial para medir el rendimiento de los equipos de flotación. Cuanto más pequeño sea el tamaño de las partículas de la microburbuja, más lenta será la velocidad de flotación y más tiempo tardará la burbuja en flotar hasta la superficie del agua. Por lo tanto, el tiempo de estabilización de las burbujas caracteriza la densidad numérica de las burbujas en el agua liberada.
Dado que el tamaño de partícula de la microburbuja es muy pequeño, el estado de flujo de la burbuja durante el proceso de ascenso es laminar, por lo que la velocidad de ascenso de la burbuja se ajusta a la fórmula de Stokes:
(fórmula de Stokes)
En la fórmula: 
——velocidad de ascenso de la burbuja, m∙ s−1;
——viscosidad dinámica del agua, g∙ s−1∙ centímetro−1;
ρω——densidad del agua, g∙ centímetro−3;
ρs——densidad de la burbuja, g∙ centímetro−3;
g——aceleración gravitacional, m∙ s−2;
d——diámetro de la burbuja, centímetro;
Se puede observar que la velocidad creciente de las burbujas está correlacionada positivamente con el diámetro de las burbujas. Suponiendo que la altura del cilindro medidor es h, el tiempo necesario para que las burbujas asciendan hasta que finalmente desborden la superficie del agua (es decir, la 'capa de agua blanca' desaparece), es decir, el tiempo de estabilización de las burbujas, es t. La velocidad ascendente de las burbujas es:
Sustituyendo la fórmula anterior en la fórmula de Stokes, podemos obtener la relación entre el tiempo de estabilidad de la burbuja y el diámetro de la microburbuja:
Esta relación se puede utilizar para verificar la relación entre el tamaño promedio de partículas de burbujas medido mediante análisis de imágenes en condiciones de trabajo específicas y el tamaño de partículas de burbujas calculado utilizando el tiempo de estabilización medido.
El contenido de oxígeno disuelto en el proceso de flotación por aire disuelto (DAF) es un parámetro importante que afecta directamente el efecto de la flotación y la eficiencia del tratamiento posterior.
Rango de concentración de oxígeno disuelto:
Durante el proceso DAF, la concentración de oxígeno disuelto (OD) suele estar entre 0,5 mg/L y 5,5 mg/L. En algunas aplicaciones, como en el sistema Orbal, la concentración objetivo de oxígeno disuelto es al menos 3,0 mg/L.
Al tratar ríos contaminados, el oxígeno disuelto se puede aumentar de 0,2 mg/L a 2 mg/L, de 3 mg/L a 3,5 mg/L.
Factores que afectan el oxígeno disuelto:
La concentración de oxígeno disuelto se ve afectada por muchos factores, incluida la presión del aire, el caudal de entrada de agua y el caudal de aire inyectado.
En un biorreactor que combina aireación presurizada y DAF, la concentración de oxígeno disuelto aumenta a medida que la presión aumenta gradualmente de 0,10 MPa a 0,50 MPa.
El coeficiente de transferencia total de oxígeno (KLa) es la masa de oxígeno transferida a una unidad de volumen de agua por unidad de tiempo bajo una fuerza impulsora de transferencia de masa unitaria. Es uno de los indicadores que caracterizan el desempeño del gas disuelto y refleja la transferibilidad del oxígeno en el proceso del gas disuelto.
La ecuación básica de KLa es la siguiente:
(Fórmula 23)
Integrando y simplificando se obtiene:
(Fórmula 24)
Dibuje una curva a partir de (Fórmula 24) y obtenga KLa(T) mediante ajuste lineal. Si la temperatura y la presión no están en condiciones estándar, es necesario convertir el KLa(T) en condiciones no estándar en KLa(20) en condiciones estándar. La fórmula de conversión se muestra en (Fórmula 25):
(Fórmula 25)
En las fórmulas 23, 24 y 25:
KLa(20)——Coeficiente de transferencia de masa total de oxígeno en agua en condiciones estándar (min-1);
KLa(T)——Coeficiente de transferencia de masa total de oxígeno a la temperatura del agua T (min-1);
Cs——Valor de OD saturado del cuerpo de agua (mg/L);
C——Valor de OD del cuerpo de agua en la piscina de agua (mg/L);
t——Tiempo de operación de la prueba de oxigenación (min);
T——Temperatura del agua en la piscina de agua (℃);
θ——Sistema característico de temperatura (tomar 1.024)
Como proceso de tratamiento convencional para la separación sólido-líquido, los beneficios económicos de la flotación son evidentes para todos. Para mejorar la calidad del efluente, es necesario mejorar el rendimiento del equipo y luego mejorar la eficiencia de la eliminación de la contaminación. En consecuencia, también aumentarán diversos consumos de energía.
La eficiencia económica de los productos de equipos afecta significativamente la promoción de equipos. Para las plantas de tratamiento de agua a pequeña escala, si aumenta el consumo de energía, aunque aumenta la producción de agua, es relativamente estable, y el aumento en los costos de producción de agua también traerá cargas económicas a la planta de tratamiento de agua. Además, los beneficios financieros de los diferentes productos de flotación cambian con los cambios en el rendimiento del equipo. Por lo tanto, el análisis financiero de los equipos de flotación puede mejorar la protección ambiental y los beneficios de ahorro de energía y proporcionar una referencia para la adquisición de equipos.
El costo de inversión por tonelada de agua es la relación entre el monto total de inversión de la estructura y la cantidad de agua tratada. A través de la investigación se calcula el costo de inversión por tonelada de agua en la planta de tratamiento de aguas residuales y se compara con el costo por tonelada de agua en el proceso de tratamiento convencional.
Tras añadir el proceso de flotación, la inversión por tonelada de agua ha aumentado. Aún así, con la aplicación combinada del proceso, la calidad del efluente tratado ha mejorado, la producción de agua ha aumentado en consecuencia y la escala del tratamiento ha aumentado. La inversión por tonelada de agua en la operación general del tratamiento de aguas residuales se reducirá en consecuencia y los beneficios económicos generales de la flotación seguirán aumentando.
El proceso de flotación se activa bajo condiciones específicas de calidad del agua como un nuevo tipo de proceso de tratamiento de agua. Por lo tanto, cuando el proceso esté en marcha, consumirá más electricidad por aire disuelto que los procesos convencionales de tratamiento de agua. El costo de la electricidad consumida por el proceso de flotación cuando funciona de manera estable es de aproximadamente 0,02 RMB/m3.
Durante el funcionamiento normal del sistema de flotación, el equipo eléctrico de alta potencia que necesita electricidad incluye la bomba de reflujo, el motor de la bomba de reflujo, el raspador, el compresor de aire, etc. Cuando aumentan la relación de reflujo y la presión del aire disuelto, el consumo de energía de la bomba de reflujo y del compresor de aire aumenta en consecuencia; Según la ley de Henry, a medida que aumenta la presión del aire disuelto en el tanque de aire disuelto, también aumentará la concentración de aire disuelto en el agua. Según los datos existentes, a 5 ℃ y 0,40 MPa de presión de aire disuelto, la concentración de aire disuelto en el agua de reflujo es de 144 mg/L. A 5 ℃ y 0,50 MPa de presión de aire disuelto, la concentración de aire disuelto en el agua de reflujo aumenta a 172 mg/L, aumentando el consumo de energía del compresor de aire.
Actualmente, el comúnmente utilizado coagulantes Para el tratamiento de aguas residuales se utilizan principalmente floculantes inorgánicos de bajo peso molecular y coagulantes inorgánicos de alto peso molecular.
El proceso tradicional para tratar agua a baja temperatura y baja turbidez a menudo utiliza una dosis mayor de coagulante, pero no forma buenas flores de alumbre. Después de adoptar el proceso de flotación, la colisión y adhesión de microburbujas se utilizan para eliminar las partículas finas del agua, reduciendo el consumo de medicamentos. Por lo tanto, cuando se trata agua con alta turbidez y alto contenido de algas o baja temperatura y baja turbiedad, el uso combinado del proceso de flotación puede reducir la cantidad de floculantes, ahorrar costos, reducir el consumo de medicamentos y mejorar la calidad del agua. el efluente.
Si bien la operación del proceso de flotación conlleva un mayor consumo de energía y consumo parcial de agente, mejora la calidad del efluente, reduce la carga operativa de la siguiente etapa del proceso de filtración y reduce la cantidad de agua utilizada para el retrolavado. La reducción del consumo de energía y agua durante el proceso de tratamiento posterior compensará parte del consumo de energía y medicamentos. Por lo tanto, el consumo total de energía después del proceso de flotación es relativamente pequeño, proporcionando una base económica para promover el proceso de flotación.
Además, en el desarrollo futuro, se debe prestar especial atención a la protección del medio ambiente y a los beneficios de ahorro de energía en la investigación y el desarrollo de equipos de flotación para que los equipos de flotación puedan garantizar un rendimiento estable del equipo, mejorar la eficiencia de eliminación de la contaminación, ahorrar consumo y proporcionar garantía económica. para promover el desarrollo de la tecnología de flotación.
