环保设备设计与应用课程设计
目 录
第一章 设计任务书 . ................................................................................. 3 1.1 设计题目 ............................................................................................................. 3 1.2 设计资料 ............................................................................................................. 3 1.3 设计内容 ............................................................................................................. 3 1.4设计成果 .............................................................................................................. 3 第二章 设计说明与计算书 ........................................................................ 4 2.1 设计原理及方案选择 .......................................................................................... 4 2.1.1设计原理......................................................................................................... 4 2.1.2方案选择......................................................................................................... 5 2.2设计工艺计算 ...................................................................................................... 6 2.2.1供气量与空压机选型..................................................................................... 6 2.2.2溶气罐............................................................................................................. 7 2.2.3气浮池............................................................................................................. 7 2.2.4附属设备......................................................................................................... 9 第三章 参考文献 .................................................................................... 11
第一章 设计任务书
1.1 设计题目
加压溶气气浮设备的设计（平流式）
1.2 设计资料
某工厂污水工程拟采用气浮设备代替二沉池，经气浮实验取得以下参数：溶气水采用净化后处理水进行部分回流，回流比0.2，气浮池内接触时间为5min ，溶气罐内停留时间为3min ，分离时间为15min ，溶气罐压力为0.4Mpa ，气固比0.02，温度30℃。设计水量780m 3/d。
1.3 设计内容
（1）确定设计方案； （2）气浮设备的设计计算；
（3）系统设备选型，包括水泵、溶气释放器、溶气压力罐、空压机及刮渣机等； （4）计算书编写，计算机绘图。
1.4设计成果及要求
（1）设备工艺设计计算说明书；要求参数选择合理，条理清楚，计算准确，并附设计计算示意图；提交电子版和A4打印稿一份。
（2）气浮系统图和气浮设备结构详图（包括平面图、剖面图）；要求表达准确规范；提交电子版和A3打印稿一份。
第二章 设计说明与计算书
2.1 设计原理及方案选择 2.1.1设计原理
气浮过程中，细微气泡首先与水中的悬浮粒子相粘附，形成整体密度小于水的“气泡——颗粒”复合体，使悬浮粒子随气泡一起浮升到水面。由此可见，实现泡；泡能够与悬浮粒子相粘附。
气浮法的净水效果，只有在获得直径微小、密度大、均匀性好的大量细微气泡的情况下，才能得到良好的气浮效果。
(1) 气泡直径 气泡直径愈小，其分散度愈高，对水中悬浮粒子的粘附能力和粘附量也就愈大。
(2) 气泡密度 气泡密度是指单位体积释气水中所含微气泡的个数，它决定气泡与悬浮粒子碰撞的机率。由于气泡密度与气泡直径的3次方成反比，因此，在用气压受到限制的条件下，增大气泡密度的主要途径是缩小气泡直径。 (3) 气泡的均匀性 气泡均匀性的含义，一是指最大气泡与最小气泡的直径差；二是指小直径气泡占气泡总量的比例。大气泡数量的增多会造成两种不利影响：一是使气泡密度和表面积大幅度减小，气泡与悬浮粒子的粘附性能和粘附量相应降低；二是大气泡上浮时会造成剧烈的水力扰动，不仅加剧了气泡之间的兼并，而且由此产生的惯性撞击力会将已粘附的气泡撞开。
(4) 气泡稳定时间 气泡稳定时间，是将容器水注入1000ml 量筒，从满刻度起到乳白色气泡消失为止的历时。优良的释放器释放的气泡稳定时间应在4min 以上。
(5) 溶气利用率，是指能同悬浮粒子发生粘附的气泡量占溶解空气量的百分比。常规压力溶气气浮的容器利用率通常不超过20%，其原因在于释放的空气大部分以大直径的无效气泡逸散。在这种情况下，即便将溶气压力提得很高，也不会明显提高气浮效果。相反，如能用性能良好的释放器获得性质良好的细微气泡，
就完全能够在较低的溶气压力下使容器利用率大幅度提高，从而实现气浮工艺所追求的“低压、高效、低能耗”的目标。
2.1.2方案选择
按照加压水（即溶气用水）的来源和数量，压力容器气浮分为：全部进水加压、部分进水加压和部分回流水加压三种基本流程。
在全部进水加压时，投入了混凝剂的原水加压至196～392kPa （表压），与压力管道通入的压缩空气一起进入溶气罐内，并停留2～4min ，使空气溶于水。溶气水由罐底引出，通过释放器减压后进入气浮池。这种流程虽有溶气量大的优点，但动力消耗大，絮凝体容易在加压和溶气过程中破碎，水中的悬浮粒子容易在溶气罐填料上沉积和堵塞释放器。因此，目前已较少采用。
仅对部分进水加压，是从源水总量中抽出10～30%作为溶气用水，其余大部分先进行混凝处理，再通入气浮池中与溶气水混合进行气浮。这种流程的气浮池常与隔板混凝反应池合建。它虽避免了絮凝体容易破碎的缺点，但仍有溶气罐填料和释放器易被堵塞的问题，因而也较少采用。
部分回流水加压，是从处理后的净化水中抽出10～30%作为溶气用水，而全部原水都进行混凝处理后进行气浮。这种流程不仅能耗低，混凝剂利用充分，而且操作较为稳定，因而应用最为普遍。
由于部分回流水加压气浮在工程实践中应用较多，并且节省能源、操作稳定、资源利用较充分，所以本次设计采用部分回流水加压气浮流程。
在溶气罐的选择方面：压力溶气气浮的供气方式可分为空压机供气、射流进气和泵前插管进气三种。三种供气方式的选择应视具体情况而定。一般在采用填料溶气罐时，以空压机供气为好。反之，当受水质限制而采用空罐时，为了保证较高的溶气效率，宜采用射流进气；而当有高性能的溶气释放器能保证较高的溶气利用率，且处理水量较小时，则以泵前插管进气较为简便、经济。
本设计由于采用空压机供气，而且采用部分回流水加压工艺，因而采用溶气效果较好的填料罐。
2.2设计工艺计算
2.2.1供气量与空压机选型
1．溶气水需用量
G
(S 1-S 2) Q
0.02⨯(160-10) ⨯780q ===111.2mg d
C a (f ⨯p -1) 15.7⨯(0.6⨯3.9-1)
式中： G/S——气固比， G/S=0.02
33
Q m a x ——最大设计进水量，Q max ＝780m /d =32.5m /h
S 1, S 2——分别为原水、出水SS 浓度 S 1＝160mg/L ,S 2=10 mg/L
P ——溶气压力，MPa f ——溶气效率，取0.6
C a ——空气在水中的饱和溶解量，30℃下C a ＝15.7L/m 3
2．实际供气量
q K t P
= Q a =
η
111. ⨯21⨯7. 664
=9241. 空气3L
0. 85
d
式中：Q a ——实际所需供气量，L 空气/d
η——溶气效率，在30℃和3～5kg /cm 2表压下，取填料罐η＝0.85 3. 空压机选型
Qa ′=1.25Ψ×Qa/60000=1.25×1.4×9241.3/2400000=0.00673m/min
'
式中：Q a ——空压机额定供气量， m 3/min
3
ψ——空压机安全系数，一般取1.2~1.5,这里设计取ψ＝1.4 1.25——空气过量系数
根据额定供气量Q ＝0.00673m /min和操作压力0.4MPa ， 选择电动标准型EAS10空压机
'
a
3
2.2.2溶气罐
按过流密度计算： 1） 溶气罐直径（内径）
D d =
=≈0.2m 式中：D d ——溶气罐内径，m
L ——过流密度，m 3/m 2⋅h ，这里取填料罐L ＝120m 3/m 2⋅h
2） 溶气罐高度
H=2h1+h2+h3+h4
式中：m .目前多采用以内径为公称直径的椭圆形封头。 H 1——罐顶封头高，按【JB1154－73】规定，封头高度与公称直径的关系：
H 1=h 1+h 2+δ
h 1 ：曲面高度 ；h 2:直边高度
δ：壁厚 。 由D d ＝0.20 m
查表取 h 1＝100 mm h 2=0mm δ=12mm 则H 1=h 1+h 2+δ=100+12=112mm =0.112m H 2——罐底封头高度
H 3——布水区高度，取H 3＝0.25m H 4——溶气区高度，取H 4＝1.0m
则H=2h1+h2+h3+h4=2*0.112+0.3+1+1=2.524m
H
=12，符合高径比应大于2.5～4 D
选用上海环境保护设备厂生产的RG －400型溶气罐，采用阶梯环填料。 2.2.3气浮池
(1) 气浮池用挡板或穿孔墙分为接触室和分离室 ① 接触区容积Vc
（Q +q）⨯T 2V c ==3.12m 3
24⨯6
T 2--气浮池内接触时间，T 2=5 min
② 分离区容积Vs
(Q+q)⨯T s
V S ==9.38m3
24⨯6
T s --分离室内停留时间，T 2=15 min
③ 气浮池有效水深h 2 h 2=v s ⨯T s =1.35m ④ 分离区面积A s 和长度L 2
As=
Vs
=6.95m2 H
取池宽B=2.5m，则分离区长度:L2= As/B=2.78 接触区面积A c 和长度L 1
Vc Ac==2.31m
H Ac L 1==0.93m
H
⑤ 浮选池进水管：Dg=200,v=0.9947m/s ⑥ 浮选池出水管：Dg=150
⑦ 集水管小孔面积S 取小孔流速v 1=1m/s
S =
(Q +Q R )3600v 1==0.01m
24
4⨯S
=57.7个孔数取整数，孔口向
3.14⨯D 12
取小孔直径D 1=0.015m，则孔数n =
下，与水平成45°角，分二排交错排列 ⑧ 气浮池总高：
H =h 1+h 2+h 3=0.4+1.35+0.3=2.05m
h 1——保护高度，取0.3～0.4m 。本设计中取h 1=0.3m
h 2——有效水深，m ；
h 3——池底安装出水管所需高度，取0.3m 。
图1 气浮池计算草图
2.2.4附属设备
1. 刮渣机选型
气浮池宽度为4m ，气浮池壁厚度取400mm ，则刮渣机跨度应为 4+0.4=4.4m 此设计为矩形气浮池，所以采用桥式刮渣机刮渣，此类型的刮渣机适用范围一般在跨度10m 以下，集渣槽的位置在池的一端。 2. 集水装置 （1）进水装置
气浮池常用的进水方向为底部进水。废水在接触室中的上升流速较小，在接触室中停留时间应大于60s 。 进水管内径:
D=[4(Qmax +q)/πu]1/2=[4×(780+111.2)/86400×π×1.5]（2）集水装置
本设计中气浮池的集水装置采用φ200的铸铁穿孔管。
集水管中心线局池底200mm ，相邻两管中心距为0.5m ，沿池长方向排列。
L 22.72
==5.44 取6根 1.50.5
2.72
核算中心距：=0.45m
6n =
1/2
=0.094m=94mm
气浮池集水管根数取6根，这每个集水管的集水量： q 0=(Qmax +q)/6=(780+111.2)/(86400×6)=0.0069m3/s 集水孔孔口流速：取μ=0. 96, h =0. 25
υ0=μ2gh =0. 962⨯9. 8⨯0. 5=2. 13m /s 每个集水管的孔口总面积：取ε=0. 63 W=q0/ε
v 0=0.0069/(0.63×2.13)=0.0051m
2d 0=
2
单个孔眼面积：取d 0=18mm=0.018m
w 0=
π
4
π
4
⨯0. 0182=2. 54⨯10-4m 2
则每根集水管的孔眼数：
n=w/w0=0.0012/2.54×10=4.8 取5个 由于孔眼沿管长开两排，两排孔的中心线呈45 夹角。 集水管的有效长度L=2.62m，则孔距： l 0=L/(n0/2+1)=2.62/3.5=0.75m 3. 溶气释放器
由于本设计采用回流水加压系统，回流水SS≤10mg/L，故选用TS －78－Ⅴ型高效溶气释放器。
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第三章 参考文献
1．《给排水设计手册》（第三册）, 给水排水设计手册编写组编. 北京:中国建筑工业出版社,2002；
2．《三废处理工程技术》（废水卷）, 化学工业出版社, 2001；
3．《环保设备设计与应用》罗辉. 高等教育出版社, 1997；
4．《水污染控制工程》（下册），高廷耀./顾国维. 周琪. 高等教育出版社，2007。