壓力溶氣罐水位測(cè)控設(shè)計(jì)

水位測(cè)定較多應(yīng)用的有接觸電極法、電容法、超聲法、光電法等，其中接觸電極法使用最廣泛。壓力溶氣罐中約有0.4MPa空氣壓力，溶氣水壓也在0.35-0.4MPa范圍，使用接觸電極會(huì)因引出線造成容器密封時(shí)的困難和電極防腐的問(wèn)題。其它方法也多有不利之處，光電傳感法雖是可行之法，但經(jīng)試驗(yàn)得知它對(duì)水質(zhì)要求較高。當(dāng)水質(zhì)不潔，尤其是浮有污物出現(xiàn)在水位顯示管壁時(shí)常產(chǎn)生誤動(dòng)作，用在污水處理裝置上使實(shí)際應(yīng)用受到較大限制。為達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的廣泛適用性，研制了磁敏元件在壓力溶氣罐水位測(cè)控上的應(yīng)用裝置 。

壓力溶氣罐是溶氣水的發(fā)生源，為使水中含氣量達(dá)到設(shè)計(jì)要求，風(fēng)壓和進(jìn)水量須保持在基本平衡態(tài)。設(shè)備開(kāi)機(jī)運(yùn)行后雖經(jīng)調(diào)整，但因各種因素的變化常使平衡破壞，氣一水比例失調(diào)。又因在溶氣罐中風(fēng)壓和水量的變化是相互影響的，更使調(diào)整過(guò)程變得復(fù)雜。

本裝置的設(shè)計(jì)是在規(guī)范了風(fēng)壓控制范圍，同時(shí)在固定注入溶氣罐的水量不變前提下。于溶氣罐向氣浮池的出水排放管處另加泄流管。通過(guò)電磁閥控制泄流管的“關(guān)”、“開(kāi)”。當(dāng)罐中平衡因某種原因失調(diào)后，水位會(huì)上升或下降。上下限位傳感器接受到信號(hào)傳遞給控制部件驅(qū)動(dòng)執(zhí)行部的電磁閥，達(dá)到適時(shí)排水，調(diào)節(jié)罐中水量，保持水位在設(shè)定范圍內(nèi)的基本穩(wěn)定。

壓力溶氣罐是一種氣浮凈水工藝特有的空氣溶入裝置。為密閉的一類受壓容器。在罐內(nèi)實(shí)現(xiàn)水與空氣的充分接觸傳質(zhì)，使空氣溶人水中，盡量達(dá)到飽和程度。壓力溶氣罐有多種形式，一般推薦采用空壓機(jī)供氣的噴淋式填料罐。此種壓力溶氣罐用普通鋼板卷焊而成。其溶氣效率比不加填料的約高30%，在水溫20-30℃范圍內(nèi)，釋氣量約為理論飽和溶氣量的90%-99%?？蓱?yīng)用的填料很多，如瓷質(zhì)拉西環(huán)，塑料斜交錯(cuò)淋水板、不銹鋼圈填料、塑料階梯環(huán)等。由于階梯環(huán)具有高的溶氣效率，故可優(yōu)先考慮。不同直徑的溶氣罐，需要配置不同尺寸的填料。填料層高度的增加，對(duì)溶氣效率會(huì)有相應(yīng)的提高，但層高增至一定程度后，由于傳質(zhì)推動(dòng)力的降低，效率的提高越來(lái)越少，因此，沒(méi)有必要過(guò)多地增加填料層的高度，一般填料高度取1m左右即可。當(dāng)溶氣罐直徑超過(guò)500mm時(shí)，考慮到布水的均勻性，可適當(dāng)增加填料的高度。由于布?xì)夥绞健饬髁飨蜃兓葘?duì)填料罐溶氣效率幾乎無(wú)影響，因此，進(jìn)氣的位置及形式一般無(wú)需多加考慮。

氣浮法處理含油污水是環(huán)保工作中常用方法。設(shè)計(jì)要求，欲使溶氣水達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)必須控制打人溶氣罐中空氣的壓力及通人的水量。多數(shù)設(shè)備的風(fēng)壓和水量控制靠人工調(diào)節(jié)各閥門完成，操作頻繁、勞動(dòng)量大且難保證控制精度。采用無(wú)損間接測(cè)控，用材少費(fèi)用低。安裝調(diào)試簡(jiǎn)易，與相應(yīng)風(fēng)壓自控配合能對(duì)溶氣罐中水位，進(jìn)風(fēng)量(風(fēng)壓)完全自動(dòng)檢測(cè)及控制。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，實(shí)用性較強(qiáng)，很受歡迎 。

本裝置研制成功后曾在鐵路某幾個(gè)污水處理車間試用。經(jīng)試用性能良好，在很大程度上減輕了現(xiàn)場(chǎng)操作工人的勞動(dòng)量。裝置比較穩(wěn)定，工作安全可靠。

氣浮分離這種水處理技術(shù)，在城市和工業(yè)給水、城市污水以及各種工業(yè)廢水處理中已獲得較為廣泛的應(yīng)用。而加壓溶氣氣浮則是氣浮法中最為常見(jiàn)的一種處理工藝。

在加壓溶氣氣浮流程中的壓力溶氣罐，是實(shí)現(xiàn)水、氣混合并使空氣溶解于水的主要設(shè)備，也是關(guān)系到氣浮效果的關(guān)鍵設(shè)備。從該設(shè)備本身結(jié)構(gòu)來(lái)看，上部有一定的噴淋間距，中間填充相當(dāng)厚度的塑料環(huán)，以增加氣、永接觸面積，下部?jī)?chǔ)存溶氣水，罐壁外相應(yīng)部位有玻璃管可顯示罐內(nèi)液位。在這里，結(jié)構(gòu)、功能與效果是密切相關(guān)的。在操作過(guò)程中，應(yīng)隨時(shí)注意調(diào)節(jié)溶氣罐的進(jìn)出水閥門，使溶氣罐內(nèi)的液位保持相對(duì)的穩(wěn)定。

如操作不當(dāng)或一旦忽視，則可能出現(xiàn)罐內(nèi)液位過(guò)高，甚至越過(guò)玻璃管顯示部位，這時(shí)就無(wú)法了解罐內(nèi)實(shí)際液位狀態(tài)，而且由此而影響溶氣效果。反之，罐內(nèi)液位過(guò)低，則可能造成短時(shí)間內(nèi)溶氣罐脫水，從而使大量空氣直接通過(guò)釋放器沖出，而造成氣浮池內(nèi)“沸騰”現(xiàn)象，這時(shí)勢(shì)必完全喪失氣浮效果。因此，如何使罐內(nèi)液位保持在一定幅度之內(nèi)，甚至實(shí)現(xiàn)恒定控制，這無(wú)論對(duì)減輕操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，還是對(duì)保證溶氣氣浮效果及整個(gè)封閉循環(huán)用水系統(tǒng)設(shè)備的安全運(yùn)行，都有特別重要的意義 。

a) 加壓溶氣氣浮裝置：水泵、空氣壓縮機(jī)、壓力溶氣罐、溶氣水釋放控制閥、釋放器、刮渣機(jī)、電氣

控制箱、流量計(jì)和氣浮池等構(gòu)成；

b) 射流溶氣氣浮裝置：水泵、射流器、壓力溶氣罐、溶氣水釋放控制閥、釋放器、刮渣機(jī)、電氣控制

箱、流量計(jì)和氣浮池等構(gòu)成。

a)溶氣釋放器在工作壓力 0.25Mpa～0.4MPa 范圍內(nèi)釋放的氣泡應(yīng)細(xì)密、均勻，氣泡 在 1000mL 量筒中的消失時(shí)間應(yīng)大于 4min。

b) 溶氣罐的溶釋氣效率不應(yīng)小于80%?！叭茚寶庑省笔侵钢福喝軞夤迌?nèi)氣體與液體接觸時(shí)，在一定壓力條件下氣體溶解在液體中，當(dāng)微氣泡全部釋放 分離后，實(shí)際釋氣量與理論溶氣量的比值。在特殊場(chǎng)合，如淺池氣浮應(yīng)用中，溶釋氣效率還不應(yīng)小于85%。

c)當(dāng)進(jìn)水 SS 在 100mg/L～500mg/L 時(shí)，裝置的 SS 去除率應(yīng)大于 80%；當(dāng) SS 大于 500mg/L 小于等于 2500mg/L 時(shí)，裝置的 SS 去除率應(yīng)大于 90%。

d)裝置運(yùn)行噪聲聲壓級(jí)應(yīng)小于 76dB（A）。

e)當(dāng)溶氣水回流比為處理水量（Q）的30%時(shí)，裝置能耗為：當(dāng) Q≤25m3 /h 時(shí)，能耗≤0.4Kw·h/m3；當(dāng) 25m3 /h 壓力溶氣氣浮裝置工藝流程

例如在給水處理工藝中，絮凝劑在吸水管上(泵前)投入，并經(jīng)葉輪混合于反應(yīng)池中進(jìn)行絮凝，反應(yīng)后的絮凝水進(jìn)入氣浮池的接觸區(qū)，與來(lái)自溶氣釋放器釋出的溶氣水相混合，此時(shí)水中的絮粒和微氣泡相互碰撞粘附，形成帶氣絮粒而上浮，并在分離區(qū)進(jìn)行固液分離，浮至水面的泥渣由刮渣機(jī)刮至排渣槽排出，清水則在被收集后出流。10%左右設(shè)計(jì)水量的清水（廢水處理中取20%-30%）經(jīng)由回流水泵加壓后進(jìn)入溶氣罐，在罐內(nèi)與來(lái)自空壓機(jī)的壓縮空氣相互接觸溶解，飽和溶氣水從罐底通過(guò)管道輸向釋放器。

壓力溶氣氣浮法工藝主要由三部分組成，即壓力溶氣系統(tǒng)、溶氣釋放系統(tǒng)及氣浮分離系統(tǒng)。

1.壓力溶氣系統(tǒng)。包括水泵、空壓機(jī)、壓力溶氣罐及其它附屬設(shè)備。其中壓力溶氣罐是影響溶氣效果的關(guān)鍵設(shè)備。溶氣罐多采用空壓機(jī)供氣、水射器抽吸和水泵吸水管吸氣等供氣方式。。

2.溶氣釋放系統(tǒng)。一般是由釋放器（或穿孔管、減壓閥）及溶氣水管路所組成。溶氣釋放器的功能是使氣、水分子間的內(nèi)能（主要是壓能）轉(zhuǎn)化為氣體分子的動(dòng)能，使溶入水中的氣體以微氣泡的形式釋放出來(lái)，并能迅速而均勻地與水中雜質(zhì)相粘附。

3.氣浮分離系統(tǒng)。主要是氣浮池，一般可分為三種類型即平流式、豎流式及綜合式。其功能是確保一定的容積與池的表面積，使微氣泡群與水中絮凝體充分混合、接觸、粘附，以保證帶氣絮凝體與處理后的水分離。

土壓力計(jì)算理論

庫(kù)倫土壓力理論是根據(jù)墻后土體處于極限平衡狀態(tài)并形成一滑動(dòng)楔體時(shí)，從楔體的靜力平衡條件得出的土壓力計(jì)算理論。

基本假設(shè) ：

① 墻后的填土是理想的散粒體(粘聚力c=0)；

② 墻背傾斜、粗糙、墻后填土面傾斜；

③ 滑動(dòng)破壞面為一平面（墻背AB和土體內(nèi)滑動(dòng)面BC）；

④ 剛體滑動(dòng)。不考慮滑動(dòng)楔體內(nèi)部的應(yīng)力和變形條件；

⑤ 楔體ABC整體處于極限平衡狀態(tài)。在AB和BC滑動(dòng)面上，抗剪強(qiáng)度均巳充分發(fā)揮。即剪應(yīng)力τ均已達(dá)抗剪強(qiáng)度τ_f。

土壓力主動(dòng)計(jì)算

圖3一剛性擋土墻，墻高為H，墻背AB的傾斜角為α，填土頂面坡度為β，填料為砂土，其單位重為γ，內(nèi)摩擦角為ψ，墻背摩擦角為δ。若墻背AB在土壓力作用下向左移動(dòng)，使土體的側(cè)壓力減小而發(fā)生破壞，破壞時(shí)產(chǎn)生一個(gè)處于極限平衡狀態(tài)的滑動(dòng)土楔體ABC，此時(shí)墻背所受的土壓力稱為主動(dòng)土壓力E_a（圖a）。反之，如果墻背AB在外力作用下向右移動(dòng)，并使土體的側(cè)壓力增大而發(fā)生破壞，也產(chǎn)生一個(gè)處于極限平衡狀態(tài)的滑動(dòng)土楔體ABC，而墻背所受的土壓力稱為被動(dòng)土壓力E_p（圖b）。如圖上所示，被動(dòng)土壓力大于主動(dòng)土壓力。土體破裂面BC一般呈曲線狀。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，C.-A.de庫(kù)侖假設(shè)破裂面為直線，并據(jù)此導(dǎo)出下列計(jì)算土壓力公式：

式中γ為土的容量；Ka和Kp分別為主動(dòng)土壓力系數(shù)和被動(dòng)土壓力系數(shù)：

如果墻壁垂直且光滑，填土表面為水平，即α=90°，β=δ=0，式（3）、（4）變?yōu)椋?

這種情況稱為蘭金狀態(tài)。上述庫(kù)侖和蘭金理論均假定土壓力的分布規(guī)律為三角形，其合力作用點(diǎn)在墻背高度的1/3處。

蘇聯(lián)B. B. 索科洛夫斯基用極限平衡理論求出具有任何填土表面的傾斜擋土墻土壓力的精確解答，他求得的滑動(dòng)破裂線都是對(duì)數(shù)螺旋曲線。對(duì)于墻后有水平填土表面的垂直剛性擋土墻，用庫(kù)侖和蘭金理論所得的結(jié)果與索科洛夫斯基的精確解答大致有如下關(guān)系：

E_R=1.24E_k，

E_C=0.98E_k，

式中E_R為按蘭金理論計(jì)算的結(jié)果；E_C為按庫(kù)侖理論計(jì)算的結(jié)果；E_K為按精確方法計(jì)算的結(jié)果。由此可知，確定擋土墻主動(dòng)土壓力時(shí)，用庫(kù)侖理論能得出足夠精確的結(jié)果。但據(jù)一些學(xué)者的實(shí)驗(yàn)研究，用庫(kù)侖理論確定被動(dòng)土壓力，誤差較大，而且這個(gè)誤差還隨著土的內(nèi)摩擦角的增大而增大。