压力溶气罐水位测控设计

水位测定较多应用的有接触电极法、电容法、超声法、光电法等，其中接触电极法使用最广泛。压力溶气罐中约有0.4MPa空气压力，溶气水压也在0.35-0.4MPa范围，使用接触电极会因引出线造成容器密封时的困难和电极防腐的问题。其它方法也多有不利之处，光电传感法虽是可行之法，但经试验得知它对水质要求较高。当水质不洁，尤其是浮有污物出现在水位显示管壁时常产生误动作，用在污水处理装置上使实际应用受到较大限制。为达到实际应用的广泛适用性，研制了磁敏元件在压力溶气罐水位测控上的应用装置 。

压力溶气罐是溶气水的发生源，为使水中含气量达到设计要求，风压和进水量须保持在基本平衡态。设备开机运行后虽经调整，但因各种因素的变化常使平衡破坏，气一水比例失调。又因在溶气罐中风压和水量的变化是相互影响的，更使调整过程变得复杂。

本装置的设计是在规范了风压控制范围，同时在固定注入溶气罐的水量不变前提下。于溶气罐向气浮池的出水排放管处另加泄流管。通过电磁阀控制泄流管的“关”、“开”。当罐中平衡因某种原因失调后，水位会上升或下降。上下限位传感器接受到信号传递给控制部件驱动执行部的电磁阀，达到适时排水，调节罐中水量，保持水位在设定范围内的基本稳定。

压力溶气罐是一种气浮净水工艺特有的空气溶入装置。为密闭的一类受压容器。在罐内实现水与空气的充分接触传质，使空气溶人水中，尽量达到饱和程度。压力溶气罐有多种形式，一般推荐采用空压机供气的喷淋式填料罐。此种压力溶气罐用普通钢板卷焊而成。其溶气效率比不加填料的约高30%，在水温20-30℃范围内，释气量约为理论饱和溶气量的90%-99%。可应用的填料很多，如瓷质拉西环，塑料斜交错淋水板、不锈钢圈填料、塑料阶梯环等。由于阶梯环具有高的溶气效率，故可优先考虑。不同直径的溶气罐，需要配置不同尺寸的填料。填料层高度的增加，对溶气效率会有相应的提高，但层高增至一定程度后，由于传质推动力的降低，效率的提高越来越少，因此，没有必要过多地增加填料层的高度，一般填料高度取1m左右即可。当溶气罐直径超过500mm时，考虑到布水的均匀性，可适当增加填料的高度。由于布气方式、气流流向变化等对填料罐溶气效率几乎无影响，因此，进气的位置及形式一般无需多加考虑。

气浮法处理含油污水是环保工作中常用方法。设计要求，欲使溶气水达到标准状态必须控制打人溶气罐中空气的压力及通人的水量。多数设备的风压和水量控制靠人工调节各阀门完成，操作频繁、劳动量大且难保证控制精度。采用无损间接测控，用材少费用低。安装调试简易，与相应风压自控配合能对溶气罐中水位，进风量(风压)完全自动检测及控制。经现场试验，实用性较强，很受欢迎 。

本装置研制成功后曾在铁路某几个污水处理车间试用。经试用性能良好，在很大程度上减轻了现场操作工人的劳动量。装置比较稳定，工作安全可靠。

气浮分离这种水处理技术，在城市和工业给水、城市污水以及各种工业废水处理中已获得较为广泛的应用。而加压溶气气浮则是气浮法中最为常见的一种处理工艺。

在加压溶气气浮流程中的压力溶气罐，是实现水、气混合并使空气溶解于水的主要设备，也是关系到气浮效果的关键设备。从该设备本身结构来看，上部有一定的喷淋间距，中间填充相当厚度的塑料环，以增加气、永接触面积，下部储存溶气水，罐壁外相应部位有玻璃管可显示罐内液位。在这里，结构、功能与效果是密切相关的。在操作过程中，应随时注意调节溶气罐的进出水阀门，使溶气罐内的液位保持相对的稳定。

如操作不当或一旦忽视，则可能出现罐内液位过高，甚至越过玻璃管显示部位，这时就无法了解罐内实际液位状态，而且由此而影响溶气效果。反之，罐内液位过低，则可能造成短时间内溶气罐脱水，从而使大量空气直接通过释放器冲出，而造成气浮池内“沸腾”现象，这时势必完全丧失气浮效果。因此，如何使罐内液位保持在一定幅度之内，甚至实现恒定控制，这无论对减轻操作人员劳动强度，还是对保证溶气气浮效果及整个封闭循环用水系统设备的安全运行，都有特别重要的意义 。

a) 加压溶气气浮装置：水泵、空气压缩机、压力溶气罐、溶气水释放控制阀、释放器、刮渣机、电气

控制箱、流量计和气浮池等构成；

b) 射流溶气气浮装置：水泵、射流器、压力溶气罐、溶气水释放控制阀、释放器、刮渣机、电气控制

箱、流量计和气浮池等构成。

a)溶气释放器在工作压力 0.25Mpa～0.4MPa 范围内释放的气泡应细密、均匀，气泡 在 1000mL 量筒中的消失时间应大于 4min。

b) 溶气罐的溶释气效率不应小于80%。“溶释气效率”是指指：溶气罐内气体与液体接触时，在一定压力条件下气体溶解在液体中，当微气泡全部释放 分离后，实际释气量与理论溶气量的比值。在特殊场合，如浅池气浮应用中，溶释气效率还不应小于85%。

c)当进水 SS 在 100mg/L～500mg/L 时，装置的 SS 去除率应大于 80%；当 SS 大于 500mg/L 小于等于 2500mg/L 时，装置的 SS 去除率应大于 90%。

d)装置运行噪声声压级应小于 76dB（A）。

e)当溶气水回流比为处理水量（Q）的30%时，装置能耗为：当 Q≤25m3 /h 时，能耗≤0.4Kw·h/m3；当 25m3 /h 压力溶气气浮装置工艺流程

例如在给水处理工艺中，絮凝剂在吸水管上(泵前)投入，并经叶轮混合于反应池中进行絮凝，反应后的絮凝水进入气浮池的接触区，与来自溶气释放器释出的溶气水相混合，此时水中的絮粒和微气泡相互碰撞粘附，形成带气絮粒而上浮，并在分离区进行固液分离，浮至水面的泥渣由刮渣机刮至排渣槽排出，清水则在被收集后出流。10%左右设计水量的清水（废水处理中取20%-30%）经由回流水泵加压后进入溶气罐，在罐内与来自空压机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释放器。

压力溶气气浮法工艺主要由三部分组成，即压力溶气系统、溶气释放系统及气浮分离系统。

1.压力溶气系统。包括水泵、空压机、压力溶气罐及其它附属设备。其中压力溶气罐是影响溶气效果的关键设备。溶气罐多采用空压机供气、水射器抽吸和水泵吸水管吸气等供气方式。。

2.溶气释放系统。一般是由释放器（或穿孔管、减压阀）及溶气水管路所组成。溶气释放器的功能是使气、水分子间的内能（主要是压能）转化为气体分子的动能，使溶入水中的气体以微气泡的形式释放出来，并能迅速而均匀地与水中杂质相粘附。

3.气浮分离系统。主要是气浮池，一般可分为三种类型即平流式、竖流式及综合式。其功能是确保一定的容积与池的表面积，使微气泡群与水中絮凝体充分混合、接触、粘附，以保证带气絮凝体与处理后的水分离。

土压力计算理论

库伦土压力理论是根据墙后土体处于极限平衡状态并形成一滑动楔体时，从楔体的静力平衡条件得出的土压力计算理论。

基本假设 ：

① 墙后的填土是理想的散粒体(粘聚力c=0)；

② 墙背倾斜、粗糙、墙后填土面倾斜；

③ 滑动破坏面为一平面（墙背AB和土体内滑动面BC）；

④ 刚体滑动。不考虑滑动楔体内部的应力和变形条件；

⑤ 楔体ABC整体处于极限平衡状态。在AB和BC滑动面上，抗剪强度均巳充分发挥。即剪应力τ均已达抗剪强度τ_f。

土压力主动计算

图3一刚性挡土墙，墙高为H，墙背AB的倾斜角为α，填土顶面坡度为β，填料为砂土，其单位重为γ，内摩擦角为ψ，墙背摩擦角为δ。若墙背AB在土压力作用下向左移动，使土体的侧压力减小而发生破坏，破坏时产生一个处于极限平衡状态的滑动土楔体ABC，此时墙背所受的土压力称为主动土压力E_a（图a）。反之，如果墙背AB在外力作用下向右移动，并使土体的侧压力增大而发生破坏，也产生一个处于极限平衡状态的滑动土楔体ABC，而墙背所受的土压力称为被动土压力E_p（图b）。如图上所示，被动土压力大于主动土压力。土体破裂面BC一般呈曲线状。为了简化计算，C.-A.de库仑假设破裂面为直线，并据此导出下列计算土压力公式：

式中γ为土的容量；Ka和Kp分别为主动土压力系数和被动土压力系数：

如果墙壁垂直且光滑，填土表面为水平，即α=90°，β=δ=0，式（3）、（4）变为：

这种情况称为兰金状态。上述库仑和兰金理论均假定土压力的分布规律为三角形，其合力作用点在墙背高度的1/3处。

苏联B. B. 索科洛夫斯基用极限平衡理论求出具有任何填土表面的倾斜挡土墙土压力的精确解答，他求得的滑动破裂线都是对数螺旋曲线。对于墙后有水平填土表面的垂直刚性挡土墙，用库仑和兰金理论所得的结果与索科洛夫斯基的精确解答大致有如下关系：

E_R=1.24E_k，

E_C=0.98E_k，

式中E_R为按兰金理论计算的结果；E_C为按库仑理论计算的结果；E_K为按精确方法计算的结果。由此可知，确定挡土墙主动土压力时，用库仑理论能得出足够精确的结果。但据一些学者的实验研究，用库仑理论确定被动土压力，误差较大，而且这个误差还随着土的内摩擦角的增大而增大。