4水污染控制工程

第四章自然上浮与气浮第一节自然上浮第二节气浮★自然上浮在重力作用下，利用污染物质与水之间自然存在的密度差，使其上浮至水面的过程称为“自然上浮”。如：油品的去除。★气浮利用在废水中产生的大量微小气泡作为载体，使废水中微细的疏水性悬浮颗粒粘附于气泡上，随气泡上浮到水面形成泡沫层而加以去除的过程则称为“气浮”。第一节自然上浮★处理对象：主要为含油废水（密度小于1）。★废水来源：石油开采炼制、煤化工、石油化工及轻工等行业的生产过程中排放大量的含油废水。★油品物理特性：油品的相对密度一般都小于1，（除重焦油相对密度为1.1）。★油在废水中存在的状态①悬浮状态：油珠粒径较大，靠其与水的密度差，可用自然上浮法分离。②溶解状态：油在水中的溶解度很小，一般为几个mg/L；③乳化状态：油珠粒径0.5～25μm，需要采取气浮法或混凝法分离。★油品对环境的危害：主要表现在对生态系统、植物、土壤、水体的严重影响。(形成油膜，影响空气、水及肥料的迁移)。资料表明，向水面排放1吨油品，可形成5X106m2油膜。有关标准中“石油类”★油品通常自然上浮法分离，设备为隔油池，★隔油池结构形式：普通平流式隔油池斜板隔油池《污水综合排放标准》规定：石油类5，10，20mg/L动物性油类10，15，100mg/L《地表水环境质量标准》规定：（5类）石油类0.05，0.05，0.05，0.5，1.0mg/L一、平流式隔油池浮油的收集和排除（1）油层厚度不应大于0.25m。（2）刮油机作用：刮池面浮油和池底的油泥（3）浮油收集在水面处应设集油管，收集和排除浮油。集油管为直径Φ200-300的钢管。隔油池的安全问题（1）池表面应加盖为了保证隔油池的正常工作，池表面应加盖，以防火、防雨、保温及防止油气散发，污染大气。（2）冬季加温在寒冷地区或季节，为了增大油的流动性，隔油池内应采取加温措施，在池内每隔一定距离，加设蒸汽管，提高废水温度。隔油池设计：（1）通过静沉试验求出去除率与油珠上浮速度的关系进行设计。（2）根据规范提供的数据设计→基本设计参数：(1)数量：不少于两个(2)池深：1.5～2.0m，超高0.4m(3)水平流速：2～5mm/s(4)表面负荷：1.2m3/m2.h(5)停留时间：1.5～2h(6)池宽B：由刮油机规格决定刮油机规格:6.0、4.5、3.0、2.5、2.0m(7)校核尺寸：L/B4，H/B0.4(8)去除油粒的最小粒径：100～150μm。二、斜板隔油池为提高单位池容积的处理能力，采用斜板式隔油池。（利用水油比重不同产生的压差自动排油）斜板隔油池基本参数(1)上升流速：0.2mm/s(2)停留时间：不大于0.5h(3)去除油粒的最小粒径为60μm。仅依靠油滴与水的密度差产生上浮而进行油、水分离，油的去除率一般为10-80%，隔油池出水仍含有一定数量的乳化油和附着在悬浮固体上的油分，一般难以直接达标。三、气浮法分离油气浮法分离效果好，出水含油量一般小于20mg/L。《污水综合排放标准》规定：石油类5，10，20mg/L动物性油类10，15，100mg/L《地表水环境质量标准》规定：（5类）石油类0.05，0.05，0.05，0.5，1.0mg/L四、乳化油及破乳方法1、乳化油来源：生产工艺需要制成的乳化液；洗涤剂清洗受油污染的机械产生的乳化油废水含油（可浮油）废水与含乳化剂的废水在沟渠混合2、破乳方法：原理：破坏稳定性（液滴表面的稳定薄膜），使油、水分离。方法：投加换型乳化剂；盐类、酸类；表面活性剂；搅拌、震动、转动；过滤；改变温度；投加混凝剂。发展方向：油珠粗粒化技术研究思路：根据Stocks公式，u∝d2，如能增大油珠的粒径，可显著的提高油的自然上浮速度u，从而提高油的去除率。第二节气浮★浮上法是一种有效的固-液或液-液分离的方法。常用于对那些颗粒密度接近或小于水的细小颗粒的分离。固-液分离液-液分离★气浮的定义往水中通入空气，产生高度分散的微小气泡，（有时还需要投加混凝剂或浮选剂），使水中的悬浮物与空气泡粘附在一起，靠气泡的浮力（视密度1）一起上浮到水面，形成浮渣而加以去除，实现固液或液液分离的过程。固-液分离液-液分离★气浮法的应用（1）分离水中的细小悬浮物、藻类及微絮体；（2）回收有用物质：如纸浆、细小纤维等；（3）代替二沉池，分离和浓缩活性污泥；（4）分离回收含油废水中的悬浮油及乳化油，如食油工业废水中所含的油脂；（靠自然沉降或自然上浮难以去除的）（5）分离表面活性物质和金属离子（加浮选剂）。一、气浮的基本原理（一）实现气浮分离的必要条件A、必须向水中提供足够数量的微细气泡。（气泡理想尺寸为15～30μm）B、必须使悬浮物呈悬浮状态C、必须使气泡与悬浮物产生粘附作用，从而附着于气泡上浮升。（悬浮物具有疏水性质）（二）气浮过程A、气泡产生B、气泡与颗粒（固体或液体）附着C、上浮分离（三）气泡的产生（1）产生微细气泡的方法A、电解法B、分散空气法C、溶解空气再释放法（2）电解法向水中通入5～10V直流电，废水电解产生H2、O2和CO2等，气泡微细，密度小，直径约10～60μm，浮升过程中不会引起水流紊动，浮载能力大，特别适用于脆弱絮凝体的分离。（气泡理想尺寸为15～30μm）表面负荷通常低于4m3/m2.h。铝板或钢板作阳极，会溶蚀产生的Fe2+和Al3+具有混凝特性，有利于水中悬浮物的去除。缺点：电耗较高、电极板易结垢，操作管理复杂。目前主要用于小规模（10-204m3/h）的工业废水处理。电解气浮（3）分散空气法微孔气浮法叶轮气浮法利用射流器或水泵吸入和分散空气①微孔气浮法（充气气浮法）通过由素烧陶瓷、粉末冶金或塑料制成的微孔板（管），将压缩空气分散为小气泡。气泡尺寸：较大（直径1～10mm）缺点：微孔板（管）容易堵塞。②叶轮气浮法将空气引入一个高速旋转的叶轮附近，通过叶轮的高速剪切运动，将空气吸入并分散为小气泡，气泡直径1mm左右。特点：适用于悬浮物浓度较高的废水，如用于洗煤废水及含油脂、羊毛等废水的处理，也可用于含表面活性剂的废水泡沫浮上分离，设备不容易堵塞。③利用射流器或水泵吸入和分散空气特点：设备简单，但受设备和工作条件的限制，吸气量不大，一般不超过水量的10%（V%）。（4）溶气气浮溶气气浮是使空气在一定压力下溶于水中并呈饱和状态，然后骤然减压释放，这时溶解的空气便以微小的气泡从水中析出并进行气浮。特点：气泡直径约为20～100μm；可人为控制气泡与废水的接触时间；净化效果比分散空气法好，应用广泛。根据气泡从水中析出时所处的压力不同，溶气气浮又可分：a、溶气真空气浮：空气在常压或加压下溶于水中，在负压下析出；b、加压溶气气浮：空气在加压下溶于水中，在常压下析出。A、溶气真空气浮特点：气浮池在负压下运行；溶气压力比加压溶气低，能耗较小；缺点：气浮池结构复杂，设备密闭，运行维护都较困难，生产中应用不多。B、加压溶气气浮使空气在加压的条件下溶解于水，然后将压力骤减至常压而使过饱和的空气以微细气泡的形式释放出来。……按溶气水不同分为三种基本流程：①全部进水溶气②部分进水溶气③部分处理水溶气①全部进水溶气全部原水由泵加压至0.3～0.5MPa，压入溶气罐，用空压机或射流器向溶气罐压入空气进行溶气，然后经减压释放装置进入气浮池进行固液分离。②部分进水溶气部分原水进行压力溶气，其余部分直接进入气浮池。③部分处理水回流溶气无论何种流程，其主要设备有加压泵、溶气罐和气浮池。三种溶气方式比较：（1）与①全部进水溶气相比，②部分进水溶气和③出水回流溶气两种方式用于加压溶气的水量只分别占总水量的30～35%和10～20%；更节能；设备容积大大减小。（2）在相同能耗下，③溶气压力可大大提高，形成的气泡更小，更均匀，更能得到充分利用；（3）当采用混凝气浮时，③能够充分利用混凝剂，减少投药量，并避免絮凝体破坏。自来水气浮池溶气罐空压机溶气泵废水调节池反应池吸水罐废水泵出水混凝剂槽工程实例★压力溶气相关知识：溶气量、析出气泡大小及气泡均匀性与压力、温度、溶气时间、溶气罐及释放器构造等因素有关。A、溶气压力：空气在水中的溶解度V与压力p的关系符合亨利定律。★压力越高，空气溶解度越大，动力消耗也越大，对设备要求也越高。★温度越高，空气溶解度越小。★一定温度下，溶解度与压力成正比。B、溶气量：生产上溶气时间一般采用2～4min。水中空气含量约为饱和含量的50-60%。为保证气浮效果，设计空气量应按理论量的125%计。C、加压泵提升废水、给废水加压。（溶气压力0.3～0.5MPa）D、压力溶气罐：溶气罐是一个耐压密封钢罐，空气与水在罐内混合、溶解。为了提高溶气量和速度，增大容积利用系率，罐内常设若干隔板或填料。影响溶气罐效率的主要因素是：填料特性、填料层高度、罐内液位高度、布水方式和温度等。填料溶气罐的主要工艺参数：过流密度：2500-5000m3/m2.d；填料高度：0.8-1.3m；液位高度：0.6-1.0m（从罐底计）；承压能力：大于0.6MPa；工作压力：0.3～0.5MPa。cfe2e1dbaA溶气罐供气方式：a、采用水泵吸水管上吸入空气；b、在水泵加压管上设置射流器吸入空气；c、采用空气压缩机供气。GOTO54a、采用水泵吸水管上吸入空气；BACKb、在水泵加压管上设置射流器吸入空气；BACKc、采用空气压缩机供气。BACKE、溶气水减压释放装置：（溶气释放器）作用：使溶气水迅速减压、消能，释放空气产生微气泡。工作原理：溶气水经过减压释放装置，反复地受到收缩、扩散、碰撞、挤压、漩涡等作用，其压力能迅速消失，水中溶解的空气以极细的气泡释放出来。第一阶段：气泡的产生目前已有多种形式的减压释放装置在使用中，如针形阀，WRC喷嘴、TS型（TJ型）释放器、普通截止阀等。★★空气从水中析出的过程：①气泡核的形成过程；②气泡的增长过程。第一个步骤起决定性作用，能否形成稳定分散的气泡取决于废水的表面张力。因为形成气泡意味着增大水气界面积，所以表面张力越小，越容易形成稳定的气泡，气泡直径也越小。第一阶段：气泡的产生溶气释放气泡的大小可由下式计算：r=2σLG/(p1-p2)式中：r——析出气泡的最小半径，cm；p1、p2——分别为溶气水释放前后的压力，10-5N/cm2；σLG——气水界面张力由上式可见，p1增大，r减小，但提高溶气压力，将使能耗增大，而且对溶气设备的材质要求也更高，故p1值的选取应适当(0.3-0.5MPa)。需要着重指出的是：在气浮过程中需要形成大量细微而均匀的气泡作为载体，因此，气浮效果的好坏在很大程度上取决于水中空气的溶解量和饱和度以及气泡的分散程度和稳定性。(1)气泡量越多，分散度越高，它们与污染物质粘附的机会也越多。（表面积大）(2)气泡应有一定程度的稳定性，但过于稳定的泡沫也难于运送和脱水，因而稳定时间以数分钟为宜。知识回顾：气浮过程：（三个阶段）第一阶段气泡的产生——压力溶气水的制备A、溶气压力（加压泵）B、溶气量、溶气时间（空气压缩机）C、加压泵（提升废水、给废水加压）D、压力溶气罐E、溶气水减压释放装置第二阶段悬浮物与气泡的附着（四）悬浮物与气泡的附着实现气浮分离的过程的必要条件是使污染物质能粘附在气泡上。悬浮物与气泡附着涉及到气、液、固（液）三相介质的问题。当气泡和颗粒共存于水中，即液、气、颗粒三相介质共存的情况下，每两相之间的界面上都存在着各自的界面张力和界面能，界面能和表面能一样，可用下式表示：E=σ·S式中：σ——界面张力，N/cm2；S——界面面积，cm2。界面能和界面张力一样也有降低到最小的趋势。当废水中有气泡存在时，悬浮颗粒就力图粘附在气泡上而降低其界面能。悬浮物与气泡附着机理当废水中有气泡存在时，并非所有的颗粒都能粘附上去，它们能否与气泡粘附取决于水对该颗粒的表面性质(即颗粒的润湿性)。一般规律：疏水性颗粒易与气泡粘附，而亲水性颗粒难以与气泡粘附。容易被水润湿的物质称为亲水性物质.难于被水润湿的物质称为疏水性物质。颗粒的润湿程度常用气、液、固三相间互相接触时所形成的接触角的大小来解释。在静