水污染控制工程气浮法

气浮法处理工艺必须满足三个基本条件：必须向水中提供足够量的细微气泡；必须使污水中的污染物质能形成悬浮状态；必须使气泡与悬浮的物质产生粘附作用。第七节气浮池1石油、化工及机械制造业中的含油污水的油水分离工业废水处理污水中有用物质的回收取代二次沉淀池，特别是用于易于产生活性污泥膨胀的情况剩于活性污泥的浓缩污水处理技术中，气浮法分离技术的应用：2微孔曝气气浮法剪切气泡气浮法加压溶气气浮法真空气浮法电解气浮法分散空气气浮法溶解空气气浮法按生产细微气泡的方法一、气浮法的类型3微孔曝气气浮法剪切气泡气浮法压缩空气引入到靠近池底的微孔板，微孔将空气分散成细小气泡。将空气引至高速旋转混合器或叶轮机附近，将引入的空气切割成细小气泡。1分散空气气浮法4剪切气泡气浮法使用于处理水量不大、浓度较高的废水，除油效率可达80%。分散空气气浮用于矿物浮选，含油脂、羊毛及表面活性剂等污水的初级处理。5电解废水可同时产生三种作用：电解氧化还原电解混凝电气浮2、电解气浮法6电解气浮法将正负极相间的多组电极浸在废水中，通以直流电，废水电解，两级产生的H2和O2的细小气泡粘附于悬浮物上，将其带至水面而达到分离的目的。7电解气浮法的应用：电解气浮法产生的气泡小于其他方法产生的气泡，主要用于工业废水处理方面，处理水量约在10~20m3/h；故特别适用于脆弱絮状悬浮物。缺点：电耗高、操作运行管理复杂及含有大量表面活性剂的污水。8加压溶解减压析出形成微气泡3溶解空气气浮法加压溶气气浮法真空气浮法全加压溶气流程部分加压溶气流程部分回流加压溶气流程9真空气浮法优点：无压力设备缺点：溶解度低、气泡释放有限，需要真空设备，运行、维护困难。常压下溶解真空下释放1011加压溶气气浮法12全加压溶气流程——将全部入流废水加压溶气，再经过减压释放装置进入气浮池，进行固液分离。13部分加压溶气流程——将部分入流废水加压溶气，其余直接进入气浮池。部分溶气系统提供的空气量较少，须在较高压力下运行。14部分回流加压溶气流程——将部分澄清液回流加压，入流废水直接进入气浮池，是目前最常用的气浮处理流程。15二、加压溶气气浮的基本原理1、空气在水中的溶解度与压力的关系单位体积水溶液中溶入的空气重量:g(气)/m3(水)单位体积水溶液中溶入的空气体积:mL(气)/L(水)空气在水中的溶解度的表示16空气在纯水中的饱和溶解度空气在水中的溶解度与温度、压力有关。在一定范围内，温度越低、压力越大，其溶解度越大。一定温度下，溶解度与压力成正比。17空气从水中析出的过程:气泡核的形成过程—起决定性作用，相当数量的气泡核可以控制气泡数量的多少与气泡直径的大小。形成的气泡核数量越多，形成的气泡直径越小，越有利于气浮工艺的要求。气泡的增长过程。18液体表面分子所受的分子引力与液体内部分子所受的分子引力不同，表面分子所受的作用力是不平衡的，这不平衡的力有把表面分子拉向液体内部、缩小液体表面的趋势，这种力称为流体的表面张力。要使表面分子不被拉向液体内部，就需要克服液体内部分子的吸引力而作功，因而液体表层分子具有更多的能量，这种能量称表面能。同样，在液、气、固三相介质的表面也存在界面张力和界面能。界面能与界面张力的关系如下：SEσ—界面张力系数；S—界面面积气泡与悬浮颗粒粘附的条件2.水中悬浮颗粒与微小气泡的粘附原理不同悬浮颗粒与水的润湿情况19气泡与悬浮颗粒粘附的条件2.水中悬浮颗粒与微小气泡的粘附原理气泡未与悬浮颗粒粘附前，三相体系单位面积上的界面能E1为：LGLSE1当气泡与悬浮颗粒粘附后，单位面积上的界面能为：GSE2粘附后界面能的缩小值为：GSLGLSEEE21三相界面张力平衡时存在如下关系：GSLGLS)180cos(（1）（2）将（2）代入（1），整理得)cos1(LGE不同悬浮颗粒与水的润湿情况20气泡与悬浮颗粒的粘附形式气粒吸附气泡顶托气泡裹夹21当流态为层流，即Re1时，则“颗粒-气泡”复合体的上升速度可按斯托克斯公式计算：式中：d—为“颗粒-气泡”复合体的直径；ρS—为“颗粒-气泡”复合体的表观密度。“颗粒-气泡”复合体的上浮速度u上取决于水与复合体的密度差与复合体的有效直径。如果“颗粒-气泡”复合体上粘附的气泡越多，则ρS越小，d越大，上浮速度亦越快。2)(18dguSL上“颗粒-气泡”复合体的上浮速度223.投加化学药剂对气浮效果的影响一般疏水性或亲水性物质，均需投加化学药剂，以改变颗粒的表面性质，增加气泡与颗粒的吸附。混凝剂浮选剂助凝剂抑制剂调节剂各种无机或有机高分子混凝剂，不仅可以改变污水中悬浮颗粒的亲水性能，而且还能使污水中的细小颗粒絮凝成较大的絮状体以吸附、截留气泡，加速颗粒上浮。23大多是链状有机表面活性剂。分子一端含极性基(-OH、-COOH、-SO3H、-NH3、≡N等)，显示出亲水性，称为亲水基；另一端为非极性基(如-R等)，显示出疏水性，称为疏水基。捕收剂：松香油、煤油、黄药、黑药、氧化石螃、十八胺等；稳泡剂：十二烷基磺酸钠、十二统基苯磁醋钠、月桂醋二乙醇酰胺、月桂醇硫酸酯钠等混凝剂浮选剂助凝剂抑制剂调节剂3.投加化学药剂对气浮效果的影响亲水性颗粒不易被气泡吸附，疏水性颗粒易被吸附。24混凝剂浮选剂助凝剂抑制剂调节剂提高悬浮颗粒表面的水密性，以提高颗粒的可浮性，如聚丙烯酰胺。3.投加化学药剂对气浮效果的影响25混凝剂浮选剂助凝剂抑制剂调节剂暂时或永久性地抑制某些物质的气浮性能，而又不妨碍需要去除的悬浮颗粒的上浮，如石灰、硫化钠等。3.投加化学药剂对气浮效果的影响26混凝剂浮选剂助凝剂抑制剂调节剂调节污水pH值，改进和提高气泡在水中的分散度以及提高悬浮颗粒与气泡的粘附能力，如各种酸、碱等。3.投加化学药剂对气浮效果的影响27压力溶气气浮法系统的组成压力溶气系统气浮池空气释放系统压力溶气罐溶气释放装置加压水泵附属设备溶气水管路空气供给设备三、压力溶气气浮系统的组成及设计28压力溶气系统压力溶气罐附属设备加压水泵空气供给设备将水、气以一定压力送至压力溶气罐，其压力的选择应考虑溶气罐压力和管路系统的水力损失两部分。29压力溶气系统压力溶气罐附属设备加压水泵空气供给设备使水与空气充分接触，促进空气的溶解。有多种形式，以罐内填充填料的溶气罐效率最高。30溶气方式有三种压力溶气系统加压水泵压力溶气罐空气供给设备附属设备水泵压水管装射流器挟气式空压机供气式在经济、安全方面不理想，已很少使用。空压机供气是较早使用的一种供气方式，使用较广泛，优点是能耗相对较低。压力管装射流器进行溶气的优点是不需另设空压机，没有空压机带来的油污染和噪声。水泵吸气式31由溶气释放装置和溶气水管路组成。溶气释放装置的功能是将压力容器水减压，使溶气水中的气体以微气泡的形式释放出来，并能迅速、均匀地与水中的颗粒物质粘附。常用的溶气释放装置有减压阀、溶气释放喷嘴、释放器等。空气释放系统32提供一定的容积和池表面积，使微气泡与水中悬浮颗粒充分混合、接触、粘附，并使带气颗粒与水分离。气浮池目前最常用，反应池与气浮池合建。废水进入反应池完全混合后，经挡板底部进入气浮接触室以延长絮体与气泡的接触时间，然后由接触室上部进入分离室进行固液分离。优点：池深浅、造价低、构造简单、运行方便。缺点：分离部分的容积利用率不高等。平流式气浮池33竖流式气浮池竖流式气浮池的基本工艺参数与平流式气浮池相同。优点:接触室在池中央，水流向四周扩散，水力条件较好。缺点:与反应池较难衔接，容积利用率较低。经验表明:当处理水量大于150~200m3/h，废水中可沉物质较多时，宜采用竖流式气浮池。343536气浮池的有效水深通常为2.0~2.5m，一般以单格宽度不超过10m，长度不超过15m为宜。废水在反应池中的停留时间与混凝剂种类、投加量、反应形式等因素有关，一般为5~15min。为避免打碎絮体，废水经挡板底部进入气浮接触室时的流速应小于0.1m/s。废水在接触室中的上升流速一般为10~20mm/s，停留时间应大于60s。371.当有试验资料时，可用下述公式计算：式中：qv—气浮池设计水量，m3/h；R’—试验条件下的回流比，%；ac—试验条件下的释气量，L/m3；Φ—水温校正系数，取1.1~1.32.当无试验资料时，可根据气固比（A/S）进行估算，计算式如下：A/S—气固比（g释放的气体/g悬浮固体一般为0.005~0.006。悬浮固体浓度较高时取上限，如剩余污泥气浮浓缩时，气固比采用0.03~0.04；1.3—1mL空气的重量，mg；ca—某一温度下的空气溶解度；f—压力为p时，水中的空气溶解系数，0.5~0.8（通常0.5）；p0—表压，kPa；qvR—加压水回流量，m3/h；qv—设计水量，m3/h；ρSi—入流废水的悬浮固体浓度，mg/L。压力溶气气浮法的设计计算—气浮所需空气量cvgvaRqq'SivvRaqqffpcSA7.14)7.147.14(3.1038溶气罐直径Dd选定过流密度I后，溶气罐直径按下式计算：对于空罐：I选用1000~2000m3/(m2·d)，对填料罐：I选用2500~5000m3/(m2·d)。溶气罐高h：式中：h1—罐顶、底封头高度（据罐直径而定），m；h2—布水区高度，一般取0.2~0.3m；h3—贮水区高度，一般取1.0m；h4—填料层高度，一般取1.0~1.3m。压力溶气浮上法的设计计算—溶气罐IQDRd443212hhhhh39压力溶气浮上法的设计计算—气浮池接触池表面积Ac：选定接触室中水流上升流速uc后按下式计算：接触室容积一般按停留时间大于60s进行复核。cRcuQQAHAAVsc)(分离室的表面积As：选定分离速度（分离室的向下平均水流速度）us后按下式计算：对矩形池子分离室的长宽比一般取1:1~2:1。sRsuQQA气浮池的净容积V：选定池的平均水深H（指分离室深），按下式计算：同时以池内停留时间（t）进行校核，一般要求t为10~20min。404142