14气浮--水处理教案(清华大学精品课程)

1第四章气浮(Flotation)第1节理论基础是一种固－液和液－液分离的方法。具体过程：通入空气→产生微细气泡→SS附着在气泡上→上浮应用：自然沉淀或上浮难于去除的悬浮物，以及比重接近1的固体颗粒一、界面张力和润湿接触角任何不同介质的相表面上都因受力不均衡而存在界面张力气浮的情况涉及：气、水、固三种介质，每两个之间都存在界面张力σ。三相间的吸附界面构成的交界线称为润湿周边。通过润湿周边作水、粒界面张力作用线和水、气界面张力作用线，二作用线的交角称为润湿接触角θ。见图13－3和13－4。θ90，疏水性,易于气浮θ90,亲水性二、悬浮物与气泡的附着条件按照物理化学的热力学理论,任何体系均存在力图使界面能减少为最小的趋势。界面能W=σSS：界面面积；σ：界面张力附着前W1=σ水气+σ水粒（假设S为1）附着后W2=σ气粒界面能的减少△Ｗ=σ水气+σ水粒－σ气粒又图13－4，σ水粒=σ气粒+σ水气COS(180-θ)所以:△Ｗ=σ水气(1-COSθ)按照热力学理论,悬浮物与气泡附着的条件：△Ｗ0△Ｗ越大，推动力越大，越易气浮。(1)θ0,COSθ--1,△Ｗ=0不能气浮θ90,COSθ1,△Ｗσ水气颗粒附着不牢θ90,△Ｗσ水气易气浮――疏水吸附θ180△Ｗ=2σ水气最易被气浮(2)同时,COSθ＝（σ气粒－σ水粒）/σ水气（由图13-4）σ水气增加，θ增大,有利于气浮如石油废水,表面活性物质含量少,σ水气大,乳化油粒疏水性强，直接气浮效果好。而煤气洗涤水中的乳化焦油，由于水中表面活性物质含量多，σ水气小，直接气浮效果差。对于亲水性颗粒的气浮，表面需改性为疏水性→投加浮选剂浮选剂：松香油、煤油、脂肪酸，起连接颗粒和气泡之间作用。三、气泡的稳定性气浮中要求气泡具有一定的分散度和稳定性。气泡粒径在100左右为好。洁净水中：2气泡常达不到气浮要求的细小分散度洁净水表面张力大，气泡有自动降低自由能的倾向，即气泡合并。稳定性不好。缺乏表面活性物质的保护，气泡易破灭，不稳定。即使悬浮物已附着在气泡上也易重新脱落会水中↓加入起泡剂（一种表面活性物质），保护气泡的稳定性。见图13－5对于有机污染物含量不多的废水在进行气浮时，气泡的稳定性可能成为重要的影响因素。适当的表面活性剂是必要的。但表面活性物质过多太多→σ水气降低，同时→此时，尽管气泡稳定，污染粒子严重乳化但颗粒－气泡附着不好如何控制最佳的投加量？影响三个因素：稳定性、表面张力、乳化效果四、乳化现象与脱乳疏水性颗粒易气浮，但多数情况下并不好，主要是由于乳化现象。以油粒为例：▲表面活性物质存在：非极性端吸附在油粒，极性端则伸向水中→乳化油（图13－6）→电离后带电→双电层现象→稳定体系▲废水中含有亲水性固体粉末（固体乳化剂），如粉砂、粘土等（θ90）：一小部分与油接触，大部分为水润湿，见图13－7。→乳化油稳定体系带电的稳定体系是不利于气浮的，应→脱稳、破乳→投加混凝剂→压缩双电层混凝剂包括：硫酸铝、聚合氯化铝、三氯化铁等第2节气浮分类与工艺过程一、气浮分类1．电解气浮法：直流电的电解作用下，正极产生氢气，负极产生氧气，微气泡。气泡小于溶气法和散气法。具有多种作用：除BOD、氧化、脱色等，去除污染物范围广，污泥量少，占地少。但电耗大。有竖流式和平流式装置。32．散气气浮法：扩散板曝气气浮和叶轮气浮法两种扩散板曝气气浮：压缩空气通过扩散装置以微小气泡形式进入水中。简单易行，但容易堵塞，气浮效果不高。见图13－11。叶轮气浮法：适用于处理水量不大,污染物浓度高的废水。见图13－12。3.溶气气浮法根据气泡析出时所处的压力不同，分为：溶气真空气浮和加压溶气气浮二、加压溶气气浮特点：水中空气的溶解度大，能提供足够的微气泡气泡粒径小（20～100um）、均匀，设备流程简单1．气浮工艺▲全溶气法：电耗高，但气浮池容积小。4▲部分溶气法：省电，溶气罐小。但若溶解空气多，需加大溶气罐压力▲回流加压溶气法：适用于SS高的原水，但气浮池容积大。2．加压溶气气浮工艺的主要设备工艺组成：压力溶气系统、空气释放系统、气浮池1)压力溶气系统：包括加压水泵、压力溶气罐、空气供给设备及其他附属设备加压水泵：提升污水，将水、气以一定压力送至压力溶气罐。加压泵压力应适当，过高：溶解到水中的空气增加，经减压后释放的空气多，会促进微气泡的聚集，不利气浮；太低：增加溶气水量，气浮池容积增加。压力溶气罐：使水与空气充分接触，促进空气溶解。形式多样，一般采用填充式。空气在水中的溶解度遵循亨利定律：V＝KTP（L-气/m3-水,或g-气/m3-水）P：空气所受的绝对压力,以mmHg计。KT：溶解常数，与温度有关实际气浮操作中，空气量应适当，气水比：1－5％，气固比（重量比）：0.5－1％。溶气方式：水泵吸气式，图13－18，简单，但空气量不能太大5水泵压水管射流，图13－19，射流器能量损失大水泵－空压机（常用），图13－22，能耗少，但噪音大2〕释放设备：将空气以极细小（20－100）的气泡释放。3）气浮池平流式，竖流式――图13－27和图13－28。HRT…10－20分组合式：见图13-29～图13-31。重要参数：气固比a采用质量比时，A＝Cs(fP-1)R/1000S=QSaCs：一定温度下，一个大气压时的空气溶解度，mg/L。P：溶气绝对压力，绝对压力f：溶气效率，与溶气罐结构、压力和时间有关，0.5～0.8R：加压溶气水量，m3/dSa：废水中的悬浮颗粒浓度，kg/m3Q：进行气浮处理的废水量，m3/da的选择影响气浮效果（出水水质,浮渣浓度）,应作试验确定。无资料时，可选取0.005－0.06。剩余污泥气浮浓缩时一般采用0.03－0.04三、气浮法在水处理中的应用废水：含油废水（石油化工、机械加工、食品工业废水等）：悬浮油（10,隔油池）乳化油（10,一般0.1-2气浮）溶解性造纸厂白水回收纤维：时间短，SS去除率90％以上，COD去除率80％，浮渣浓度5％。染色废水等毛纺工业洗毛废水――羊毛脂及洗涤剂浓缩污泥（效果比沉淀法高）给水：高含藻水源的净化：武汉东湖水厂，气浮替代沉淀，藻类去除率达80％以上。低温、低浊水的净化：沈阳市自来水厂。对受污染水体的净化：对水体产生曝气，减轻嗅味与色度。优点：处理能力比沉淀池高，气浮污泥浓度高，可以同时去除多种污染物（表面活性剂、嗅味物质等）缺点：耗电、维修量原水带入的悬浮固体总总量经减压释放的溶解空气SAa