第12章气浮(环境工程原理中北)

第十二章气浮气浮的基本原理气浮法：是通过某种技术产生大量的微气泡，使其与水中悬浮固态或液态微粒粘附，形成密度小于水的气浮体，在浮力的作用下，上浮至水面形成浮渣而刮除，从而使悬浮于水中的固态或液态微粒得到分离的过程。去除对象：水中密度接近于1的悬浮微粒（无法自然沉淀也无法自然上浮）。气浮法处理工艺必须满足的基本条件必须向水中提供足够量的微气泡必须使水中的污染物微粒呈悬浮状态必须使气泡与水中悬浮微粒产生粘附作用气泡大小的影响：同体积的大气泡分散成细小的气泡后，其表面积远大于大气泡的表面积，因而，增加气泡与颗粒的碰撞粘附机会；另外，由于大气泡承受剪切力的能力比细小气泡弱，且大气泡上升会产生剧烈搅动，不利于粘附，因此形成小气泡更有利于气浮。气泡直径小于100m以下最好。泡沫稳定性：气泡本身有相互粘附而使界面能降低的趋势，即气泡合并作用，使粘附机会减小。另外，携带着颗粒的气泡上升到水面后，如果很快破灭，会使已粘附颗粒未被刮除而再次落入水中。气泡与泡沫的稳定性研究发现，当水中含有一定量的表面活性物质时，可以有效地增强泡沫的稳定性，防止气泡合并和泡沫很快破灭。混凝剂脱稳如果水中表面活性物质过多，会使气泡或颗粒由于带同号电荷而过于稳定，难于形成泡沫。这时，应投加混凝剂（又称破乳剂），以压缩双电层，消除电荷的相斥作用，使颗粒能够与气泡粘附。投加化学药剂对气浮效果的促进作用当水中缺少表面活性物质时，须向水中投加起泡剂。对含有细小分散亲水性颗粒杂质的工业废水，可向水中投加浮选剂，使颗粒的亲水性表面改变为疏水性，以利于与气泡的粘附。所谓起泡剂，大多数是由极性--非极性分子组成的表面活性剂。圆头表示极性基，由于水分子是强极性分子，所以极性端伸入水中；尾端表示非极性基，为疏水基，伸向气泡内部。由于同号电荷相斥作用，可有效防止气泡的合并与破灭，增强泡沫稳定性。电解气浮法气浮系统的类型与装置散气气浮法溶气气浮法电解气浮法电解气浮法是电极在直流电的作用下使水电解，在电极周围产生细小均匀的氢气泡和氧气泡，这些气泡粘附水中的固体或液体污染物，共同上浮，实现去除水中污染物的处理方法。电解气浮法中的电极可采用可溶性的电极，如铝、铁等；也可采用不溶性电极，如石墨、不锈钢等。利用可溶性电极的电解气浮法处理效果优于不溶性电极的电解气浮法，但存在耗能、耗材等缺点。在应用中多采用不溶性电极的电解气浮法。该法除用于固液分离外，还具有氧化、杀菌、降低BOD等作用。电解气浮装置工作原理电解气浮装置可分为平流式和竖流式两种。按生产气泡的方式平流式电解气浮装置采用矩形气浮池，如下图所示。工作过程：水先进入入流室，经过整流栅整流后进入电极组，电极在直流电的作用下使水电解产生细小的氢气泡和氧气泡，这些气泡粘附水中的固体或液体颗粒后，随水流进入分离室，上浮至水面形成泡沫状浮渣，在刮渣机的作用下刮入浮渣室，通过排渣管排出；出水通过水位调节器经出水管排出。一些不能被分离的沉淀物通过排泥口排出。分离室竖流式电解气浮装置，如下图所示。工作过程：原水进入入流室，经过整流栅整流后进入电极组，电极在直流电的作用下使水电解产生细小的氢气泡和氧气泡，气泡粘附水中的固体或液体颗粒后随水流通过出流孔进入分离室，并上浮至水面形成泡沫状浮渣，在刮渣机的作用下刮入浮渣室而排出；出水通过集水孔进入出水管再经过水位调节器排出。不能被分离而沉于分离室底的沉淀物则通过排泥管排出。分离室分离室微孔曝气气浮装置，如下图所示。工作过程：压缩气体经过位于气浮池底的微孔陶瓷扩散板形成大量小气泡，小气泡粘附水中的固体或液体颗粒，通过分离区，形成含有大量固体或液体颗粒的浮渣浮至水面。浮渣从上部的排渣口排出，水从位于气浮池下部的出水管排出。分离区散气气浮法散气气浮法就是直接向水中充入气体，利用散气装置使气体均匀分布于水中的气浮法。按照散气装置分为微孔曝气气浮法和剪切气泡气浮法。工作原理剪切气泡气浮法剪切气泡气浮法是采用散气装置形成的剪切力来破碎、分割、散布气体的一类气浮法。按分割气泡的方法又分为射流气浮法、叶轮气浮法和涡凹气浮法等。工作原理涡凹气浮法又叫空穴气浮法（简称CAF），是美国Hydrocal环保公司的专利产品。气浮装置，如下图所示。工作过程：涡凹曝气机的涡轮利用高速旋转产生的离心力，使涡轮轴心产生负压，从进气孔吸入空气，空气沿涡轮的气孔排出，被涡轮叶片打碎，形成大量微小的气泡均匀分布在污水中，微气泡与污水中悬浮的固态或液态颗粒在接触区粘附后，随水流进入分离室，并上浮至水面形成浮渣，在刮渣机的作用下刮进集渣槽，通过螺旋输送器排出。出水经过水位调节器排出。气浮池底部回流管的循环作用可以大大减少固体沉淀的机会。分离区接触区利用气体在水中的溶解度随压力的增加而增加的原理，使气体在高压（或常压）时溶入水中，低压（或真空）时从水中析出，产生大量气泡，达到气浮效果的一类气浮处理法。溶气气浮法工作原理空气常压下溶解，真空条件下释放。优点：无压力设备缺点：溶解度低、气泡释放有限，气浮在负压下运行，刮渣机等设备都要在密封气浮池内，所以气浮池的结构复杂，运行维护困难，故此法应用较少。真空溶气气浮法根据产生压力差的方法不同空气在加压条件下溶解，常压下使过饱和空气以微小气泡形式释放出来。特点：气体溶解量大；经减压释放产生的气泡粒径小，一般为20～100m，粒径均匀、微气泡在气浮池中上升速度慢、对池扰动较小，特别适用于松散、细小絮凝体的固液分离；设备维护和工艺流程操作简单，管理方便，应用较多。加压溶气气浮法根据溶气水的来源或数量的差异全部废水溶气气浮法部分废水溶气气浮法部分回流溶气气浮法加压溶气气浮法全部废水溶气气浮法将全部废水进行加压溶气，再经减压释放装置进入气浮池，进行气浮分离。1－加压泵2－压力溶气罐3－减压阀4－溶气释放器5－分离区6－刮渣机7－水位调节器8－压力表9－放气阀10－排水区11－浮渣室空气饱和设备加压水泵供水和空气压缩机供气到溶气罐，两者充分混合接触，空气在压力下溶入水中。其装置如下图所示，系统组成包括空气饱和设备、空气释放设备、气浮池、除渣设备等。空气释放设备除渣设备气浮池部分废水溶气气浮法它是将部分废水进行加压溶气，其余废水直接进入气浮池，装置如下图所示。1－加压泵2－压力溶气罐3－减压阀4－分离区5－刮渣机6－水位调节器7－压力表8－放气阀部分回流溶气气浮法将部分出水进行回流，加压后送入气浮池，而废水则直接送入气浮池中，其装置如下图所示。1－加压泵2－压力溶气罐3－减压阀4－分离区5－刮渣机6－水位调节器7－压力表8－放气阀其反应池与气浮池合建。气浮池的池体一般为矩形，池深为2.0～2.5m，池深与池宽之比大于0.3。气浮池的表面负荷通常取5～10m3/（m2·h），总停留时间为30～40min。废水进入反应池完全混合后，经挡板底部进入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。池面浮渣由刮渣机刮入集渣槽，清水由底部集水槽排出。平流式气浮池气浮池竖流式气浮池一般多采用圆柱形池体，池高度可取4～5m，直径一般为9～10m。其他基本工艺参数与平流式气浮池相同。其优点是接触室在池中央，水流向四周扩散，水力条件较好。缺点是与反应池较难衔接，容积利用率较低。有经验表明，废水中的可沉物质较多，且处理水量大于150～200m3/h时，宜采用竖流式气浮池。竖流式气浮池有平流式气浮池和竖流式气浮池两种。其中以平流式气浮池应用最多。给水处理中：高含藻水源水的净化：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：沈阳自来水厂。气浮法的应用废水处理中：分离回收含油废水中的悬浮油和乳化油；回收工业废水中的有用物质，如造纸厂废水中的纸浆纤维及填料等；分离回收以分子或离子状态存在的表面活性物质和金属离子等。浓缩剩余活性污泥；代替二次沉淀池，特别适用于那些易于产生污泥膨胀的生化处理工艺中；在含藻水处理中的应用某水厂的水源是水库水，因藻类增多使原处理工艺无法正常运行，采用气浮除藻工艺。项目投入使用后，对藻类的平均去除率达到92.5％，出水水质大为改善，滤池反冲洗周期由改造前的2～3h增加到24h，恢复正常运行。水厂改造前后水厂运行效果比较见下表项目浊度NTU藻类（103个／L）气味进水20200强烈腥味改造前水厂出水57有腥味气浮池出水715有腥味滤池出水＜11.5无味污染物类型进水水质（mg/L）出水水质（mg/L）去除率石油类801778.8硫化物5.452.5453.4挥发酚21.918.416CODCr40025037.5在含油废水处理中的应用某厂含油废水流量为250m3／h，经平流式隔油池处理后，进行气浮处理。采用的回流加压溶气气浮流程，如下图所示。20mg/L加入5％的压缩空气。在0.3MPa压力下使空气溶于水中气浮处理运行效果在强化一级污水处理中的应用在强化一级污水处理中，通常采用混凝-气浮工艺。混凝-气浮工艺的优点加强对磷的去除，此外对有机物、细菌及其他微污染物也有较好的去除效果。设计参数：用三氯化铁作为混凝剂时，投加量为15～25mg/L；絮凝池水力停留时间采用25～30min；G值采用60～80s-1；气浮池设计水力负荷5～6m3/（m2·h），最高可达10m3/（m2·h）当水量变化小时，推荐采用8m3/（m2·h）；溶气压力为0.5MPa时，回流比采用10％～20％。工程实例序号表面负荷m3/（m2·h）TPCODCr进水（mg/L）出水（mg/L）去除率（％）进水（mg/L）出水（mg/L）去除率（％）11.9（4.0）5.9（9.3）0.12（0.42）98.0337（710）62（120）81.624.2（8.7）4.6（7.3）0.21（0.59）95.4109（190）8.9（15.3）91.831.9（6.9）4.4（7.6）0.19（0.34）97.7343（643）97（151）71.744.6（7.3）4.6（7.3）0.38（1.63）91.793（180）28（58）69.954.4（6.6）1.9（2.7）0.06（0.07）96.8119（167）30（30）74.8下表为挪威某小型城市污水处理厂采用混凝-气浮工艺强化一级污水处理的运行数据（括号内为最大值）。运行实践表明，采用混凝-气浮工艺强化一级处理的城市污水处理厂总磷的去除率高达97％，CODCr的去除率高达91.8％。