第四章气浮

1第四章气浮(Flotation)第四章2第1节气浮的理论基础第2节气浮分类第3节加压溶气气浮第4节气浮在水处理中的应用本章内容第四章3一、气浮过程二、悬浮物与气泡的附着条件三、气泡的稳定性四、乳化现象与脱乳第1节气浮的理论基础第四章4z气浮是一种固－液和液－液分离的方法。z具体过程：通入空气→产生微细气泡→SS附着在气泡上→上浮z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z给水处理中除藻等z废水处理中去除纤维、悬浮物、油类、脂肪等第1节气浮的理论基础一、气浮过程第四章5气气浮的情况涉及：气、水、固三相介质，每两相之间都存在界面张力。σ水气σ水粒σ气粒θθ:润湿接触角θ90,疏水性,易于气浮θ90,亲水性粒三相间的吸附界面构成的交界线称为润湿周边。第1节气浮的理论基础二、悬浮物与气泡的附着条件1.界面张力与界面能第四章6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气粒第1节气浮的理论基础2第四章7界面能的减少值△Ｗ=σ水气+σ水粒－σ气粒σ水气σ水粒σ气粒θ三个力之间的平衡关系：σ水粒=σ气粒+σ水气COS(180°-θ)△Ｗ=σ水气(1-COSθ)悬浮物与气泡附着的条件：△W0△W越大，推动力越大，越易气浮。第1节气浮的理论基础第四章82.气浮与润湿接触角的关系θ→0,COSθ→1,△Ｗ=0不能气浮θ90,COSθ1,△Ｗσ水气颗粒附着不牢--亲水性θ90,△Ｗσ水气易气浮―疏水性θ→180,△Ｗ=2σ水气最易被气浮3.水的表面张力对气浮的影响对θ90：COSθ＝（σ气粒－σ水粒）/σ水气σ水气增加，θ增大,有利于气浮第1节气浮的理论基础第四章9例如：•石油废水中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。第1节气浮的理论基础第四章104.气泡与颗粒的粘附形式气-颗粒吸附气泡顶托气泡裹夹第四章11对于亲水性颗粒的气浮，表面需改性为疏水性→投加浮选剂（松香油、煤油、脂肪酸）亲水性物质与气泡的粘附状况第1节气浮的理论基础5.亲水性颗粒与气泡的粘附第四章12三、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100μm左右为好。空气从水中析出过程分两个步骤：¾气泡核的形成¾气泡的增长第1节气浮的理论基础3第四章13洁净水中：•气泡常不能达到气浮要求的极细分散度。¾洁净水表面张力大，气泡有自动降低表面自由能的倾向，即气泡合并。•稳定性不好。¾缺乏表面活性物质的保护，气泡易破灭。第1节气浮的理论基础第四章14加入起泡剂（一种表面活性物质），保护气泡的稳定性。z有机物含量不多的废水气浮时，气泡的稳定性可能成为重要的影响因素。z存在适量的表面活性剂是必要的。气第1节气浮的理论基础第四章15但表面活性物质过多此时，尽管气泡稳定，但颗粒－气泡附着不好。•表面张力σ水气降低•污染粒子严重乳化，表面ζ电位增高。如何控制最佳的投加量？影响三个因素：稳定性、表面张力、乳化效果第1节气浮的理论基础第四章16四、乳化现象与脱乳疏水性颗粒易气浮，但多数情况下并不好。¾乳化现象以油粒为例：1.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→极性端电离后带电→双电层现象→稳定体系（阻碍细小油珠之间，油珠和气泡之间的粘附）油COO-HO-H第1节气浮的理论基础第四章172.亲水性固体粉末（固化乳化剂）存在：如粉末、粘土等，增大了油珠的ζ电位值。一小部分与油接触，大部分为水润湿。第1节气浮的理论基础第四章18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→降低ζ电位混凝剂：硫酸铝、聚合氯化铝、三氯化铁等第1节气浮的理论基础4第四章19第1节气浮的理论基础本节思考题(1)颗粒的润湿接触角是如何定义的？在气浮中有何物理意义？(2)水的表面张力如何影响气浮效果？(3)采用什么方法可以改善亲水性颗粒的气浮效果？(4)气泡的稳定性如何影响气浮效果？(5)乳化现象指什么？为什么需要在气浮过程中加以避免？第四章20一、电解气浮法二、散气气浮法三、溶气气浮法第2节气浮分类第四章21一、电解气浮法直流电的电解作用下:正极：产生氢气（微气泡）负极：产生氧气（微气泡）气泡小于溶气法和散气法。第2节气浮分类第四章22电气浮装置示意图1.入流室2.整流栅3.电极组4.出流孔5.分离室6.集水孔7.出水管8.排沉淀管9.刮渣机10.水位调节器第2节气浮分类第四章23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。第2节气浮分类第四章24第2节气浮分类二、散气气浮法1.扩散板曝气气浮法2.叶轮气浮法5第四章25第2节气浮分类简单易行，但容易堵塞，气浮效果不高。1.扩散板曝气气浮法(1.入流液2.空气进入3.分离柱4.微孔陶瓷扩散板5.浮渣6.出流液)第四章26适用于处理水量不大，污染物浓度高的废水。2.叶轮气浮法叶轮气浮设备构造示意图1.叶轮2.盖板3.转轴4.轴套5.轴承6.进气管7.进水槽8.出水槽9.泡沫槽10.刮沫板11.整流板第2节气浮分类第四章27三、溶气气浮法1.溶气真空气浮2.加压溶气气浮第2节气浮分类第四章28第2节气浮分类本节思考题(1)电解气浮法、散气气浮法、溶气气浮法的原理？各自的特点？第四章29一、加压溶气气浮工艺组成二、加压溶气气浮工艺流程三、加压溶气气浮的主要设备四、加压溶气气浮的主要工艺计算第3节加压溶气气浮第四章30一、加压溶气气浮工艺组成空气释放系统、气浮池、压力溶气系统第3节加压溶气气浮6第四章31加压溶气气浮法的特点：•水中空气的溶解度大，能提供足够的微气泡。•气泡粒径小（20~100μm）、均匀。•设备流程简单第3节加压溶气气浮第四章32二、加压溶气气浮工艺流程1.全溶气流程：电耗高，但气浮池容积小。全溶气方式加压溶气气浮法流程图1.废水进入2.加压泵3.空气进入4.压力溶气灌（含填料层）5.减压阀6.气浮池7.放气阀8.刮渣机9.出水系统10.化学药液第3节加压溶气气浮第四章332.部分溶气流程：省电，溶气罐小。但若溶解空气多，需加大溶气罐压力。部分气方式加压溶气气浮法流程图1.废水进入2.加压泵3.空气进入4.压力溶气灌（含填料层）5.减压阀6.气浮池7.放气阀8.刮渣机9.出水系统10.化学药液第3节加压溶气气浮第四章343.回流加压溶气流程：适用于SS高的原水，但气浮池容积大。回流加压溶气气浮法流程图1.废水进入2.加压泵3.空气进入4.压力溶气灌（含填料层）5.减压阀6.气浮池7.放气阀8.刮渣机9.集水管及回流清水管第3节加压溶气气浮第四章35工艺组成：空气释放系统、气浮池、压力溶气系统三、加压溶气气浮的主要设备第3节加压溶气气浮第四章361.压力溶气系统：(1)溶气方式(2)空气饱和设备9加压水泵9溶气罐9其他附属设备第3节加压溶气气浮7第四章37(1)溶气方式：a.水泵吸气式水泵吸气式溶气系统图1.吸水井;2.吸水管;3.进气调节阀;4.水泵;5.溶气罐;6.压力表;7.放气阀;8.水位计第3节加压溶气气浮第四章38b.水泵压水管射流射流挟气式溶气系统图1.吸水井;2.吸水管;3.水射器;4.水泵;5.溶气罐;6.压力表;7.放气阀;8.水位计第3节加压溶气气浮第四章39c.水泵－空压机（常用）空压机供气式溶气系统图1.水泵;2.空压机;3.水位计;4.放气阀;5.溶气罐;6.压力表第3节加压溶气气浮第四章40(2)空气饱和设备第3节加压溶气气浮加压泵溶气罐第四章41a.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：需要增加溶气水量，致使气浮池容积增加。第3节加压溶气气浮第四章42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，与温度有关第3节加压溶气气浮8第四章43空气在水中的溶解量与加压时间的关系第3节加压溶气气浮第四章44•一般水中空气含量约为饱和含量的50~80％。•实际气浮操作时，空气量应适当•气水比：1~5%•气固比（重量比）：0.5~1%•空气量与压力有关，所以应选择适当的压力。第3节加压溶气气浮第四章45b.溶气罐：使水与空气充分接触，促进空气溶解。形式多样。第3节加压溶气气浮第四章462.空气释放设备：将空气以极细小（20~100μ）的气泡释放。TS型溶气释放器工作原理第3节加压溶气气浮第四章473.气浮池平流式和竖流式（HRT：10~20分）平流式加压溶气气浮工艺流程1：混合器；2：反应室；3：入流室；4：分离室；5：泵；6：射流器；7：气体流量计；8：溶气罐；9：释放器；10：浮渣槽；11：刮渣机第3节加压溶气气浮第四章48竖流式气浮池1.反应池;2.接触室;3.气浮池第3节加压溶气气浮9第四章49组合一体化气浮池（反应－气浮－沉淀）第3节加压溶气气浮第四章50气浮池第3节加压溶气气浮第四章51气浮池第3节加压溶气气浮第四章52加压溶气罐第3节加压溶气气浮第四章53气浮池第3节加压溶气气浮第四章54气浮池第3节加压溶气气浮10第四章55气固比a：基本工艺参数量原水带入的悬浮固体总总量经减压释放的溶解空气==SAa两种表达方式：体积比质量比第3节加压溶气气浮四、加压溶气气浮的主要工艺计算第四章56采用质量比时：A＝γCs(fP-1)R/1000S=QSaCs：一定温度一个大气压时空气溶解度，ml/L（表13-5)。γ：空气容重，g/LP：溶气绝对压力，大气压f：溶气效率,与溶气罐结构、压力和时间有关（0.5~0.8）R：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/d第3节加压溶气气浮第四章57•气固比a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第3节加压溶气气浮(1)(/)AfPRakgkgSγ−==×CsQSa1000第四章58气浮实验装置示意图第3节加压溶气气浮第四章59气固比与出水SS及浮渣中固体含量的关系（不同废水）第四章60第3节加压溶气气浮本节思考题(1)加压溶气气浮的工艺流程有几种？各有什么特点？(2)加压水泵的压力如何影响溶气效果？(3)气固比的物理意义是什么？如何计算？(4)气浮池和沉淀池相比有何特点？11第四章611.气浮在废水处理中的应用(1)含油废水处理石油化工、机械加工、食品工业等•悬浮油（10μm,隔油池）•乳化油（10μm,一般0.1~2μm气浮）•溶解性第4节气浮在水处理中的应用第四章62(2)造纸厂白水回收纤维：¾时间短，SS去除率90％以上，COD去除率80％，浮渣浓度5％(3)染色废水等(4)毛纺工业洗毛废水――羊毛脂及洗涤剂(5)浓缩污泥（效果比沉淀法高）第4节气浮在水处理中的应用第四章632.气浮在给水处理中的应用(1)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。(2)低温、低浊水的净化：沈阳市自来水厂。(3)对受污染水体的净化：对水体产生曝气，减轻嗅味与色度。第4节气浮在水处理中的应用第四章64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、维修第4节气浮在水处理中的应用第四章65第四章气浮本章总结(1)气浮原理(2)气浮效果的判断方法与主要影响因素（颗粒亲疏水性、水的表面张力、气泡稳定性、活性表面物质的作用）(3)气浮分类与各自的特点(4)加压溶气气浮的组成、工艺类型及基本计算(5)气浮应用