水质工程学电子--第13章--气浮.ppt

水质工程学（下）,电子教案,第13章 污水的物理化学处理,13.1,混凝,13.2,气浮,13.5,电渗析,13.6,扩散渗析,13.7,反渗透,13.3,吸附,13.4,离子交换,13.8,超滤,一、概述,水和废水的气浮法处理是将空气以微小气泡形式通入水中，使微小气泡与在水中悬浮的颗粒粘附，形成水,-,气,-,颗粒三相混合体系，颗粒粘附上气泡后，密度小于水即上浮水面，从水中分离，形成浮渣层。,气浮法处理工艺必须满足下述基本条件：,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。,13.2,气浮,按产生细微气泡的方法分,微气泡曝,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,气浮法的类型,二、气浮处理的理论基础,将空气通入水中，并以微小气泡折出，使水中杂质粘附气泡一同上浮至水面分离。,1气浮流程：,气污水气粒吸附泡沫分解,2、气浮条件：,去除比重近于1，直径60,悬浮物,气粒吸附：属,物理吸附,。吸附放热，低温吸附效果较好；极性相,同，吸附效果较好；物理性质相同，吸附效果较好。,吸附对象：,吸附疏水性物质,疏水性物质难为水润湿的物质，可以直接吸附。,亲水性物质容易被水润湿的物质，需要转为疏水性物质。,表面活性剂：可以使疏水、亲水相互转移，表面活性剂由极性和非极性分子组成，分子一端呈亲水性，另一端呈疏水性，也叫二亲分子。,a.,表面活性剂对于亲水性物质有利，使亲水性物质转为疏水性。,b.,表面活性剂对于疏水性物质不利，使疏水性物质转为亲水性。,气浮法的理论实质：研究：,三相混合系的表面张力和体系界面自由能，,颗粒表面疏水性和润湿接触角，,混凝剂与表面活性剂在气浮分离中的作用,气浮法的基本原理,悬浮粒子与气泡的粘附条件,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：,界面张力系数；,S,界面面积,界面能变化分析：,上式表明，并不是水中所有的污染物质都能与气泡粘附，是否能粘附，与该类物质的接触角有关。,（,1,）,E,越大，吸附越容易进行。,（,2,）当,0,时，,cos,1,，,E,0,，这类物质亲水性强,（称亲水性物质），无力排开水膜，不易与气泡粘,附，不能用气浮法去除。,（,3,）当,180,时，,cos,-1,，,E,2,水,-,气,，这类,物质憎水性强（称憎水性物质），易与气泡粘附，,宜用气浮法去除。,（,4,）,接触角可判断物质被水润湿的性质，,90,为亲水,性物质，不容易吸附，,90,为疏水性物质，容易,吸附。,气浮的实质是 体系界面能的变化值,E,的大小。,微细气泡与悬浮颗粒的粘附形式：,气颗粒吸附、气泡顶托以及气泡裹夹,化学药剂的投加对气浮效果的影响,一般的疏水性或亲水性的物质，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。这些化学药剂分为下述几类：,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，它们不仅可以改变污水中的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。,浮选剂大多数由极性,-,非极性分子组成。,当浮选剂的极性基被吸附在亲水性悬浮颗粒的表面后，非极性基则朝向水中，这样就可以使亲水性物质转化为疏水性物质，从而能使其与微细气泡相粘附。,浮选剂的种类有松香油、石油、表面活性剂、硬脂酸盐等。,化学药剂的投加对气浮效果的影响,一般的疏水性或亲水性的物质，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。这些化学药剂分为下述几类：,混凝剂,浮选剂,助凝剂,抑制剂,调节剂,浮选剂：,它们大多是链状,有机表面活性剂。,分子的一端含有极性基,(,如,-OH,、,-COOH,、,-SO,3,H,、,-NH,3,、,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。,化学药剂的投加对气浮效果的影响,一般的疏水性或亲水性的物质，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。这些化学药剂分为下述几类：,混凝剂,浮选剂,助凝剂,抑制剂,调节剂,作用是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。,化学药剂的投加对气浮效果的影响,一般的疏水性或亲水性的物质，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。这些化学药剂分为下述几类：,混凝剂,浮选剂,助凝剂,抑制剂,调节剂,作用是暂时或永久性地抑制某些物质的浮上性能，而又不妨碍需要去除的悬浮颗粒的上浮，如石灰、硫化钠等。,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。,1.电 解 气 浮 法,三、气浮工艺,电解气浮法是将正负极相间的多组电极浸泡在废水中，当通以直流电时，废水电解，正负两级间产生的氢和氧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。,电解浮上法产生的气泡小于其他方法产生的气泡，故特别适用于,脆弱絮状悬浮物,。电解浮上法的表面负荷通常低于,4m,3,/(m,2,h),。,电解浮上法主要用于工业废水处理方面，处理水量约在,1020m,3,/h,。由于电耗高、操作运行管理复杂及电极结垢等问题，较难适用于大型生产。,电 解 气 浮 法,微气泡曝气气浮法,剪切气泡气浮法,压缩空气引入到靠近池底,处的微孔板，并被微孔板,的微孔分散成细小气泡,将空气引入到一个高速旋,转混合器或叶轮机的附近，,通过高速旋转混合器的高,速剪切，将引入的空气切割,成细小气泡,分散空气气浮法用于,矿物浮选，,也用于含,油脂、羊毛,等污水的初级处理及含有大量,表面活性剂,的污水处理,2.分散空气气浮法,从溶解空气和,析出条件来看,加压溶气气浮法：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,需要溶气罐、空压机或射流器、水泵等设备,真空气浮法：空气在,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，需要密闭设备维持真空，运行维护困难,3.溶解空气气浮法,真空气浮法,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。,空气从水中析出的过程分两个步骤，即气泡的形成过程与气泡的增长过程。,气泡核的形成过程起决定性作用，有了相当数量的气泡核，就可以控制气泡数量的多少与气泡直径的大小。溶气气浮法要求在这个过程中形成数目众多的气泡核，溶解同样空气，如形成的气泡核的数量越多，则形成的气泡的直径也就越小，越有利于满足浮上工艺的要求。,加压溶气的两种方式,存在问题：,填料长膜；,压缩气含油；,调节不便；,时而需放气。,存在问题：,设备较复杂；,造价偏高。,加压溶气法的三种基本流程：,全,加压,溶气流程,部分,加压,溶气流程,回流,加压,溶气流程,全加压溶气气浮法,部分加压溶气气浮法,回流加压溶气气浮法,部分加压溶气气浮法,加压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,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,加压水泵的作用是提升污水，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。,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,压力溶气罐的作用是使水与空气充分接触，促进空气的溶解。,溶气罐的形式有多种，如下图所示，其中以,罐内填充填料,的溶气罐效率最高。,压力溶气系统,压力溶气罐,附属设备,加压水泵,影响填料溶气罐效率的主要因素为：,填料特性,填料层高度,罐内液位高,布水方式,温度,填料溶气罐的主要工艺参数为：,过流密度：,25005000 m,3,/(m,2,d),填料层高度：,0.81.3m,液位的控制高：,0.61.0m,（从罐底计）,溶气罐承压能力：,0.6MPa,空气供给设备,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,溶气方式有三种,水泵吸气式在经济和安全方面都不理想，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，其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,空压机供气式,空气释放系统是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,气浮池的功能是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。,目前最常用，其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。池面浮渣由刮渣机刮入集渣槽，清水由底部集水槽排出。,平流式气浮池的优点是池深浅、造价低、构造简单、运行方便。,缺点是分离部分的容积利用率不高等。,气浮池的有效水深通常为,2.02.5m,，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,515min,。,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,1020mm/s,，,停留时间应大于,60s,。,四、气 浮 池,平流式气浮池,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。,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，当处理水量大于,150 200m,3,/h,、,废水中的可沉物质较多时，宜采用竖流式气浮池。,2.,无试验资料时，可根据气固比,（,A/S,）进行估算,式中：,A/S,气固比,g,(释放的气体),/,g(,悬浮固体)，,0.0050.060,，一般为,0.0050.006,，当悬浮固体浓度较高,时取上限，如剩余污泥气浮浓缩时，,气固比采用,0.030.04,；,1.31mL,空气的质量，,mg,；,c,a,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，,0.50.8,（通常,0.5,）；,p,0,表压，,kPa,；,q,vR,加压水回流量，,m,3,/h,；,q,v,设计水量，,m,3,/h,；,si,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,1.,有试验资料时,式中：,q,v,气浮池设计水量，,m,3,/h,；,R,试验条件下的回流比，,%,；,a,c,试验条件下的释气量，,L/m,3,；,水温校正系数，取,1.11.3,（主要考虑水的粘滞度影响，,试验时水温与冬季水温相差大,者取高值）。,溶气罐高,h,：,式中：,h,1,罐顶、底封头高度,（根据罐直径而定），,m,；,h,2,布水区高度，一般,取,0.20.3m,；,h,3,贮水区高度，一般,取,1.0m,；,h,4,填料层高度，当采,用阶梯环时，可取,1.01.3m,。,压 力 溶 气 气 浮 法 的 设 计 计 算,溶 气 罐,溶气罐直径,D,d,选定过流密度,I,后，溶气罐直径按下式计算：,一般对于空罐，,I,选用,1000,2000m,3,/(m,2,d),，对填料罐，,I,选,用,25005000 m,3,/(m,2,d),。,压 力 溶 气 气浮 法 的 设 计 计 算,气 浮 池,接触池的表面积,A,c,选定接触室中水流的上升流速,v,c,后，按下式计算：,接触室的容积一般应按停留时间大于,60s,进行复核。,分离室的表面积,A,s,选定分离速度(分离室的向下平均水流速度),v,s,后按下式计算：,对矩形池子，分离室的长宽比一般取,1:12:1,。,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：,以池内停留时间（,t,）进行校核，一般要求,t,为,1020min,。,