北京科技大学环境工程课件7.ppt

1第7章气气 浮浮Air Flotation2本章要回答的问题：什么是气浮？什么是气浮？比水密度大的物质能上浮吗？如何实现？比水密度大的物质能上浮吗？如何实现？气浮在水处理中的作用是什么？气浮在水处理中的作用是什么？气浮在实际水处理中是如何应用的？气浮在实际水处理中是如何应用的？气浮的工艺有几种？气浮池的结构是怎样的？为什么？气浮的工艺有几种？气浮池的结构是怎样的？为什么？学完本章你会了解更多的知识！3气浮气气浮浮是是利利用用废废水水中中的的颗颗粒粒的的疏疏水水性性，通通过过在在气气浮浮池池中中向向废废水水中中通通入入一一定定尺尺寸寸的的气气泡泡，使使废废水水中中的的污污染染物物吸吸附附在在气气泡泡上上，随随气气泡泡的的上上浮浮，污污染染物物也也随随之之浮浮到到水水面面上上而而形形成成由由气气泡泡、水水和和污污染染物物形形成成的的三三相相泡泡沫沫层层（浮浮渣渣），收收集集泡泡沫沫层层即即可可把把污污染染物物与与水分离。水分离。4空气空气含悬含悬浮物浮物的废的废水水空气空气所产所产生的生的气泡气泡气泡在上升气泡在上升的过程中吸的过程中吸附固体颗粒附固体颗粒气泡在水气泡在水的表面形的表面形成三相泡成三相泡沫层沫层气浮后的水气浮后的水变清变清空气空气以适当方式收集泡以适当方式收集泡沫层，完成悬浮物沫层，完成悬浮物的去除，也可使悬的去除，也可使悬浮物得到富集，为浮物得到富集，为回收创造条件回收创造条件气浮过程示意图气浮过程示意图5第7章 气气 浮浮 的主要内容7.1 气浮所用的设备气浮所用的设备 放映放映7.2 气浮所需气泡的产生方式气浮所需气泡的产生方式 链接链接7.3 气浮的原理气浮的原理 链接链接7.4 气浮的工艺流程气浮的工艺流程 链接链接7.5 气浮的特点和应用气浮的特点和应用 链接链接671气浮池（flotation cell)气浮池气浮池是气浮过程的主要设备，它的作用是当废水从减压是气浮过程的主要设备，它的作用是当废水从减压阀流入水池后，由于压力减至常压，使溶解于废水中的空阀流入水池后，由于压力减至常压，使溶解于废水中的空气以微小气泡形式逸出。气泡在上升过程中吸附乳化油和气以微小气泡形式逸出。气泡在上升过程中吸附乳化油和细小悬浮颗粒，上浮至水面形成浮渣，由刮渣机除去。细小悬浮颗粒，上浮至水面形成浮渣，由刮渣机除去。浮选池的种类较多，介绍浮选池的种类较多，介绍平流式平流式、竖流式、竖流式、斜板式斜板式和和叶轮式叶轮式四种四种7平流式气浮池平流式气浮池出水管出水管排空管排空管进水管，进入的是气泡和水进水管，进入的是气泡和水的混合物的混合物集油槽集油槽刮油机刮油机污油管污油管8910刮油机刮油机集油槽集油槽蒸汽加蒸汽加热热11竖流式气浮池刮油机刮油机进水管进水管出水管出水管沉渣排出沉渣排出管管浮渣排出口浮渣排出口溶气罐溶气罐水射器水射器沉渣槽沉渣槽121314刮渣板刮渣板浮渣槽浮渣槽浮渣浮渣15斜板式气浮池斜板式气浮池池体池体斜板斜板混合液入口混合液入口浮渣浓缩室浮渣浓缩室刮渣机刮渣机出水管出水管16叶轮气浮设备构造示意图叶轮气浮设备构造示意图返回目录空气管空气管进水进水出水出水泡沫槽泡沫槽刮渣机刮渣机泡沫出泡沫出口口搅拌叶轮搅拌叶轮177 72 2气泡的产生方法气泡的产生方法气浮过程包括气浮过程包括气泡气泡(bubble)的产生的产生、气泡与颗粒的附着气泡与颗粒的附着及及上上浮分离浮分离等连续步骤。等连续步骤。产生数量和尺寸合适的气泡是气浮过程实现的重要条件产生数量和尺寸合适的气泡是气浮过程实现的重要条件。废水处理中采用的气浮法，按水中气泡产生的方法可分为废水处理中采用的气浮法，按水中气泡产生的方法可分为溶气法溶气法(dissolved air flotation,DAF)、布气法布气法(diffused air flotation)和和电解法电解法(electrolyzed flotation)三类三类。18721溶气法定义：定义：溶气法是使空气在一定压力的作用下溶解于溶气法是使空气在一定压力的作用下溶解于水中，并达到过饱和状态，然后再突然使废水减到水中，并达到过饱和状态，然后再突然使废水减到常压，这时溶解于水中的空气便以微小气泡的形式常压，这时溶解于水中的空气便以微小气泡的形式从水中逸出，以进行浮选过程的方法。从水中逸出，以进行浮选过程的方法。分类：分类：根据气泡在水中析出时的所处压力的不同，根据气泡在水中析出时的所处压力的不同，溶气浮选又可分为溶气浮选又可分为:加压溶气浮选加压溶气浮选和和溶气真空浮选溶气真空浮选两两种类型。种类型。加压溶气法需要有加压溶气法需要有空气压缩机空气压缩机、溶气罐溶气罐、减压阀或减压阀或溶气释放器溶气释放器、水泵水泵。按空气与水混合的位置又分为按空气与水混合的位置又分为泵前进气泵前进气与与泵后进气泵后进气两种。两种。19泵泵前前进进气气：这这是是由由水水泵泵压压水水管管中中引引出出一一支支管管，在在支支管管上上按按装装水水力力喷喷射射器器，由由于于水水喷喷射射时时产产生生负负压压，将将空空气气吸吸入入，与与废废水水混混合合后后，经经吸吸水水管管、水水泵泵送送入入溶气罐。溶气罐。溶气水溶气水去浮选去浮选水射器水射器进进水水池池水泵吸水水泵吸水管管溶溶气气罐罐水泵压水水泵压水管管水水泵泵空气空气20特点：特点：比比较较简简便便，水水气气混混合合均匀，均匀，但但水水泵泵必必须须采采用用自自吸吸式式进进水水，而而且且要要保保持持1 m1 m以上的水头。以上的水头。最最大大吸吸气气量量不不能能大大于于水水泵泵吸吸水水量量的的1010，否否则则，水水泵泵工工作作不不稳稳定，会产生气蚀现象。定，会产生气蚀现象。溶气水溶气水去浮选去浮选水射器水射器进进水水池池水泵吸水水泵吸水管管溶溶气气罐罐水泵压水水泵压水管管水水泵泵空气空气21泵后进气：泵后进气：一般是在一般是在压水管上通入压缩空压水管上通入压缩空气。气。这种方法使水泵工作这种方法使水泵工作稳定，而且不必要求稳定，而且不必要求在正压下工作。在正压下工作。但需要由空气压缩机但需要由空气压缩机供给空气，为了保证供给空气，为了保证良好的溶气效果，溶良好的溶气效果，溶气罐的容积也比较大，气罐的容积也比较大，一般需采用较复杂的一般需采用较复杂的填充式溶气罐。填充式溶气罐。溶气水溶气水去浮选去浮选空气压缩空气压缩机机进进水水池池水泵吸水水泵吸水管管溶溶气气罐罐水泵压水水泵压水管管水水泵泵22溶气罐：溶气罐（溶气罐（air receiver)的作用是在一定的压力的作用是在一定的压力(一般一般0.2 0.6MPa)下，保证空气能充分地溶于废水中，并使水、气良下，保证空气能充分地溶于废水中，并使水、气良好混合。好混合。混合时间一般为混合时间一般为1 13min3min，混合时间与进气方式有关，混合时间与进气方式有关:即泵前进气混合时间可短些即泵前进气混合时间可短些;泵后进气混合时间要长些。泵后进气混合时间要长些。23溶气罐形式溶气罐形式（a a）纵隔板式）纵隔板式(e)涡轮式(d)填充式(b)花板式(c)横隔板式出水出水出水出水进水进水进水进水进水出水电机放空放空多余空气放空2425减压阀：减压阀减压阀的作用是保持溶气罐出口处的作用是保持溶气罐出口处的压力恒定，从而可以控制出罐后的压力恒定，从而可以控制出罐后气泡的粒径和数量。气泡的粒径和数量。也可用低压也可用低压溶气释放器溶气释放器来代替减压来代替减压阀，溶气水流经释放器时，由于形阀，溶气水流经释放器时，由于形成强烈的搅动和涡流，便产生微细成强烈的搅动和涡流，便产生微细气泡气泡。26722布气气浮法布气浮选布气浮选是利用机械剪切力，将混合于水中的是利用机械剪切力，将混合于水中的空气粉碎成细小的气泡，以进行浮选的方法。空气粉碎成细小的气泡，以进行浮选的方法。按粉碎气泡方法的不同，布气气浮又分为四种：按粉碎气泡方法的不同，布气气浮又分为四种：水泵水管吸气浮选水泵水管吸气浮选射流浮选射流浮选扩散曝气浮选扩散曝气浮选叶轮气浮叶轮气浮27（1）水泵吸水管吸入空气气浮这是最原始的也是最简单的一种气浮方法。这是最原始的也是最简单的一种气浮方法。这种方法的优点是设备简单，其缺点主要是由于水泵工作特性的这种方法的优点是设备简单，其缺点主要是由于水泵工作特性的限制，吸入的空气量不能过多，一般不大于吸水体积的限制，吸入的空气量不能过多，一般不大于吸水体积的1010，否，否则将破坏水泵吸水管的负压工作。则将破坏水泵吸水管的负压工作。此外，气泡在水泵内破碎的不够完全，粒径大，因此，气浮效果此外，气泡在水泵内破碎的不够完全，粒径大，因此，气浮效果不好。不好。这种方法用于处理通过除油池后的石油废水，除油效率一般在这种方法用于处理通过除油池后的石油废水，除油效率一般在5050656528（2）射流气浮射流气浮这是采用以水带气这是采用以水带气射流器向废水中混射流器向废水中混入空气进行气浮的入空气进行气浮的方法。方法。溶气水溶气水去浮选去浮选水射器水射器进进水水池池水泵吸水水泵吸水管管水泵压水水泵压水管管水水泵泵空气空气29射流器构造示意图由喷嘴射出的高速废水使吸入室形成负压，并从吸由喷嘴射出的高速废水使吸入室形成负压，并从吸气管吸入空气，在水气混合体进入喉管段后进行激气管吸入空气，在水气混合体进入喉管段后进行激烈的能量交换，然后进入扩压段烈的能量交换，然后进入扩压段(扩散段扩散段)，动能转，动能转化为势能，进一步压缩气泡，增大了空气在水中的化为势能，进一步压缩气泡，增大了空气在水中的溶解度。溶解度。喉管段喉管段扩散段扩散段吸气管吸气管喷嘴喷嘴渐缩段渐缩段吸入室吸入室30(3)扩散板曝气气浮压压缩缩空空气气通通过过具具有有细细孔孔隙隙的的扩扩散散板板或或微微孔孔管管，使使空空气气以以细细小气泡的形式进入水中，进行气浮过程小气泡的形式进入水中，进行气浮过程L L。这种方法的优点是这种方法的优点是:简单易行简单易行但缺点较多但缺点较多:主要的是空气扩散装置的微孔易于堵塞主要的是空气扩散装置的微孔易于堵塞;气泡较大，浮选效率不高等气泡较大，浮选效率不高等 因此这种方法近年已少用因此这种方法近年已少用。3132（4）叶轮浮选在浮选池底部设有旋转叶轮，在叶轮的上部装着带有导向叶片的固在浮选池底部设有旋转叶轮，在叶轮的上部装着带有导向叶片的固定盖板，盖板上有孔洞。定盖板，盖板上有孔洞。当电动带动动叶轮高速旋转时，在盖板下形成负压，从空气管吸入当电动带动动叶轮高速旋转时，在盖板下形成负压，从空气管吸入空气，废水由上面的小孔进入，在叶轮的搅动下，空气被粉碎成细空气，废水由上面的小孔进入，在叶轮的搅动下，空气被粉碎成细小的气泡，并与水充分混合成为水气混合体，甩出导向叶片之外，小的气泡，并与水充分混合成为水气混合体，甩出导向叶片之外，在池体内平稳地垂直上升，进行浮选。在池体内平稳地垂直上升，进行浮选。L L形成的泡沫不断地被刮板刮出槽外。这种气浮池是从矿物浮选中直形成的泡沫不断地被刮板刮出槽外。这种气浮池是从矿物浮选中直接移植过来的。接移植过来的。333435布气浮选的特点:设备简单，易于实现。设备简单，易于实现。缺点是空气被粉碎的不够充分，形成的气泡粒径较大，一缺点是空气被粉碎的不够充分，形成的气泡粒径较大，一般不小于般不小于l0OOl0OO m m，这样，在供气量一定的情况下，气泡的，这样，在供气量一定的情况下，气泡的表面积小。表面积小。由于气泡直径大，运动速度快，气泡与被去除污染物质的由于气泡直径大，运动速度快，气泡与被去除污染物质的接触时间短促，这些因素都使布气气浮法效率较低。接触时间短促，这些因素都使布气气浮法效率较低。36723电解气浮法电解浮选法是对废水进行电解，这时在阴极产生大量的氢电解浮选法是对废水进行电解，这时在阴极产生大量的氢气泡，氢气泡的直径很小，仅有气泡，氢气泡的直径很小，仅有2020100100 m m。废水中的悬浮颗粒粘附在氢气泡上，随其上浮，从而达到废水中的悬浮颗粒粘附在氢气泡上，随其上浮，从而达到了净化废水的目的。了净化废水的目的。与此同时，在阳极上电离形成的氢氧化物起着混凝剂的作与此同时，在阳极上电离形成的氢氧化物起着混凝剂的作用，有助于水中的污泥上浮或下沉。用，有助于水中的污泥上浮或下沉。3738返回目录返回目录397 3气浮的原理与气泡与固体的作用形式7.3.1 气浮的原理气浮的原理 亲水性亲水性(hydrophilicity)：如果颗粒易被水润如果颗粒易被水润湿，则称该颗粒为亲水性的。湿，则称该颗粒为亲水性的。疏水性疏水性(hydrophobicity)：如颗粒不易被水润如颗粒不易被水润湿，则是疏水性的。湿，则是疏水性的。物质的亲水性强弱可以用接触角来衡量。物质的亲水性强弱可以用接触角来衡量。接触角接触角(contact angle)：在静止状态下，当气、在静止状态下，当气、液、固三相接触达到平衡时，气液界面张力线和固液、固三相接触达到平衡时，气液界面张力线和固液界面张力线之间的夹液界面张力线之间的夹角角(包含液相的包含液相的)称为平衡接触称为平衡接触角，用角，用 表示。表示。40接触角示意图固体固体固体疏水固体疏水固体亲水固体亲水固体固体水滴水滴水滴水滴接触角接触角 接触角接触角 GSLG LS当气泡与颗粒共存于水中时，颗粒是否能附着在气泡上和附着的牢固程度，取决于附着前后界面能的变化。如果总能量降低，则能附着，且能量降低越多，附着越牢固；如果能量增加，则不能附着。平衡时有：平衡时有：LS LGcos GS41接触前后的能量变化：接触前后的能量变化：W=W2W1=GS LS LG因为：因为：LS LGcos GS W LG(cos 1)在颗粒与气泡附着前，单位界面面积上的界面能W1等于气液界面能和液固界面能之和：即W1=LSLG。附着后，由于附着部分没有了固液界面，所以单位附着面积上的界面能相应变为W2GS。42 W LG(cos 1)（a）当颗粒完全被水润湿时，0，cos1，W0，颗粒不能与气泡粘附。（b）当颗粒完全不被水润湿时，180，cosl，W2LG，颗粒与气泡粘附的动力大，易于用气浮法处理。（c）固体的接触角越大，越易于与气泡的粘附。但对于LG很小的体系，虽然有利于固体向气泡的粘附，但由于粘附动力较小，颗粒向气泡的粘附困难。43732 颗粒与气泡的作用形式 颗粒与气泡的作用有颗粒与气泡的作用有气泡与颗粒吸附气泡与颗粒吸附气泡与颗粒吸附气泡与颗粒吸附、气泡顶托气泡顶托气泡顶托气泡顶托和和絮凝体中裹夹絮凝体中裹夹絮凝体中裹夹絮凝体中裹夹三种形式三种形式 气泡与颗粒吸附44气泡顶托气泡在絮凝体中裹夹457 73 32气浮过程的调节气浮过程的调节污污染染物物的的颗颗粒粒是是否否与与气气泡泡粘粘附附及及粘粘附附的的牢牢固固程程度度，与与污污染染物物的疏水性强弱有关。的疏水性强弱有关。有有时时污污染染物物的的疏疏水水性性较较弱弱，用用气气浮浮法法处处理理时时效效率率很很低低。为为了了增增加加废废水水中中悬悬浮浮颗颗粒粒的的疏疏水水性性，提提高高浮浮选选效效果果，需需向向废废水水中中投加化学药剂，这些化学药剂称为投加化学药剂，这些化学药剂称为浮选剂浮选剂。浮选剂（浮选剂（flotation reagent)根据其作用的不同可分为以下几种：根据其作用的不同可分为以下几种：46浮选药剂的分类：捕捕收收剂剂(collector)(collector)：能能够够提提高高颗颗粒粒可可浮浮性性的的药药剂剂称称为为捕捕收收剂。剂。起泡剂起泡剂(frother)(frother)：它的作用是降低液体表面自由能，产生它的作用是降低液体表面自由能，产生大量微细且均匀的气泡，防止气泡相互兼并，形成相当稳大量微细且均匀的气泡，防止气泡相互兼并，形成相当稳定的泡沫层。定的泡沫层。因此起泡剂是作用在气液界面上，用以分散空气，形成因此起泡剂是作用在气液界面上，用以分散空气，形成稳定的气泡。稳定的气泡。47调整剂：调整剂：调整剂包括调整剂包括抑制剂抑制剂、活化剂活化剂和和介质调整剂介质调整剂三大类。三大类。（1 1）抑抑制制剂剂(depressant)(depressant)：能能降降低低物物质质可可浮浮性性的的药药剂剂称称为为抑抑制剂。制剂。（2 2）活活化化剂剂(activator)(activator)：能能够够消消除除抑抑制制作作用用的的药药剂剂称称为为活活化化剂。剂。（3 3）介介质质调调整整剂剂(regulator)(regulator)：介介质质调调整整剂剂的的主主要要作作用用是是调调整整废水的废水的pHpH值值。返回目录返回目录487 74 4 加压溶气浮选法的流程流程：根据废水加压方式的不同，基本流程有以下三种：流程：根据废水加压方式的不同，基本流程有以下三种：1）全部废水溶气浮选法（）全部废水溶气浮选法（DAF with total aeration of flow)2）部分废水溶气浮选法）部分废水溶气浮选法(DAF with partial aeration of flow)3）部分回流溶气浮选法（）部分回流溶气浮选法（DAF with recycle aeration of flow)49全部废水加压溶气浮选(泵前加气)减压阀减压阀气浮池气浮池50全部废水加压溶气浮选(泵后加气)进水进水空气空气泵泵溶气罐溶气罐减压阀减压阀气浮池气浮池出水出水混混凝凝剂剂51部分进水加压溶气气浮法流程浮选池浮选池出水出水52部分回流溶气浮选流程减压阀减压阀浮选池浮选池回流率回流率25%25%50%50%，即回流水的流量，即回流水的流量与进水量之比与进水量之比53全部废水加压溶气浮选流程的特点进水进水空气空气泵泵溶气罐溶气罐减压阀减压阀气浮池气浮池出水出水混混凝凝剂剂（a a）溶气量大，）溶气量大，增加了油粒或悬浮增加了油粒或悬浮颗粒与气泡的接触颗粒与气泡的接触机会；机会；（b b）在在处处理理水水量量相相同同的的条条件件下下，它它较较部部分分回回流流溶溶气气气气浮浮法法所所需需的的浮浮选选池池小小，从而减少了基建投资。从而减少了基建投资。（c c）但由于全部废水经压力泵，所以增）但由于全部废水经压力泵，所以增加了含油废水的乳化程度，而且压力泵加了含油废水的乳化程度，而且压力泵和溶气罐均较其它两种流程大，因此投和溶气罐均较其它两种流程大，因此投资和运转动力消耗较大。资和运转动力消耗较大。54部分进水加压溶气气浮法流程的特点浮选池浮选池出水出水（a a）较全流程）较全流程溶气浮选法所需溶气浮选法所需的压力泵小，故的压力泵小，故动力消耗低；动力消耗低；（b b）压压力力泵泵所所造造成成的的乳乳化化油油量量较较全全部部溶溶气气法法低；低；（c c）气浮池的大小与全部溶气法相）气浮池的大小与全部溶气法相同，但较部分回流溶气法小。但溶同，但较部分回流溶气法小。但溶气量小气量小。两种流程的共同缺点是减压阀或溶气释两种流程的共同缺点是减压阀或溶气释放器易堵塞！放器易堵塞！55部分回流溶气浮选流程的特点减压阀减压阀浮选池浮选池回流回流25%50%（a a）加压的）加压的水量少，动力水量少，动力消耗省；消耗省；（b b）浮浮选选过过程程中中不不促促进进乳乳化；化；（e e）缺点是浮选池的容积较前两种）缺点是浮选池的容积较前两种流程大流程大。（c c）减压阀或溶气减压阀或溶气释放器释放器不易不易堵塞；堵塞；（d d）矾花形成好）矾花形成好返回目录返回目录567 75 5气浮法的应用及特点气浮法的应用及特点(a)(a)分离废水分离废水中的细小悬浮物、藻类及微絮体；中的细小悬浮物、藻类及微絮体；(b)(b)回收工业废水中的有用物质，如造纸厂废水中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；的纸浆纤维及填料等；(c)(c)代替二次沉淀池，分离和浓缩剩余活性污泥，代替二次沉淀池，分离和浓缩剩余活性污泥，特别适用于那些易于产生污泥膨胀的生化处理工特别适用于那些易于产生污泥膨胀的生化处理工艺中；艺中；L L(d)(d)分离回收含油废水中的悬浮油和乳化油；分离回收含油废水中的悬浮油和乳化油；(e)(e)分离回收以分子或离子状态存在的污染物，如分离回收以分子或离子状态存在的污染物，如表面活性物质和金属离子。表面活性物质和金属离子。57气浮法的特点：(a)(a)由由 于于 气气 浮浮 池池 的的 表表 面面 负负 荷荷 有有 可可 能能 高高 达达l2m3/m2h，水水 在在 池池 中中 停停 留留 时时 间间 只只 需需 1020min，而而且且池池深深只只需需2m左左右右，故故占占地地较较少少，节省基建投资；节省基建投资；(b)(b)气气浮浮池池具具有有预预曝曝气气作作用用，出出水水和和浮浮渣渣都都含含有有一一定定量量的的氧氧，有有利利于于后后续续处处理理或或再再用用，泥泥渣渣也不易腐化；也不易腐化；(c)(c)对对那那些些很很难难用用沉沉降降法法去去除除的的低低浊浊度度含含藻藻水水，气气浮浮法法处处理理效效率率高高，甚甚至至还还可可去去除除原原水水中中的的浮游生物，出水水质好；浮游生物，出水水质好；58气浮法的特点：(d)浮渣含水率低，一般在浮渣含水率低，一般在96%以下，比沉淀池污泥体以下，比沉淀池污泥体积少积少5080，这对污泥的后续处理有利，而且，这对污泥的后续处理有利，而且表面刮渣也比池底排泥方便；表面刮渣也比池底排泥方便；(e)可以回收利用有用物质；可以回收利用有用物质；(f)气浮法所需药剂量比沉淀法节省。气浮法所需药剂量比沉淀法节省。(g)气浮法的缺点：气浮法的缺点：气浮法电耗较大，处理每吨废水比沉淀法多耗电气浮法电耗较大，处理每吨废水比沉淀法多耗电约约0.02 0.04kWh；目前使用的溶气水减压释放器易堵塞；目前使用的溶气水减压释放器易堵塞；浮渣怕较大的风雨袭击。浮渣怕较大的风雨袭击。返回目录返回目录59自自然然沉沉降降1h，清清水水占占总总体积的体积的1添添 加加 聚聚 丙丙烯烯 酰酰 胺胺 后后沉沉 降降 1h，清清 水水 占占 总总体体 积积 的的 10添添加加新新气气浮浮剂剂后后气气浮浮浓浓缩缩 10min，清清水水占占总总体体积的积的65