第7章-气浮(新).ppt

第7章_气浮(新),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,7.1,气浮法的基本原理,气泡,气泡,水,颗粒,颗粒,7.1.1,水中杂质颗粒与微气泡相粘附的机理,1.,水中颗粒与气泡的粘附条件,亲水性,疏水性,气浮过程中，存在着水（以1,表示）、气（以,2,表示）、粒（以,3,表示）三相介质，在,不同介质的相表面上都因受力不均衡而存在界面张力（,）。气泡与颗粒一旦接触，,界面张力的存在会产生表面吸附作用。三相间吸附界面构成的交界线称为润湿周边。,通过润湿周边分别作水,-,气界面张力（,1,，,2,）、水,-,粒界面张力（,1,，,3,）和气,-,粒界,面张力（,2,，,3,）作用线。,水,-,气界面张力（,1,，,2,）作用线与水,-,粒,界面张力（,1,，,3,）作用线之间的夹角称,为润湿接触角（,）。,若,90,为疏水性颗粒，易于与气泡粘,附。,从物理化学的热力学理论可知，由水、气泡和颗粒三相构成的混合系,中，两相间的界面上都存在界面自由能，简称界面能（,W,）。界面能等于,界面张力与表面积的乘积,，即：,式中：,S,界面面积。,颗粒与气泡粘附前，颗粒和气泡单位面积（,S,=1,）上的界面能分别为,水,-,粒界面能（,1,，,3,1,）与水,-,气界面能（,1,，,2,1,），这时单位面积上的,界面能之和,W,1,为,颗粒与气泡粘附后，界面能减小，此时粘附面上单位面积的界面能为,因此，界面能的减少值,W,为,此能量差即为气泡与颗粒的粘附过程挤开气泡和颗粒之间的水膜所作,的功，因此,W,值越大，推动力越大，气泡与颗粒粘附得越牢固，越易于,进行气浮处理。,2.,气,-,粒的亲水粘附和疏水粘附,亲水性颗粒润湿接触角,小，气,-,固两相接触面积小，气浮体结合不牢,容易脱落，称为亲水粘附。疏水性颗粒的润湿接触角,大，气,-,固结合牢固,不易脱落，称为疏水粘附。,平衡状态时，三相界面张力间的关系为,气泡,气泡,水,颗粒,颗粒,亲水性,疏水性,3,2,0,2,1,3,1,),180,cos(,s,q,s,s,+,-,=,3,2,2,1,3,1,2,1,s,s,s,-,+,=,-,=,D,W,W,W,),cos,1,(,),180,cos(,2,1,3,2,2,1,3,2,0,2,1,q,s,s,s,s,q,s,-,=,-,+,+,-,=,D,W,代入式,结论：,由上式可知，,0,，,cos,1,，,W,0,这种物质不易与气泡,粘附，不宜于用气浮法去除。当,180,，,cos,1,，则,W,2,，这种物,质易于与气泡粘附，宜于用气浮法去除。,公式表明，“颗粒,-,气泡”复合体上粘附的气泡越多，则“颗粒,-,气泡”复合体的,S,越小、,d,越大，因而上浮速度亦越快。,“颗粒,-,气泡”复合体的上浮速度,当流态为层流时，即,R,e,1,时，则“颗粒,-,气泡”复合体的上,浮速度可按斯笃克斯公式计算：,式中：,d,为“颗粒,-,气泡”复合体的直径；,g,为“颗粒,-,气泡”复合体的密度。,7.1.2,药剂对气浮工艺的影响,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。,1.,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。,2.,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。园头表示极性,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,7.2,气浮系统的类型与装置,散气气浮法,溶气,气浮,法,7.2.1,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,7.2.2,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，空气沿涡轮的四个气孔排出，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。,7.2.3,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,刮 渣 设 备,加压溶气气浮法系统的组成,空气饱和设备,7.3,加压溶气气浮装置的设计计算,空气释放设备,气 浮 池,加压水泵,压力溶气罐,附属设备,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，加,压水泵的选择应考虑,溶气罐压力,和,管路系统的水力损失,两部分。,作用：加压水泵供水和空气压缩机供气到溶气罐，两者充分混合，空气在压力下溶入水中。,7.3.1,空气饱和设备,根据亨利定律，溶入水中的空气量,V,为：,式中,p,空气所受的绝对压力（,Pa,）；,K,T,溶解常数，见下表。,表,7-1,不同温度下的,K,T,值,温度0,10,20,30,40,50,K,T,值,0.038,0.029,0.024,0.021,0.018,0.016,水泵与空气压缩机要相互匹配，为防止压力水和压缩空,气因压力不匹配而倒流，常采用自上而下同向流入溶气罐。,V,=,pK,T,设计空气量,V,=1.25,V,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，其中以,罐内填充填料,的溶气罐效率最高。填料多,采用阶梯环、拉西环或波纹片卷，高度,0.5,0.8m,。,加压水泵,压力溶气罐,附属设备,空气供给设备,溶气罐容积,W,可按下式计算,式中,W,溶气罐容积（,m,3,）；,T,水在溶气罐内的停留（溶气）时间，一般取,3,5min,。,Q,r,压力水回流量或加压溶气水量（,m,3,/h,）；,加压溶气水量,Q,r,可根据基本参数气固比计算。,7.3.1,空气饱和设备,气固比是指溶解的空气量,A,与原水中悬浮固体量,S,之比，可表示为：,S,a,标准状态下空气在水中的溶解度（,kg/m,3,）；,f,回流溶气水的空气饱和度（,%,）；,p,溶气罐中的绝对压力，,0.1MPa,；,Q,0,进行气浮处理的废水流量（,m,3,/h,）；,c,0,原水中悬浮物浓度（,mg/L,）。,气固比（,A/S,）,值应通过对废水进行气浮试验来确定。如无资料或试验,数据时，气固比（,A,/,S,）,值一般可选用,0.005,0.006,，废水悬浮物含量高时，,可选用上限，低时可采用下限。,式中,如已知气固比，由上式可求得,Q,r,7.3.1,空气饱和设备,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,空压机供气式,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,7.3.2,溶气水的减压释放设备,减压释放设备主要是将压力溶气水减压后，迅速将溶于水中的空气以,微气泡形式释放出来。生产中采用的减压释放设备分为两类，即减压阀和,释放器。,减压阀,可以利用截止阀。其缺点是：难以调节控制最佳开启度，且释放出,的气泡尺寸大小不一致；阀门安装于气浮池外，则气泡合并现象严重，,影响气浮效果；在压力溶气水长期冲击下，阀芯与阀杆螺栓易松动，造,成流量改变，运行不稳定。,专用释放器,有,TS,型、,TJ,型和,TV,型等释放器。其特点是：,当压力为,0.15MPa,以上时，即能释放溶气量的,99,左右；,能在,0.2MPa,以上的压力下工作，且能取得良好的净水效果，节约能耗；,释放出的气泡微细均匀，平均直径为,20,40,m,，气泡密集且附着性能好。,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,5,10m,3,/,（,m,2,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,7.3.3,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,150,200m,3,/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。,7.4,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；,7.41,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（,10,3,个,L,）,气味,进水,20,200,强烈腥味,改造前水厂出水,5,7,有腥味,气浮池出水,7,15,有腥味,滤池出水,1,1.5,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,80,17,78.8,硫化物,5.45,2.54,53.4挥发酚,21.9,18.4,16,COD,Cr,400,250,37.5,7.4.2,在含油废水处理中的应用,某厂含油废水流量为,250m,3,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,7.4.3,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,5,6m,3,/,（,m,2,h,），,最高可达,10m,3,/,（,m,2,h,）,当水量变化小时，推荐采用,8m,3,/,（,m,2,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,m,3,/,（,m,2,h,）,TP,COD,Cr,进水,（,mg/L,）,出水,（,mg/L,）,去除率,（）,进水,（,mg/L,）,出水,（,mg/L,）,去除率,（）,1,1.9,（,4.0,）,5.9,（,9.3,）,0.12,（,0.42,）,98.0,337,（,710,）,62,（,120,）,81.6,2,4.2,（,8.7,）,4.6,（,7.3,）,0.21,（,0.59,）,95.4,109,（,190,）,8.9,（,15.3,）,91.8,3,1.9,（,6.9,）,4.4,（,7.6,）,0.19,（,0.34,）,97.7,343,（,643,）,97,（,151,）,71.7,4,4.6,（,7.3,）,4.6,（,7.3,）,0.38,（,1.63,）,91.7,93,（,180,）,28,（,58,）,69.9,5,4.4,（,6.6,）,1.9,（,2.7,）,0.06,（,0.07,）,96.8,119,（,167,）,3030,）,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,，,COD,Cr,的去除率高达,91.8,。,废水类型,流量,（,m,3,/h,）,进 水（,mg/L,）,出 水（,mg/L,）,去 除 率（,%,）,BOD,5,COD,Cr,SS,油,BOD,5,COD,Cr,SS,油,BOD,5,COD,Cr,SS,油,造纸废水,（白纸）,100,6325,4366,2875,100,54.5,97,造纸废水,（牛皮纸）,150,92001760,5100,92,44.5,94.7,乳品废水,150,44400,6410,250,4800,334,55,89.1,94.7,78,肉类加工废水,100,1440,3880,826,810,290,25,43.8,92.5,96.9,炼油废水,100,50000,65,99.8,重工业洗剂废水,25,5950,3995,77,28,98.7,99.3,鸡肉加工废水,50,510,395,120,36,76.5,90.8,食品加工废水,163,540,10800,59000,232,318,608,57,97,99,鱼肉加工废水,58,2600,2500,765,1100,190,29,57.6,92.4,96.7,精炼脱盐废水,50,3320,350,11,6,99.6,98.3,含油废水,5,883.8,40.7,546.3,4.7,32.62,87.0,7.4.4,涡凹气浮法在废水处理中的应用,CAF,涡凹气浮系统在部分行业废水处理的运行效果,