北京科技大學環(huán)境工程7課件

第7章氣浮AirFlotation1本章要回答的問題：什么是氣??？比水密度大的物質(zhì)能上浮嗎？如何實現(xiàn)？氣浮在水處理中的作用是什么？氣浮在實際水處理中是如何應用的？氣浮的工藝有幾種？氣浮池的結(jié)構(gòu)是怎樣的？為什么？?????學完本章你會了解更多的知識！2氣浮氣浮是利用廢水中的顆粒的疏水性，通過在氣浮池中向廢水中通入一定尺寸的氣泡，使廢水中的污染物吸附在氣泡上，隨氣泡的上浮，污染物也隨之浮到水面上而形成由氣泡、水和污染物形成的三相泡沫層（浮渣），收集泡沫層即可把污染物與水分離。3第7章

氣浮的主要內(nèi)容7.1氣浮所用的設(shè)備放映7.2氣浮所需氣泡的產(chǎn)生方式鏈接7.3氣浮的原理鏈接7.4氣浮的工藝流程鏈接7.5氣浮的特點和應用鏈接57．1氣浮池（flotationcell)氣浮池是氣浮過程的主要設(shè)備，它的作用是當廢水從減壓閥流入水池后，由于壓力減至常壓，使溶解于廢水中的空氣以微小氣泡形式逸出。氣泡在上升過程中吸附乳化油和細小懸浮顆粒，上浮至水面形成浮渣，由刮渣機除去。浮選池的種類較多，介紹平流式、豎流式、斜板式和葉輪式四種6平流式氣浮池出水管排空管進水管，進入的是氣泡和水的混合物集油槽刮油機污油管78刮油機集油槽蒸汽加熱1012刮渣板浮渣槽浮渣14斜板式氣浮池池體斜板混合液入口浮渣濃縮室刮渣機出水管15葉輪氣浮設(shè)備構(gòu)造示意圖返回目錄空氣管進水出水泡沫槽刮渣機泡沫出口攪拌葉輪167．2氣泡的產(chǎn)生方法氣浮過程包括氣泡(bubble)的產(chǎn)生、氣泡與顆粒的附著及上浮分離等連續(xù)步驟。產(chǎn)生數(shù)量和尺寸合適的氣泡是氣浮過程實現(xiàn)的重要條件。廢水處理中采用的氣浮法，按水中氣泡產(chǎn)生的方法可分為溶氣法(dissolvedairflotation,DAF)、布氣法(diffusedairflotation)和電解法(electrolyzedflotation)三類。177．2．1溶氣法定義：溶氣法是使空氣在一定壓力的作用下溶解于水中，并達到過飽和狀態(tài)，然后再突然使廢水減到常壓，這時溶解于水中的空氣便以微小氣泡的形式從水中逸出，以進行浮選過程的方法。分類：根據(jù)氣泡在水中析出時的所處壓力的不同，溶氣浮選又可分為:加壓溶氣浮選和溶氣真空浮選兩種類型。加壓溶氣法需要有空氣壓縮機、溶氣罐、減壓閥或溶氣釋放器、水泵。按空氣與水混合的位置又分為泵前進氣與泵后進氣兩種。18特點：比較簡便，水氣混合均勻，但水泵必須采用自吸式進水，而且要保持1m以上的水頭。最大吸氣量不能大于水泵吸水量的10％，否則，水泵工作不穩(wěn)定，會產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象。溶氣水去浮選水射器進水池水泵吸水管溶氣罐水泵壓水管水泵空氣20泵后進氣：一般是在壓水管上通入壓縮空氣。這種方法使水泵工作穩(wěn)定，而且不必要求在正壓下工作。但需要由空氣壓縮機供給空氣，為了保證良好的溶氣效果，溶氣罐的容積也比較大，一般需采用較復雜的填充式溶氣罐。溶氣水去浮選空氣壓縮機進水池水泵吸水管溶氣罐水泵壓水管水泵21溶氣罐形式（a）縱隔板式(e)渦輪式(d)填充式(b)花板式(c)橫隔板式出水出水出水出水進水進水進水進水進水出水電機放空放空多余空氣放空23247．2．2布氣氣浮法布氣浮選是利用機械剪切力，將混合于水中的空氣粉碎成細小的氣泡，以進行浮選的方法。按粉碎氣泡方法的不同，布氣氣浮又分為四種：水泵水管吸氣浮選射流浮選擴散曝氣浮選葉輪氣浮26（1）水泵吸水管吸入空氣氣浮這是最原始的也是最簡單的一種氣浮方法。這種方法的優(yōu)點是設(shè)備簡單，其缺點主要是由于水泵工作特性的限制，吸入的空氣量不能過多，一般不大于吸水體積的10％，否則將破壞水泵吸水管的負壓工作。此外，氣泡在水泵內(nèi)破碎的不夠完全，粒徑大，因此，氣浮效果不好。這種方法用于處理通過除油池后的石油廢水，除油效率一般在50％～65％27（2）射流氣浮這是采用以水帶氣射流器向廢水中混入空氣進行氣浮的方法。溶氣水去浮選水射器進水池水泵吸水管水泵壓水管水泵空氣28(3)擴散板曝氣氣浮壓縮空氣通過具有細孔隙的擴散板或微孔管，使空氣以細小氣泡的形式進入水中，進行氣浮過程L。這種方法的優(yōu)點是:簡單易行但缺點較多:

主要的是空氣擴散裝置的微孔易于堵塞;氣泡較大，浮選效率不高等

因此這種方法近年已少用。3031（4）葉輪浮選在浮選池底部設(shè)有旋轉(zhuǎn)葉輪，在葉輪的上部裝著帶有導向葉片的固定蓋板，蓋板上有孔洞。當電動帶動動葉輪高速旋轉(zhuǎn)時，在蓋板下形成負壓，從空氣管吸入空氣，廢水由上面的小孔進入，在葉輪的攪動下，空氣被粉碎成細小的氣泡，并與水充分混合成為水氣混合體，甩出導向葉片之外，在池體內(nèi)平穩(wěn)地垂直上升，進行浮選。L形成的泡沫不斷地被刮板刮出槽外。這種氣浮池是從礦物浮選中直接移植過來的。323334布氣浮選的特點:設(shè)備簡單，易于實現(xiàn)。缺點是空氣被粉碎的不夠充分，形成的氣泡粒徑較大，一般不小于l0OOm，這樣，在供氣量一定的情況下，氣泡的表面積小。由于氣泡直徑大，運動速度快，氣泡與被去除污染物質(zhì)的接觸時間短促，這些因素都使布氣氣浮法效率較低。357．2．3電解氣浮法電解浮選法是對廢水進行電解，這時在陰極產(chǎn)生大量的氫氣泡，氫氣泡的直徑很小，僅有20～100m。廢水中的懸浮顆粒粘附在氫氣泡上，隨其上浮，從而達到了凈化廢水的目的。與此同時，在陽極上電離形成的氫氧化物起著混凝劑的作用，有助于水中的污泥上浮或下沉。3637返回目錄387．3氣浮的原理與氣泡與固體的作用形式7.3.1氣浮的原理

親水性(hydrophilicity)：如果顆粒易被水潤濕，則稱該顆粒為親水性的。疏水性(hydrophobicity)：如顆粒不易被水潤濕，則是疏水性的。物質(zhì)的親水性強弱可以用接觸角來衡量。接觸角(contactangle)：在靜止狀態(tài)下，當氣、液、固三相接觸達到平衡時，氣－液界面張力線和固液界面張力線之間的夾角(包含液相的)稱為平衡接觸角，用表示。39接觸角示意圖固體固體疏水固體親水固體水滴水滴接觸角接觸角GSLGLS當氣泡與顆粒共存于水中時，顆粒是否能附著在氣泡上和附著的牢固程度，取決于附著前后界面能的變化。如果總能量降低，則能附著，且能量降低越多，附著越牢固；如果能量增加，則不能附著。平衡時有：LS＋LGcos＝GS40接觸前后的能量變化：W=W2－W1=GS－LS－LG因為：LS＋LGcos＝GSW＝LG(cos－1)在顆粒與氣泡附著前，單位界面面積上的界面能W1等于氣－液界面能和液－固界面能之和：即W1=LS＋LG。附著后，由于附著部分沒有了固液界面，所以單位附著面積上的界面能相應變?yōu)閃2＝GS。41W＝LG(cos－1)（a）當顆粒完全被水潤濕時，＝0，cos＝1，W＝0，顆粒不能與氣泡粘附。（b）當顆粒完全不被水潤濕時，＝180，cos＝－l，W＝－2LG，顆粒與氣泡粘附的動力大，易于用氣浮法處理。（c）固體的接觸角越大，越易于與氣泡的粘附。但對于LG很小的體系，雖然有利于固體向氣泡的粘附，但由于粘附動力較小，顆粒向氣泡的粘附困難。427．3．2顆粒與氣泡的作用形式

顆粒與氣泡的作用有氣泡與顆粒吸附、氣泡頂托和絮凝體中裹夾三種形式

氣泡與顆粒吸附43氣泡頂托氣泡在絮凝體中裹夾447．3．2氣浮過程的調(diào)節(jié)污染物的顆粒是否與氣泡粘附及粘附的牢固程度，與污染物的疏水性強弱有關(guān)。有時污染物的疏水性較弱，用氣浮法處理時效率很低。為了增加廢水中懸浮顆粒的疏水性，提高浮選效果，需向廢水中投加化學藥劑，這些化學藥劑稱為浮選劑。浮選劑（flotationreagent)根據(jù)其作用的不同可分為以下幾種：45浮選藥劑的分類：捕收劑(collector)：能夠提高顆?？筛⌒缘乃巹┓Q為捕收劑。起泡劑(frother)：它的作用是降低液體表面自由能，產(chǎn)生大量微細且均勻的氣泡，防止氣泡相互兼并，形成相當穩(wěn)定的泡沫層。

因此起泡劑是作用在氣－液界面上，用以分散空氣，形成穩(wěn)定的氣泡。46調(diào)整劑：

調(diào)整劑包括抑制劑、活化劑和介質(zhì)調(diào)整劑三大類。（1）抑制劑(depressant)：能降低物質(zhì)可浮性的藥劑稱為抑制劑。（2）活化劑(activator)：能夠消除抑制作用的藥劑稱為活化劑。（3）介質(zhì)調(diào)整劑(regulator)：介質(zhì)調(diào)整劑的主要作用是調(diào)整廢水的pH值。返回目錄477．4加壓溶氣浮選法的流程流程：根據(jù)廢水加壓方式的不同，基本流程有以下三種：1）全部廢水溶氣浮選法（DAFwithtotalaerationofflow)2）部分廢水溶氣浮選法(DAFwithpartialaerationofflow)3）部分回流溶氣浮選法（DAFwithrecycleaerationofflow)48全部廢水加壓溶氣浮選(泵前加氣)減壓閥氣浮池49全部廢水加壓溶氣浮選(泵后加氣)進水空氣泵溶氣罐減壓閥氣浮池出水混凝劑50部分進水加壓溶氣氣浮法流程浮選池出水51部分回流溶氣浮選流程減壓閥浮選池回流率25%～50%，即回流水的流量與進水量之比52全部廢水加壓溶氣浮選流程的特點進水空氣泵溶氣罐減壓閥氣浮池出水混凝劑（a）溶氣量大，增加了油?；驊腋☆w粒與氣泡的接觸機會；（b）在處理水量相同的條件下，它較部分回流溶氣氣浮法所需的浮選池小，從而減少了基建投資。（c）但由于全部廢水經(jīng)壓力泵，所以增加了含油廢水的乳化程度，而且壓力泵和溶氣罐均較其它兩種流程大，因此投資和運轉(zhuǎn)動力消耗較大。53部分進水加壓溶氣氣浮法流程的特點浮選池出水（a）較全流程溶氣浮選法所需的壓力泵小，故動力消耗低；（b）壓力泵所造成的乳化油量較全部溶氣法低；（c）氣浮池的大小與全部溶氣法相同，但較部分回流溶氣法小。但溶氣量小。兩種流程的共同缺點是減壓閥或溶氣釋放器易堵塞！54部分回流溶氣浮選流程的特點減壓閥浮選池回流25%～50%（a）加壓的水量少，動力消耗??；

（b）浮選過程中不促進乳化；（e）缺點是浮選池的容積較前兩種流程大。（c）減壓閥或溶氣釋放器不易堵塞；（d）礬花形成好返回目錄557．5氣浮法的應用及特點(a)分離廢水中的細小懸浮物、藻類及微絮體；(b)回收工業(yè)廢水中的有用物質(zhì)，如造紙廠廢水中的紙漿纖維及填料等；(c)代替二次沉淀池，分離和濃縮剩余活性污泥，特別適用于那些易于產(chǎn)生污泥膨脹的生化處理工藝中；L(d)分離回收含油廢水中的懸浮油和乳化油；(e)分離回收以分子或離子狀態(tài)存在的污染物，如表面活性物質(zhì)和金屬離子。56氣浮法的特點：(a)由于氣浮池的表面負荷有可能高達l2m3/m2·h，水在池中停留時間只需10～20min，而且池深只需2m左右，故占地較少，節(jié)省基建投資；(b)氣浮池具有預曝氣作用，出水和浮渣都含有一定量的氧，有利于后續(xù)處理或再用，泥渣也不易腐化；(c)對那些很難用沉降法去除的低濁度含藻水，氣浮法處理效率高，甚至還可去除原水中的浮游生物，出水水質(zhì)好；57氣浮法的特點：(d)浮