水質(zhì)工程學(xué)電子-第13章-氣浮課件

水質(zhì)工程學(xué)（下）電子教案第13章污水的物理化學(xué)處理13.1

混凝13.2

氣浮13.5

電滲析13.6

擴(kuò)散滲析13.7

反滲透13.3

吸附13.4

離子交換13.8

超濾一、概述

水和廢水的氣浮法處理是將空氣以微小氣泡形式通入水中，使微小氣泡與在水中懸浮的顆粒粘附，形成水-氣-顆粒三相混合體系，顆粒粘附上氣泡后，密度小于水即上浮水面，從水中分離，形成浮渣層。

氣浮法處理工藝必須滿(mǎn)足下述基本條件：必須向水中提供足夠量的細(xì)微氣泡；必須使污水中的污染物質(zhì)能形成懸浮狀態(tài)；必須使氣泡與懸浮的物質(zhì)產(chǎn)生粘附作用。13.2

氣浮按產(chǎn)生細(xì)微氣泡的方法分微氣泡曝氣氣浮法剪切氣泡氣浮法加壓溶氣氣浮法真空氣浮法電解氣浮法分散空氣氣浮法溶解空氣氣浮法氣浮法的類(lèi)型二、氣浮處理的理論基礎(chǔ)

將空氣通入水中，并以微小氣泡折出，使水中雜質(zhì)粘附氣泡一同上浮至水面分離。

1．氣浮流程：氣＋污水→氣粒吸附→泡沫→分解

2、氣浮條件：去除比重近于1，直徑≤60μ懸浮物①氣粒吸附：屬物理吸附。吸附放熱，低溫吸附效果較好；極性相同，吸附效果較好；物理性質(zhì)相同，吸附效果較好。②吸附對(duì)象：吸附疏水性物質(zhì)疏水性物質(zhì)－難為水潤(rùn)濕的物質(zhì)，可以直接吸附。親水性物質(zhì)－容易被水潤(rùn)濕的物質(zhì)，需要轉(zhuǎn)為疏水性物質(zhì)。③表面活性劑：可以使疏水、親水相互轉(zhuǎn)移，表面活性劑由極性和非極性分子組成，分子一端呈親水性，另一端呈疏水性，也叫二親分子。

a.表面活性劑對(duì)于親水性物質(zhì)有利，使親水性物質(zhì)轉(zhuǎn)為疏水性。

b.表面活性劑對(duì)于疏水性物質(zhì)不利，使疏水性物質(zhì)轉(zhuǎn)為親水性。氣浮法的理論實(shí)質(zhì)：研究：

三相混合系的表面張力和體系界面自由能，顆粒表面疏水性和潤(rùn)濕接觸角，混凝劑與表面活性劑在氣浮分離中的作用氣浮法的基本原理懸浮粒子與氣泡的粘附條件液體表面分子所受的分子引力與液體內(nèi)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，這不平衡的力有把表面分子拉向液體內(nèi)部、縮小液體表面的趨勢(shì)，這種力稱(chēng)為流體的表面張力。要使表面分子不被拉向液體內(nèi)部，就需要克服液體內(nèi)部分子的吸引力而作功，因而液體表層分子具有更多的能量，這種能量稱(chēng)表面能。同樣，在液、氣、固三相介質(zhì)的表面也存在界面張力和界面能。界面能與界面張力的關(guān)系如下：σ——界面張力系數(shù)；S——界面面積

界面能變化分析：

上式表明，并不是水中所有的污染物質(zhì)都能與氣泡粘附，是否能粘附，與該類(lèi)物質(zhì)的接觸角有關(guān)。（1）△E越大，吸附越容易進(jìn)行。（2）當(dāng)θ→0時(shí)，cosθ→1，ΔE→0，這類(lèi)物質(zhì)親水性強(qiáng)（稱(chēng)親水性物質(zhì)），無(wú)力排開(kāi)水膜，不易與氣泡粘附，不能用氣浮法去除。（3）當(dāng)θ→180°時(shí)，cosθ→-1，ΔE→2σ水-氣，這類(lèi)物質(zhì)憎水性強(qiáng)（稱(chēng)憎水性物質(zhì)），易與氣泡粘附，宜用氣浮法去除。（4）接觸角可判斷物質(zhì)被水潤(rùn)濕的性質(zhì)，θ＜90°為親水性物質(zhì)，不容易吸附，θ＞90°為疏水性物質(zhì)，容易吸附。

氣浮的實(shí)質(zhì)是體系界面能的變化值△E的大小。微細(xì)氣泡與懸浮顆粒的粘附形式：氣顆粒吸附、氣泡頂托以及氣泡裹夾化學(xué)藥劑的投加對(duì)氣浮效果的影響一般的疏水性或親水性的物質(zhì)，均需投加化學(xué)藥劑，以改變顆粒的表面性質(zhì)，增加氣泡與顆粒的吸附。這些化學(xué)藥劑分為下述幾類(lèi)：混凝劑浮選劑助凝劑抑制劑調(diào)節(jié)劑各種無(wú)機(jī)或有機(jī)高分子混凝劑，它們不僅可以改變污水中的懸浮顆粒的親水性能，而且還能使污水中的細(xì)小顆粒絮凝成較大的絮狀體以吸附、截留氣泡，加速顆粒上浮。浮選劑大多數(shù)由極性-非極性分子組成。當(dāng)浮選劑的極性基被吸附在親水性懸浮顆粒的表面后，非極性基則朝向水中，這樣就可以使親水性物質(zhì)轉(zhuǎn)化為疏水性物質(zhì)，從而能使其與微細(xì)氣泡相粘附。浮選劑的種類(lèi)有松香油、石油、表面活性劑、硬脂酸鹽等?；瘜W(xué)藥劑的投加對(duì)氣浮效果的影響一般的疏水性或親水性的物質(zhì)，均需投加化學(xué)藥劑，以改變顆粒的表面性質(zhì)，增加氣泡與顆粒的吸附。這些化學(xué)藥劑分為下述幾類(lèi)：混凝劑浮選劑助凝劑抑制劑調(diào)節(jié)劑浮選劑：

它們大多是鏈狀有機(jī)表面活性劑。分子的一端含有極性基(如-OH、-COOH、-SO3H、-NH3、≡N等)，顯示出親水性，稱(chēng)為親水基；另一端為非極性基(如-R、等)，顯示出疏水性，稱(chēng)為疏水基。捕收劑：松香油、煤油、黃藥、黑藥、氧化石螃、十八胺等；穩(wěn)泡劑：十二烷基磺酸鈉、十二統(tǒng)基苯磁醋鈉、月桂醋二乙醇酰胺、月桂醇硫酸酯鈉等。

化學(xué)藥劑的投加對(duì)氣浮效果的影響一般的疏水性或親水性的物質(zhì)，均需投加化學(xué)藥劑，以改變顆粒的表面性質(zhì)，增加氣泡與顆粒的吸附。這些化學(xué)藥劑分為下述幾類(lèi)：混凝劑浮選劑助凝劑抑制劑調(diào)節(jié)劑作用是提高懸浮顆粒表面的水密性，以提高顆粒的可浮性，如聚丙烯酰胺?；瘜W(xué)藥劑的投加對(duì)氣浮效果的影響一般的疏水性或親水性的物質(zhì)，均需投加化學(xué)藥劑，以改變顆粒的表面性質(zhì)，增加氣泡與顆粒的吸附。這些化學(xué)藥劑分為下述幾類(lèi)：混凝劑浮選劑助凝劑抑制劑調(diào)節(jié)劑作用是暫時(shí)或永久性地抑制某些物質(zhì)的浮上性能，而又不妨礙需要去除的懸浮顆粒的上浮，如石灰、硫化鈉等。電解廢水可同時(shí)產(chǎn)生三種作用：電解氧化還原；電解混凝；電氣浮。1.電解氣浮法三、氣浮工藝電解氣浮法是將正負(fù)極相間的多組電極浸泡在廢水中，當(dāng)通以直流電時(shí)，廢水電解，正負(fù)兩級(jí)間產(chǎn)生的氫和氧的細(xì)小氣泡粘附于懸浮物上，將其帶至水面而達(dá)到分離的目的。電解浮上法產(chǎn)生的氣泡小于其他方法產(chǎn)生的氣泡，故特別適用于脆弱絮狀懸浮物。電解浮上法的表面負(fù)荷通常低于4m3/(m2·h)。電解浮上法主要用于工業(yè)廢水處理方面，處理水量約在10~20m3/h。由于電耗高、操作運(yùn)行管理復(fù)雜及電極結(jié)垢等問(wèn)題，較難適用于大型生產(chǎn)。電解氣浮法

微氣泡曝氣氣浮法剪切氣泡氣浮法壓縮空氣引入到靠近池底處的微孔板，并被微孔板的微孔分散成細(xì)小氣泡將空氣引入到一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)混合器或葉輪機(jī)的附近，通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)混合器的高速剪切，將引入的空氣切割成細(xì)小氣泡分散空氣氣浮法用于礦物浮選，也用于含油脂、羊毛等污水的初級(jí)處理及含有大量表面活性劑的污水處理2.分散空氣氣浮法

從溶解空氣和析出條件來(lái)看加壓溶氣氣浮法：空氣在加壓條件下溶解，常壓下使過(guò)飽和空氣以微小氣泡形式釋放出來(lái)需要溶氣罐、空壓機(jī)或射流器、水泵等設(shè)備真空氣浮法：空氣在常壓下溶解，真空條件下釋放優(yōu)點(diǎn)：無(wú)壓力設(shè)備缺點(diǎn)：溶解度低，氣泡釋放有限，需要密閉設(shè)備維持真空，運(yùn)行維護(hù)困難3.溶解空氣氣浮法

真空氣浮法空氣在純水中的飽和溶解度

空氣在水中的溶解度與溫度、壓力有關(guān)。在一定范圍內(nèi)，溫度越低、壓力越大，其溶解度越大。一定溫度下，溶解度與壓力成正比。

空氣從水中析出的過(guò)程分兩個(gè)步驟，即氣泡的形成過(guò)程與氣泡的增長(zhǎng)過(guò)程。氣泡核的形成過(guò)程起決定性作用，有了相當(dāng)數(shù)量的氣泡核，就可以控制氣泡數(shù)量的多少與氣泡直徑的大小。溶氣氣浮法要求在這個(gè)過(guò)程中形成數(shù)目眾多的氣泡核，溶解同樣空氣，如形成的氣泡核的數(shù)量越多，則形成的氣泡的直徑也就越小，越有利于滿(mǎn)足浮上工藝的要求。加壓溶氣的兩種方式存在問(wèn)題：填料長(zhǎng)膜；壓縮氣含油；調(diào)節(jié)不便；時(shí)而需放氣。存在問(wèn)題：設(shè)備較復(fù)雜；造價(jià)偏高。加壓溶氣法的三種基本流程：全加壓溶氣流程部分加壓溶氣流程回流加壓溶氣流程全加壓溶氣氣浮法部分加壓溶氣氣浮法回流加壓溶氣氣浮法部分加壓溶氣氣浮法加壓溶氣氣浮法系統(tǒng)的組成壓力溶氣系統(tǒng)氣浮池空氣釋放系統(tǒng)壓力溶氣罐溶氣釋放裝置加壓水泵附屬設(shè)備溶氣水管路空氣供給設(shè)備壓力溶氣系統(tǒng)壓力溶氣罐附屬設(shè)備加壓水泵空氣供給設(shè)備

加壓水泵的作用是提升污水，將水、氣以一定壓力送至壓力溶氣罐，其壓力的選擇應(yīng)考慮溶氣罐壓力和管路系統(tǒng)的水力損失兩部分。壓力溶氣系統(tǒng)壓力溶氣罐附屬設(shè)備加壓水泵空氣供給設(shè)備壓力溶氣罐的作用是使水與空氣充分接觸，促進(jìn)空氣的溶解。溶氣罐的形式有多種，如下圖所示，其中以罐內(nèi)填充填料的溶氣罐效率最高。壓力溶氣系統(tǒng)壓力溶氣罐附屬設(shè)備加壓水泵

影響填料溶氣罐效率的主要因素為：填料特性填料層高度罐內(nèi)液位高布水方式溫度

填料溶氣罐的主要工藝參數(shù)為：過(guò)流密度：2500~5000m3/(m2·d)填料層高度：0.8~1.3m液位的控制高：0.6~1.0m（從罐底計(jì)）溶氣罐承壓能力：>0.6MPa空氣供給設(shè)備壓力溶氣系統(tǒng)加壓水泵壓力溶氣罐空氣供給設(shè)備附屬設(shè)備水泵壓水管裝射流器挾氣式溶氣方式有三種水泵吸氣式在經(jīng)濟(jì)和安全方面都不理想，已很少使用空壓機(jī)供氣是較早使用的一種供氣方式，使用較廣泛，其優(yōu)點(diǎn)是能耗相對(duì)較低壓力管裝射流器進(jìn)行溶氣的優(yōu)點(diǎn)是不需另設(shè)空壓機(jī)，沒(méi)有空壓機(jī)帶來(lái)的油污染和噪聲水泵吸氣式空壓機(jī)供氣式空氣釋放系統(tǒng)是由溶氣釋放裝置和溶氣水管路組成。溶氣釋放裝置的功能是將壓力容器水減壓，使溶氣水中的氣體以微氣泡的形式釋放出來(lái)，并能迅速、均勻地與水中的顆粒物質(zhì)粘附。常用的溶氣釋放裝置有減壓閥、溶氣釋放噴嘴、釋放器等?？諝忉尫畔到y(tǒng)

氣浮池的功能是提供一定的容積和池表面積，使微氣泡與水中懸浮顆粒充分混合、接觸、粘附，并使帶氣顆粒與水分離。目前最常用，其反應(yīng)池與氣浮池合建。廢水進(jìn)入反應(yīng)池完全混合后，經(jīng)擋板底部進(jìn)入氣浮接觸室以延長(zhǎng)絮體與氣泡的接觸時(shí)間，然后由接觸室上部進(jìn)入分離室進(jìn)行固液分離。池面浮渣由刮渣機(jī)刮入集渣槽，清水由底部集水槽排出。平流式氣浮池的優(yōu)點(diǎn)是池深淺、造價(jià)低、構(gòu)造簡(jiǎn)單、運(yùn)行方便。缺點(diǎn)是分離部分的容積利用率不高等。氣浮池的有效水深通常為2.0~2.5m，一般以單格寬度不超過(guò)10m、長(zhǎng)度不超過(guò)15m為宜。廢水在反應(yīng)池中的停留時(shí)間與混凝劑種類(lèi)、投加量、反應(yīng)形式等因素有關(guān)，一般為5~15min。為避免打碎絮體，廢水經(jīng)擋板底部進(jìn)入氣浮接觸室時(shí)的流速應(yīng)小于0.1m/s。廢水在接觸室中的上升流速一般為10~20mm/s，停留時(shí)間應(yīng)大于60s。

四、氣浮池

平流式氣浮池豎流式氣浮池豎流式氣浮池的基本工藝參數(shù)與平流式氣浮池相同。其優(yōu)點(diǎn)是接觸室在池中央，水流向四周擴(kuò)散，水力條件較好。缺點(diǎn)是與反應(yīng)池較難銜接，容積利用率較低。有經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)處理水量大于150~200m3/h、廢水中的可沉物質(zhì)較多時(shí)，宜采用豎流式氣浮池。2.無(wú)試驗(yàn)資料時(shí)，可根據(jù)氣固比（A/S）進(jìn)行估算式中：A/S——?dú)夤瘫?g(釋放的氣體)/

g(懸浮固體)，0.005~0.060，一般為0.005~0.006，當(dāng)懸浮固體濃度較高時(shí)取上限，如剩余污泥氣浮濃縮時(shí)，氣固比采用0.03~0.04；1.3——1mL空氣的質(zhì)量，mg；

ca——某一溫度下的空氣溶解度；

f——壓力為p時(shí)，水中的空氣溶解系數(shù)，0.5~0.8（通常0.5）；

p0——表壓，kPa；qvR——加壓水回流量，m3/h；

qv——設(shè)計(jì)水量，m3/h；ρsi——入流廢水的懸浮固體濃度,mg/L。壓力溶氣氣浮法的設(shè)計(jì)計(jì)算——?dú)飧∷杩諝饬?.有試驗(yàn)資料時(shí)式中：qv——?dú)飧〕卦O(shè)計(jì)水量，m3/h；

R′——試驗(yàn)條件下的回流比，%；

ac——試驗(yàn)條件下的釋氣量，L/m3；

Φ——水溫校正系數(shù)，取1.1~1.3（主要考慮水的粘滯度影響，試驗(yàn)時(shí)水溫與冬季水溫相差大者取