水污染控制工程7浮选

1、1 气浮是利用废水中的颗粒的气浮是利用废水中的颗粒的疏水性疏水性，通过，通过在在气浮池气浮池中向废水中通入一定尺寸的中向废水中通入一定尺寸的气泡气泡，使废水中的污染物吸附在使废水中的污染物吸附在气泡气泡上，随气泡上，随气泡的上浮，污染物也随之浮到水面上而形成的上浮，污染物也随之浮到水面上而形成由由气泡、水和污染物形成的三相泡沫层气泡、水和污染物形成的三相泡沫层，然后再通过机械刮除分离然后再通过机械刮除分离泡沫层，达到污染泡沫层，达到污染物与水分离的目的。物与水分离的目的。 浮上法浮上法过程包括过程包括气泡的产生气泡的产生、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

2、骤。 是一种有效的固是一种有效的固-液、液液、液-液处理分离技术，常用液处理分离技术，常用于颗粒密度接近或小于水的细小颗粒的分离。于颗粒密度接近或小于水的细小颗粒的分离。2.8 浮上法浮上法(又称气浮、浮选又称气浮、浮选)2主要应用主要应用: :(a)(a)分离废水中的细小悬浮物、藻类及微絮体；分离废水中的细小悬浮物、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；水中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泥，特别适用

3、于那些易于产生污泥膨胀的生化处理工艺中；化处理工艺中；(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，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。如表面活性物质和金属离子。3一、实现浮上的基本条件：一、实现浮上的基本条件：水中必须有足够量的气泡； 水中的污染物必须能形成悬浮状态，且具有疏水性；气泡必须能和悬浮物颗粒物产生粘附作用，且稳定。2.8.1浮上法的基本原理4二、有关概念：二、有关概念： 亲水性：亲水性：如果颗粒易被水润湿，则称该颗粒为亲如果颗粒易被水润湿，则称该颗粒为亲水性的。水性

4、的。 疏水性：疏水性：如颗粒不易被水润湿，则是疏水性的。如颗粒不易被水润湿，则是疏水性的。 接触角：接触角：在静止状态下，当气、液、固三相接触在静止状态下，当气、液、固三相接触时，气液界面张力线和固液界面张力线之间时，气液界面张力线和固液界面张力线之间的夹的夹角角( (包含液相的包含液相的) )称为称为润湿接触角润湿接触角，用，用 表示表示，并用值的大小表示颗粒的亲、疏水性能。通常将并用值的大小表示颗粒的亲、疏水性能。通常将 909090 的物质称的物质称为疏水性物质；亲水性物质易于被水润湿而形成为疏水性物质；亲水性物质易于被水润湿而形成水化膜，不易与气泡粘附，而疏水性物质则易于水化膜，不易与

5、气泡粘附，而疏水性物质则易于同气泡粘附。同气泡粘附。5接触角示意图平衡时有：平衡时有： LS LGcos GS接触前后的能量变化：接触前后的能量变化： W=W1W2= LS LG GS W LG(1 cos ) 由热力学第二定律可知，气泡和颗粒的附着过程是朝着由热力学第二定律可知，气泡和颗粒的附着过程是朝着体系界面能减小的方向自发进行的，即体系界面能减小的方向自发进行的，即 W 0 0，其减，其减少的界面能转化为排开颗粒表面的水化层所做的功，则少的界面能转化为排开颗粒表面的水化层所做的功，则 W越大，粘着的推动力越大，颗粒越容易与气泡粘附。越大，粘着的推动力越大，颗粒越容易与气泡粘附。 固体固

6、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 LS6 W LG(1 cos )（a a）当颗粒完全被水润湿时，）当颗粒完全被水润湿时， 0 0 ，coscos 1 1， W W0 0，颗粒不能与气泡粘附。，颗粒不能与气泡粘附。（b b）当颗粒完全不被水润湿时，）当颗粒完全不被水润湿时， 180180 ，coscos l l， W W2 2 LGLG，颗粒与气泡粘附，颗粒与气泡粘附的动力大，易于用气浮法处理。的动力大，易于用气浮法处理。（c c）固体的接触角越大，越易于与气泡的）固体的接触角越大，越易于与气泡的粘附。但对于粘附。但对于 LGLG很

7、小的体系，虽然有利很小的体系，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。较小，颗粒向气泡的粘附困难。72.8.22.8.2气浮过程的调节气浮过程的调节 污染物的颗粒是否与气泡粘附及粘附的牢固污染物的颗粒是否与气泡粘附及粘附的牢固程度，与污染物的程度，与污染物的疏水性疏水性强弱有关。强弱有关。 有时污染物的疏水性较弱，用气浮法处理时有时污染物的疏水性较弱，用气浮法处理时效率很低。为了增加废水中悬浮颗粒的疏水效率很低。为了增加废水中悬浮颗粒的疏水性，以提高浮选效果，需向废水中投加化学性，以提高浮选效果，需向废水中投加化学药剂，这些化学药

8、剂称为药剂，这些化学药剂称为浮选剂浮选剂。 浮选剂根据其作用的不同可分为以下几种：浮选剂根据其作用的不同可分为以下几种：8浮选药剂的分类：浮选药剂的分类：1 1、捕收剂：、捕收剂：能够提高颗粒可浮性（疏水性）能够提高颗粒可浮性（疏水性）的药剂称为捕收剂，常用的有脂肪酸及其盐的药剂称为捕收剂，常用的有脂肪酸及其盐类、胺类等。类、胺类等。2 2、起泡剂：、起泡剂：它的作用是降低液体表面自由能，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，形成相当稳定的泡沫层。因此起泡剂兼并，形成相当稳定的泡沫层。因此起泡剂是作用在气液界面上，用以分

9、散空气，形是作用在气液界面上，用以分散空气，形成稳定的气泡，常用的是脂肪醇类、合成洗成稳定的气泡，常用的是脂肪醇类、合成洗涤剂等。涤剂等。93 3、调整剂：、调整剂： 调整剂包括抑制剂、活化剂和介质调整剂调整剂包括抑制剂、活化剂和介质调整剂三大类。三大类。（1 1）抑制剂抑制剂：能降低物质（有毒或可回收：能降低物质（有毒或可回收 的）可浮性的药剂称为抑制剂。的）可浮性的药剂称为抑制剂。（2 2）活化剂活化剂：能够消除抑制作用的药剂称：能够消除抑制作用的药剂称为活化剂。为活化剂。（3 3）介质调整剂介质调整剂：介质调整剂的主要作用：介质调整剂的主要作用是调整废水的是调整废水的pHpH值，常用有酸

10、、碱等值，常用有酸、碱等。102.8.32.8.3浮上法类型浮上法类型 产生数量和尺寸合适的气泡产生数量和尺寸合适的气泡是气浮过程是气浮过程实现的重要条件。实现的重要条件。 废水处理中采用的浮上法，按水中气泡废水处理中采用的浮上法，按水中气泡产生的方法可分为产生的方法可分为电解浮上法、分散空电解浮上法、分散空气浮上法气浮上法和和溶解空气浮上溶解空气浮上法法三类三类。11（1）电解浮上法电解浮上法（P45图图10-30） 电解浮上法是将正负电极放在废水中，对电解浮上法是将正负电极放在废水中，对废水进行电解，在阴、阳两极产生大量细废水进行电解，在阴、阳两极产生大量细小的氢、氧气泡，废水中的悬浮颗粒

11、粘附小的氢、氧气泡，废水中的悬浮颗粒粘附在气泡上，随其上浮，从而达到分离、净在气泡上，随其上浮，从而达到分离、净化废水的目的。化废水的目的。 与此同时，在阳极上电离形成的氢氧化物与此同时，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起着混凝剂的作用，有助于水中的污泥上浮或下沉；浮或下沉； 缺点：耗电高、操作运行复杂、电极结垢，缺点：耗电高、操作运行复杂、电极结垢，处理量较小，约为处理量较小，约为10-20m10-20m3 3/h/h。12（2）分散空气浮上法分散空气浮上法 分散空气浮上法分散空气浮上法是通过使一定量的空气在水是通过使一定量的空气在水中以不同的形式得到分散来产生

12、气泡的方法。中以不同的形式得到分散来产生气泡的方法。其具体方式又分微孔曝气和机械搅拌（剪切）其具体方式又分微孔曝气和机械搅拌（剪切）两种。两种。 微孔曝气微孔曝气（图（图10-3110-31）：即将压缩空气通过多：即将压缩空气通过多孔介质（如纤维织物、多孔橡胶，陶瓷、微孔介质（如纤维织物、多孔橡胶，陶瓷、微孔塑料等）的孔眼释放并形成气泡的方法；孔塑料等）的孔眼释放并形成气泡的方法； 机械搅拌（剪切）机械搅拌（剪切）（图（图10-3210-32） ：通过高速旋：通过高速旋转的混合器或叶轮机，将空气剪切成细小的转的混合器或叶轮机，将空气剪切成细小的气泡。气泡。 主要用于矿物浮选。主要用于矿物浮选。

13、13（3）溶解空气浮上溶解空气浮上法法（溶气浮上溶气浮上法）法） 定义：定义：溶解空气浮上法是使空气在一定压力溶解空气浮上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，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常压，这时溶解于水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从水中逸出，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。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，溶气浮选又可分为不同，溶气浮选又可分为: :真空浮上法真空浮上法（见见P46P46图图10-3310-

14、33）和和加压溶气浮上法加压溶气浮上法两种类型；两种类型； 常用的是常用的是加压溶气浮上法加压溶气浮上法。142.8.42.8.4加压溶气浮上法原理、组成加压溶气浮上法原理、组成 原理：原理：加压溶气浮上法是使空气在加压的条加压溶气浮上法是使空气在加压的条件下溶解于水并达到饱和状态，然后突然将件下溶解于水并达到饱和状态，然后突然将操作压力降至常压，水中过饱和的空气以细操作压力降至常压，水中过饱和的空气以细小的微气泡形式释放出部分的空气量。小的微气泡形式释放出部分的空气量。 组成：组成：主要包括三部分主要包括三部分 1.1.压力溶气系统压力溶气系统 2.2.空气释放系统空气释放系统 3.3.气浮

15、分离设备气浮分离设备 151 1、压力溶气系统、压力溶气系统包括包括加压水泵、溶气罐、供气设备加压水泵、溶气罐、供气设备及其及其辅助设备辅助设备；辅助设备辅助设备包括流量计、水位控制器包括流量计、水位控制器等。等。 161.11.1加压水泵加压水泵 作用作用是提升污水，将水气以一定压力送是提升污水，将水气以一定压力送至压力溶气罐。至压力溶气罐。 其压力的选择既应满足溶气水的压力要其压力的选择既应满足溶气水的压力要求，也要考虑管路系统的水力损失。采求，也要考虑管路系统的水力损失。采用的溶气压力一般为用的溶气压力一般为0.250.35MPa 。171.21.2压力溶气罐：压力溶气罐： 作用作用是在

16、一定的压力是在一定的压力(一般一般0.20.6MPa)下，保下，保证空气能充分地溶于废水中，并使水、气良好证空气能充分地溶于废水中，并使水、气良好混合。混合。 混合时间一般为混合时间一般为13min，混合时间与进气方式，混合时间与进气方式有关，即有关，即泵前进气泵前进气混合时间可短些，混合时间可短些，泵后进气泵后进气混混合时间要长些。合时间要长些。 溶气罐溶气罐的顶部设有排气阀，用以定期排出罐顶的顶部设有排气阀，用以定期排出罐顶部未溶解的空气，保证溶气罐的有效容积和溶部未溶解的空气，保证溶气罐的有效容积和溶气效率；罐底设有放空阀，在清洗时用来放空气效率；罐底设有放空阀，在清洗时用来放空溶气罐。

17、为防止罐内短路，增大紊流程度，罐溶气罐。为防止罐内短路，增大紊流程度，罐内还设有挡板或填料。内还设有挡板或填料。 18 泵前进气：泵前进气：这是由这是由水泵压水管中引出水泵压水管中引出一支管，在支管上一支管，在支管上按装水力喷射器，按装水力喷射器，由于水喷射时产生由于水喷射时产生负压，将空气吸入，负压，将空气吸入，与废水混合后，经与废水混合后，经吸水管、水泵送入吸水管、水泵送入溶气罐。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泵吸水管水管溶溶气气罐罐水泵压水泵压水管水管水水泵泵空空气气19特点：特点： 比较简便，水气混比较简便，水气混合均匀，合均匀， 但水泵必须采用自但水

18、泵必须采用自吸式进水，而且要吸式进水，而且要保持保持1 m1 m以上的水头。以上的水头。 最大吸气量不能大最大吸气量不能大于水泵吸水量的于水泵吸水量的1010，否则，水泵工，否则，水泵工作不稳定，会产生作不稳定，会产生气蚀现象。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泵吸水管水管溶溶气气罐罐水泵压水泵压水管水管水水泵泵空空气气20 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

19、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空气压缩机缩机进进水水池池水泵吸水泵吸水管水管溶溶气气罐罐水泵压水泵压水管水管水水泵泵21直流式、花板式、纵隔板式、横隔板式、套管式、直流式、花板式、纵隔板式、横隔板式、套管式、喷淋式主要用于泵前进气；填充式、涡流式则主喷淋式主要用于泵前进气；填充式、涡流式则主要用于泵后进气。填充式溶气罐的溶气效率相对要用于泵后进气。填充式溶气罐的溶气效率相对最高。最高。221.31.3供气设备供气设备水射流携带式、水泵吸气式

20、和空水射流携带式、水泵吸气式和空压机供气式三种；压机供气式三种；实际广泛使用的是后两种方式；实际广泛使用的是后两种方式；23射流器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吸气管吸入空气，在水气混合体进入喉管段后进行激烈的能量交换，然后进入扩压段激烈的能量交换，然后进入扩压段( (扩散段扩散段) )，动能，动能转化为势能，进一步压缩气泡，增大了空气在水中转化为势能，进一步压缩气泡，增大了空气在水中的溶解度。的溶解度。242.2.空气释放系统空气释放系统减压阀：减压阀： 减压阀减压阀的作用是保持

21、溶气罐出口处的压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气泡的粒力恒定，从而可以控制出罐后气泡的粒径和数量。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阀，来代替减压阀，溶气水流经释放器时，由于形成强烈的溶气水流经释放器时，由于形成强烈的搅动和涡流，便产生微细气泡搅动和涡流，便产生微细气泡。3.3.气浮分离设备气浮分离设备气浮池气浮池25 根据废水中所含悬浮物的种类、性根据废水中所含悬浮物的种类、性质、处理水净化程度和加压方式的质、处理水净化程度和加压方式的不同，基本流程有以下三种：不同，基本流程有以下三种：全溶全溶气流程气流程、部分溶气流程部分溶气流程和回流溶

22、气回流溶气流程流程。 2.8.52.8.5加压溶气浮上法流程（加压溶气浮上法流程（3 3种）种）26（1）全溶气系统工艺流程）全溶气系统工艺流程 将全部废水用泵加压，并在泵前或泵后将全部废水用泵加压，并在泵前或泵后注入空气，然后送入压力溶气罐使空气注入空气，然后送入压力溶气罐使空气在废水中溶解，再经减压阀送入气浮池在废水中溶解，再经减压阀送入气浮池27全部废水加压溶气浮选(泵前加气)28全部废水加压溶气浮选(泵后加气)29全流程加压气浮特点：全流程加压气浮特点：（a a）溶气量大，增加了油粒或悬浮颗粒与气泡）溶气量大，增加了油粒或悬浮颗粒与气泡的接触机会；的接触机会；（b b）在处理水量相同的

23、条件下，它较部分回流）在处理水量相同的条件下，它较部分回流溶气气浮法所需的浮选池小，从而减少了基溶气气浮法所需的浮选池小，从而减少了基建投资。建投资。（c c）但由于全部废水经压力泵，所以增加了含）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，而且压力泵和溶气罐均油废水的乳化程度，而且压力泵和溶气罐均较其它两种流程大，因此投资和运转动力消较其它两种流程大，因此投资和运转动力消耗较大。耗较大。30（2）部分溶气系统工艺流程）部分溶气系统工艺流程 对部分废水进行加压溶气，剩余的废水对部分废水进行加压溶气，剩余的废水则直接进入气浮池；则直接进入气浮池；31部分进水加压溶气气浮法流程32部分废

24、水加压和溶气流程特点：部分废水加压和溶气流程特点：（a a）较全流程溶气浮选法所需的压力泵小，）较全流程溶气浮选法所需的压力泵小，故动力消耗低；故动力消耗低；（b b）压力泵所造成的乳化油量较全部溶气）压力泵所造成的乳化油量较全部溶气法低；法低；（c c）气浮池的大小与全部溶气法相同，但）气浮池的大小与全部溶气法相同，但较部分回流溶气法小。较部分回流溶气法小。33（3）回流溶气系统工艺流程）回流溶气系统工艺流程 全部废水首先直接进入气浮池，进行全部废水首先直接进入气浮池，进行气浮分离操作，然后将部分处理出水气浮分离操作，然后将部分处理出水回流，作为加压溶气的载体介质，回回流，作为加压溶气的载体

25、介质，回流量一般为所处理废水量的流量一般为所处理废水量的252550%50%。34部分回流溶气浮选流程35部分回流溶气浮选法流程特点：部分回流溶气浮选法流程特点：（a a）加压的水量少，动力消耗省；）加压的水量少，动力消耗省；（b b）浮选过程中不促进乳化；）浮选过程中不促进乳化；（c c）矾花形成好，后絮凝也少；）矾花形成好，后絮凝也少；（d d）不易堵塞；）不易堵塞；（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。362.8.5气浮分离设备 气浮池是气浮过程的主要设备，它的作用气浮池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，由于压力是当废水从减

26、压阀流入水池后，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，上浮至水面形成浮化油和细小悬浮颗粒，上浮至水面形成浮渣，由刮渣机除去。渣，由刮渣机除去。 加压溶气浮选池的种类较多，介绍加压溶气浮选池的种类较多，介绍平流式平流式、竖流式、斜板式竖流式、斜板式和和叶轮式叶轮式四种四种37池深一般为1.5-2.0m，不超过2.5m，长度不超过15m，深宽比大于0.3，长宽比1：1或1：1.5，表面负荷通常6-8m3/m2.h，不超过10m3/m2.h，总停留时间30-40min

27、。平流式气浮池平流式气浮池383940竖流气浮池的池深一般为4-5m，长宽与直径一般9-10m。竖流式气浮池414243斜板式气浮池斜板式气浮池44叶轮气浮设备构造示意图叶轮气浮设备构造示意图45( a )( a ) 由 于 气 浮 池 的 表 面 负 荷 有 可 能 高 达由 于 气 浮 池 的 表 面 负 荷 有 可 能 高 达l2ml2m3 3/m/m2 2hh，水在池中停留时间只需，水在池中停留时间只需10102Omin2Omin，而且池深只需，而且池深只需2m2m左右，故占地较少，左右，故占地较少，节省基建投资；节省基建投资；(b)(b)气浮池具有预曝气作用，出水和浮渣都含有气浮池具

28、有预曝气作用，出水和浮渣都含有一定量的氧，有利于后续处理或再用，泥渣也一定量的氧，有利于后续处理或再用，泥渣也不易腐化；不易腐化；(c)(c)对那些很难用沉降法去除的低浊度含藻水，对那些很难用沉降法去除的低浊度含藻水，气浮法处理效率高，甚至还可去除原水中的浮气浮法处理效率高，甚至还可去除原水中的浮游生物，出水水质好；游生物，出水水质好；2.8.62.8.6气浮法的特点（和沉淀法比较）气浮法的特点（和沉淀法比较）46(d)(d)浮渣含水率低，比沉淀池污泥体积少浮渣含水率低，比沉淀池污泥体积少2 21010倍，这对污泥的后续处理有利，而且表面刮倍，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；渣也比池底排泥方便；(e)(e)可以回收利用有用物质；可以回收利用有用物质；(f)(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)(g)气浮法电耗较大，处理每吨废水比沉淀法多气浮法电耗较大，处理每吨废水比沉淀法多耗电约耗电约0.020.020.04kWh0.04kWh；目前使用的溶气水减；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。压释放器易堵塞；浮渣怕较大的风雨袭击。472.8.72.8.7加压溶气浮上法的设计计算加压溶气浮上法的设计计算 加压溶气气