第十章污水的物理处理6节

1、第六节第六节 气浮池气浮池 水和废水的浮上法处理是将水和废水的浮上法处理是将空气以微小气泡形式空气以微小气泡形式通入水中通入水中，使微小气泡与在水中悬浮的颗粒粘附，使微小气泡与在水中悬浮的颗粒粘附，形形成水成水- -气气- -颗粒三相混合体系颗粒三相混合体系，颗粒粘附上气泡后，密，颗粒粘附上气泡后，密度小于水即上浮水面，从水中分离出去，形成浮渣层。度小于水即上浮水面，从水中分离出去，形成浮渣层。 由此可知，浮上法处理工艺必须满足下述由此可知，浮上法处理工艺必须满足下述基本条基本条件：件：必须向水中提供足够量的细微气泡；必须向水中提供足够量的细微气泡；必须使污水中的污染物质能形成悬浮状态；必须使

2、污水中的污染物质能形成悬浮状态；必须使气泡与悬浮的物质产生粘附作用。必须使气泡与悬浮的物质产生粘附作用。 污水处理技术中，浮上法固污水处理技术中，浮上法固- -液或液液或液- -液分离技术液分离技术应用的几方面：应用的几方面：石油、化工及机械制造业中的石油、化工及机械制造业中的含油污水的油水分离含油污水的油水分离工业废水处理工业废水处理污水中有用物质的回收污水中有用物质的回收取代二次沉淀池，特别是用于易于产生活性污泥膨取代二次沉淀池，特别是用于易于产生活性污泥膨胀的情况胀的情况剩于活性污泥的浓缩剩于活性污泥的浓缩按生产细微气泡的方法分按生产细微气泡的方法分微气泡曝微气泡曝气浮上法气浮上法 剪切

3、气泡剪切气泡浮上法浮上法 加压溶气加压溶气浮上法浮上法真空真空浮上法浮上法电解浮上法电解浮上法分散空气浮上法分散空气浮上法 溶解空气浮上法溶解空气浮上法 浮上法的类型浮上法的类型 电解废水可同时产生电解废水可同时产生三种作用三种作用：电解氧化还原电解氧化还原电解混凝电解混凝电气浮电气浮电电 解解 浮浮 上上 法法 电解浮上法是将正负极相间的多组电极浸泡在废电解浮上法是将正负极相间的多组电极浸泡在废水中，当通以直流电时，废水电解，水中，当通以直流电时，废水电解，正负两级间正负两级间产生的氢和氧的细小气泡粘附于悬浮物上产生的氢和氧的细小气泡粘附于悬浮物上，将其，将其带至水面而达到分离的目的。带至水

4、面而达到分离的目的。 电解浮上法产生的气泡小于其他方法产生的电解浮上法产生的气泡小于其他方法产生的气泡，故特别适用于脆弱絮状悬浮物。电解浮上气泡，故特别适用于脆弱絮状悬浮物。电解浮上法的法的表面负荷通常低于表面负荷通常低于4m4m3 3/m/m2 2h h。 电解浮上法主要用于工业废水处理方面电解浮上法主要用于工业废水处理方面，处，处理水量约在理水量约在1020m1020m3 3/h/h。由于电耗高、操作运。由于电耗高、操作运行管理复杂及电极结垢问题，难用于大型生产。行管理复杂及电极结垢问题，难用于大型生产。电电 解解 浮浮 上上 法法 电电 解解 浮浮 上上 法法 微气泡曝气浮上法微气泡曝气

5、浮上法剪切气泡浮上法剪切气泡浮上法压缩空气引入到靠近池底压缩空气引入到靠近池底处的微孔板，并被微孔板处的微孔板，并被微孔板的微孔分散成细小气泡。的微孔分散成细小气泡。将空气引入到一个高速旋将空气引入到一个高速旋转混合器或叶轮机的附近，转混合器或叶轮机的附近，通过高速旋转混合器的高通过高速旋转混合器的高速剪切，将引入的空气切割速剪切，将引入的空气切割成细小气泡。成细小气泡。分散空气浮上法用于矿物浮选，也用于含油脂、羊毛分散空气浮上法用于矿物浮选，也用于含油脂、羊毛等污水的初级处理及含有大量表面活性剂的污水。等污水的初级处理及含有大量表面活性剂的污水。分散空气浮上法分散空气浮上法 微气泡曝气浮上法

6、微气泡曝气浮上法剪切气泡浮上法剪切气泡浮上法从溶解空气和从溶解空气和析出条件来看析出条件来看加压溶气浮上法：加压溶气浮上法：空气在加压条件下空气在加压条件下溶解，常压下使过溶解，常压下使过饱和空气以微小气饱和空气以微小气泡形式释放出来。泡形式释放出来。需要溶气罐、空压需要溶气罐、空压机或射流器、水泵机或射流器、水泵等设备等设备真空浮上法：真空浮上法：空气在常压下溶解，空气在常压下溶解，真空条件下释放。真空条件下释放。优点：无压力设备优点：无压力设备缺点：缺点：溶解度低、气泡释放溶解度低、气泡释放有限，需要真空设备，有限，需要真空设备，运行维护困难。运行维护困难。溶解空气浮上法溶解空气浮上法 真

7、空浮上法真空浮上法加压溶气气浮加压溶气气浮加压溶气浮上法的基本原理空气在水中的溶解度与压力的关系空气在水中的溶解度与压力的关系空气在水中的空气在水中的溶解度的表示溶解度的表示单位体积水单位体积水溶液中溶入溶液中溶入的空气的空气重量重量: :g(g(气气)/m)/m3 3( (水水) )单位体积水单位体积水溶液中溶入溶液中溶入的空气的空气体积体积: :mLmL( (气气)/L()/L(水水) )空气在纯水中的饱和溶解度 空气在水中的溶解度与空气在水中的溶解度与温度、压力有关温度、压力有关。 在一定范围内在一定范围内，温度越低、压力越大，其溶解度越大，温度越低、压力越大，其溶解度越大。 一定温度下

8、，溶解度与压力成正比。一定温度下，溶解度与压力成正比。 空气从水中析出的过程分两个步骤，即空气从水中析出的过程分两个步骤，即气泡的形成过程气泡的形成过程与与气泡的增长过程气泡的增长过程。 气泡核气泡核的形成过程是起着决定性作用，有了相当数量的气的形成过程是起着决定性作用，有了相当数量的气泡核，就可以控制气泡数量的多少与气泡直径的大小。从溶气泡核，就可以控制气泡数量的多少与气泡直径的大小。从溶气气浮上的要求来看，应当在这个过程中形成数目众多的气泡核，气浮上的要求来看，应当在这个过程中形成数目众多的气泡核，因为同样的溶解空气，如形成的因为同样的溶解空气，如形成的气泡核的数量越多气泡核的数量越多，则

9、形成的，则形成的气泡的直径也就越小，就越气泡的直径也就越小，就越有利于浮上工艺有利于浮上工艺的要求。的要求。 液体液体表面分子表面分子所受的分子引力所受的分子引力与液体与液体内部分子内部分子所受的分子引力不所受的分子引力不同，表面分子所受的作用力是不平同，表面分子所受的作用力是不平衡的，这不平衡的力有把表面分子衡的，这不平衡的力有把表面分子拉向液体内部、缩小液体表面积拉向液体内部、缩小液体表面积的的趋势，这种力称为趋势，这种力称为流体的表面张力流体的表面张力。 要使表面分子不被拉向液体内要使表面分子不被拉向液体内部，就需要克服液体内部分子的吸部，就需要克服液体内部分子的吸引力而作功，可见液体引

10、力而作功，可见液体表层分子具表层分子具有更多的能量有更多的能量，这种能量称，这种能量称表面能表面能。 在气浮过程中，存在着在气浮过程中，存在着液、气、液、气、颗粒三相介质颗粒三相介质，在各个不同介质的，在各个不同介质的表面也都因受力不平衡而产生表面也都因受力不平衡而产生表面表面张力张力（称界面张力），即具有表面（称界面张力），即具有表面能（称界面能）。能（称界面能）。气泡与悬浮颗粒粘附的条件 界面能界面能E与界面张力的关系如下：与界面张力的关系如下： 式中：式中： - - 界面张力系数；界面张力系数；S - S - 界面面积。界面面积。 气泡未与悬浮颗粒气泡未与悬浮颗粒粘附之前粘附之前，颗粒与

11、气泡的单位面积上的界面能分别为，颗粒与气泡的单位面积上的界面能分别为水水- -粒粒1 1和和水水- -气气1 1，这时单位面积上的界面能之和，这时单位面积上的界面能之和E E1 1为：为： 当气泡与悬浮颗粒粘附后当气泡与悬浮颗粒粘附后，界面能缩小，粘附面的单位面积上的界面能，界面能缩小，粘附面的单位面积上的界面能E E2 2及及其缩小值其缩小值EE分别为：分别为： 这部分能量差即为挤开气泡和颗粒之间的水膜所作的功，此值越大，气泡与这部分能量差即为挤开气泡和颗粒之间的水膜所作的功，此值越大，气泡与颗粒粘附得越牢固。颗粒粘附得越牢固。 水中的悬浮颗粒是否能与气泡粘附，与水、气、颗粒间的界面能有关。

12、当三水中的悬浮颗粒是否能与气泡粘附，与水、气、颗粒间的界面能有关。当三者相对稳定时，者相对稳定时，三相界面张力的关系三相界面张力的关系如图如图10-5110-51所示，其关系式为：所示，其关系式为： 式中：式中：-接触角（也称湿润角）接触角（也称湿润角）上式带入式（上式带入式（10-5810-58）得：）得：SE气水粒水-1E粒气-2E气粒气水粒水-21EEE气粒气水粒水-)180cos()cos-气水粒水气水粒水（E)cos1-（气水E)cos1-（气水E 上式表明，并不是水中所有的污染物质都能与气泡粘附，上式表明，并不是水中所有的污染物质都能与气泡粘附，是否能粘附与该类物质的接触角有关。是

13、否能粘附与该类物质的接触角有关。当当00时时，cos1cos1，E0E0，这类物质亲水性强（称亲，这类物质亲水性强（称亲水性物质），无力排开水膜，不易与气泡粘附，不能用气浮水性物质），无力排开水膜，不易与气泡粘附，不能用气浮法去除。法去除。当当180180时时，coscos -1 -1，E2E2水水- -气，这类物质憎气，这类物质憎水性强（称憎水性物质），易与气泡粘附，宜用气浮法去除。水性强（称憎水性物质），易与气泡粘附，宜用气浮法去除。 微细气泡与悬浮颗粒的粘附形式微细气泡与悬浮颗粒的粘附形式有气颗粒吸附、气泡顶有气颗粒吸附、气泡顶托以及气泡裹夹托以及气泡裹夹等三种形式，见图等三种形式，见图

14、10-5210-52所示。所示。气泡与悬浮颗气泡与悬浮颗粒的粘附形式粒的粘附形式气粒吸附气泡顶托气泡裹夹“颗粒颗粒- -气泡气泡”复合体的上浮速度，当流态为复合体的上浮速度，当流态为层流层流时，即时，即Re1Re0.6MPa0.6MPa空气供给设备空气供给设备压力溶气系统压力溶气系统加压水泵加压水泵压力溶气罐压力溶气罐空气供给设备空气供给设备附属设备附属设备水泵压水管装水泵压水管装射流器挟气式射流器挟气式空压机供气式空压机供气式溶气方式有三种溶气方式有三种水泵吸气式在经济和安全方面都不理水泵吸气式在经济和安全方面都不理想，已很少使用。想，已很少使用。空压机供气是较早使用的一种供气方空压机供气是

15、较早使用的一种供气方式，使用较广泛，其优点是能耗相对式，使用较广泛，其优点是能耗相对较低。较低。压力管装射流器进行溶气的优点是不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需另设空压机，没有空压机带来的油污染和噪声。污染和噪声。水水 泵泵 吸吸 气气 式式图图10-44图图10-45图图10-46 空气释放系统是由空气释放系统是由溶气释溶气释放装置放装置和和溶气水管路组成。溶气水管路组成。 溶气释放装置的功能是将溶气释放装置的功能是将压力容器水减压，使溶气水压力容器水减压，使溶气水中的气体以微气泡的形式释中的气体以微气泡的形式释放出来，并能迅速、均匀地放出来，并能迅速、均匀

16、地与水中的颗粒物质粘附。与水中的颗粒物质粘附。 常用的溶气释放装置有减常用的溶气释放装置有减压阀、溶气释放喷嘴、释放压阀、溶气释放喷嘴、释放器等。器等。 空气释放系统空气释放系统 气浮池的功能是提供一定的容积和池表面积，使微气泡与水气浮池的功能是提供一定的容积和池表面积，使微气泡与水中悬浮颗粒充分混合、接触、粘附，并使带气颗粒与水分离。中悬浮颗粒充分混合、接触、粘附，并使带气颗粒与水分离。目前最常用，其反应池与气浮池合建。目前最常用，其反应池与气浮池合建。废水进入反应池完全混合后，经挡板底部废水进入反应池完全混合后，经挡板底部进入气浮接触室以延长絮体与气泡的接触进入气浮接触室以延长絮体与气泡的

17、接触时间，然后由接触室上部进入分离室进行时间，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，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。清水由底部集水槽排出。平流式气浮池的优点是池深浅、造价低、平流式气浮池的优点是池深浅、造价低、构造简单、运行方便。构造简单、运行方便。缺点是分离部分的容积利用率不高等。缺点是分离部分的容积利用率不高等。气浮池的有效水深通常为气浮池的有效水深通常为2.02.5m2.02.5m，一般以单格宽度不超过，一般以单格宽度不超过10m10m，长度不超过长度不超过15m15m为宜。为宜。废水在反应池中的停留时间与混凝剂种类、投加量、反应

18、形式等因素有关，一般为废水在反应池中的停留时间与混凝剂种类、投加量、反应形式等因素有关，一般为515min515min。为避免打碎絮体，废水经挡板底部进入气浮接触室时的流速应小于为避免打碎絮体，废水经挡板底部进入气浮接触室时的流速应小于0.1m/s0.1m/s。废水在接触废水在接触室中的上升流速一般为室中的上升流速一般为1020mm/s1020mm/s，停留时间应大于停留时间应大于60s60s。竖流式气浮池的基本工艺参数与平流竖流式气浮池的基本工艺参数与平流式气浮池相同。式气浮池相同。其优点是接触室在池中央，水流向四其优点是接触室在池中央，水流向四周扩散，水力条件较好。周扩散，水力条件较好。缺

19、点是与反应池较难衔接，容积利用缺点是与反应池较难衔接，容积利用率较低。率较低。有经验表明，当处理水量大于有经验表明，当处理水量大于150200m150200m3 3/h/h，废水中的可沉物质较多废水中的可沉物质较多时，宜采用竖流式气浮池。时，宜采用竖流式气浮池。 气气 浮浮 池池 竖流式气浮池竖流式气浮池平流式气浮池平流式气浮池图图10-47图图10-48n气浮池：气浮池： 1. 1.当有试验资料时，可用下述公当有试验资料时，可用下述公 式计算：式计算： 式中：式中： Q-Q-气浮池设计水量，气浮池设计水量，mm3 3/h/h； R-R-试验条件下的回流比，试验条件下的回流比，%； a ac

20、c- -试验条件下的释气量，试验条件下的释气量，L/mL/m3 3； -水温校正系数，取水温校正系数，取1.11.31.11.3（主要考虑水的粘滞度影响，（主要考虑水的粘滞度影响， 试验时水温与冬季水温相差大试验时水温与冬季水温相差大 者取高值）。者取高值）。 2.2.当无试验资料时，可根据当无试验资料时，可根据气固比气固比（A/SA/S）进行估算，计算式如下：）进行估算，计算式如下： 式中：式中：A/S - A/S - 气固比（气固比（g g释放的气体释放的气体/g/g悬悬 浮固体），浮固体），0.0050.0600.0050.060，一般为，一般为 0.0050.0060.0050.006

21、。 当悬浮固体浓度较高当悬浮固体浓度较高 时取上限，如剩余污泥气浮浓缩时，时取上限，如剩余污泥气浮浓缩时， 气固比采用气固比采用0.030.040.030.04； 空气的密度；空气的密度； c cs s - - 某一温度下的空气溶解度；某一温度下的空气溶解度； f - f - 压力为压力为p p时，水中的空气溶解效率，时，水中的空气溶解效率， 0.50.90.50.9（表（表10-710-7）；）； p p - - 表压，表压，kPakPa； QQR R - - 加压水回流量，加压水回流量，mm3 3/h/h； QQ - - 设计水量，设计水量，mm3 3/h/h； S Sa a- - 入流废

22、水的悬浮固体浓度，入流废水的悬浮固体浓度，mg/Lmg/L。压力溶气浮上法的设计计算压力溶气浮上法的设计计算 气浮所需空气量气浮所需空气量cgaQRQaRQSQpfpCsSA) 1/( 溶气罐直径溶气罐直径D Dd d选定过流密度选定过流密度I I后，溶气罐直径按下式计算：后，溶气罐直径按下式计算： 一般对于一般对于空罐空罐I I选用选用 10002000m10002000m3 3/(m/(m2 2d)d)， 对对填料罐填料罐I I选用选用 25005000 m25005000 m3 3/(m/(m2 2d)d)。 溶气罐高溶气罐高h h： 式中：式中： h h1 1 - - 罐顶、底封头高度

23、罐顶、底封头高度 （根据罐直径而定），（根据罐直径而定），mm； h h2 2 - - 布水区高度，布水区高度， 一般取一般取0.20.3m0.20.3m； h h3 3 - - 贮水区高度，贮水区高度， 一般取一般取1.0m1.0m； h h4 4 - - 填料层高度，当采用阶梯环填料层高度，当采用阶梯环 时，可取时，可取1.01.3m1.01.3m。压压 力力 溶溶 气气 浮浮 上上 法法 的的 设设 计计 计计 算算 溶溶 气气 罐罐IQDRd443212hhhhh压压 力力 溶溶 气气 浮浮 上上 法法 的的 设设 计计 计计 算算 气气 浮浮 池池接触池的表面积接触池的表面积AcAc

24、选定接触室中水流的上升流速选定接触室中水流的上升流速u uc c后，按下式计算：后，按下式计算：接触室的容积一般应按停留时间大于接触室的容积一般应按停留时间大于60s60s进行复核。进行复核。cRcuQQAHAAVsc)(分离室的表面积分离室的表面积AsAs选定分离速度（分离室的向下平均水流速度）选定分离速度（分离室的向下平均水流速度）u us s后按下式计算：后按下式计算：对矩形池子分离室的长宽比一般取对矩形池子分离室的长宽比一般取1:12:11:12:1。sRuQQAs气浮池的净容积气浮池的净容积V V选定池的平均水深选定池的平均水深H H（指分离室深），按下式计算：（指分离室深），按下式

25、计算：同时以池内停留时间（同时以池内停留时间（t t）进行校核，一般要求）进行校核，一般要求t t为为1020min1020min。水量调节水量调节水质调节水质调节水量水质调节水量水质调节第七节第七节 水质和水量调节水质和水量调节( (补充补充) ) 水量调节水量调节 水量调节池是一座变水位的贮水池，来水重力流，出水用泵水量调节池是一座变水位的贮水池，来水重力流，出水用泵抽，贮存盈余，补充短缺。抽，贮存盈余，补充短缺。水量调节池水量调节池对角线出水调节池对角线出水调节池折流调节池折流调节池调节池类型调节池类型废水流量变化曲线废水流量变化曲线061218245010015061.0平均流量曲线流量曲线Q=1464m/d3图2-1 某厂废水流量曲线 生产周期生产周期T T内废水总量内废水总量WWT T（mm3 3） 式中：式中：q qi it ti i时段内废水的平均流量，时段内废水的平均流量，mm3 3/h/h t ti i时段时段,h,h 在周期在周期T T内废水平均流量内废水平均流量QQ（mm3 3/h/h）