水污染控制工程课件教学

第8章气浮AirFlotation11/4/20221第8章11/2/20221概述气浮是将空气以某种方式分散到废水中，形成大量微小气泡，使废水中的污染物吸附在气泡上，并随气泡一起上浮到水的表面而形成三相泡沫层，然后分离泡沫与水而实现去除污染物的过程。要实现气浮的过程必须具备以下条件：

①必须向水中提供足够数量的微气泡，气泡理想尺寸为15～30

m；

②必须使固态或液态污染物质颗粒呈悬浮状态且具有疏水性质，从而能附着在气泡上上浮；

③必须有适合于气浮工艺的设备。气浮过程包括气泡产生、气泡与颗粒(固体或液滴)附着以及上浮分离等连续步骤。11/4/20222概述气浮是将空气以某种方式分散到废水中，形成大量微小气泡，使在废水处理中，气浮法广泛应用于:

①分离回收含油废水中的悬浮油和乳化油；

②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；

③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；

④浓缩剩余活性污泥；⑤分离回收以分子或离子状态存在的表面活性物质、金属离子等物质。概述11/4/20223在废水处理中，气浮法广泛应用于:概述11/2/20223按照生成气泡方式的不同：

气浮法电解气浮法散气气浮法溶气气浮法11/4/20224按照生成气泡方式的不同：气浮法电解气浮法散气气浮法溶气气浮第8章气浮8.4气浮池8.4.1平流式气浮池8.4.2竖流式气浮池8.4.3附属设备8.5气浮法的基本原理

8.5.1颗粒与微气泡的粘附8.5.2化学药剂对气浮的影响8.6气浮法在废水处理中的应用8.1电解气浮法

8.1.1平流式电解气浮装置8.1.2竖流式电解气浮装置8.2散气气浮法8.2.1微孔曝气气浮法8.2.2剪切气泡气浮法8.3溶气气浮法8.3.1真空溶气气浮法

8.3.2加压溶气气浮法11/4/20225第8章气浮8.4气浮池8.1电解气浮法11/2/208.1电解气浮法电解气浮法是运用电化学方法，使设置在废水中的电极在直流电的作用下电解水，在电极周围产生细小均匀的氢气泡或氧气泡，这些气泡粘附废水中的固体或液体污染物共同上浮，以去除废水中污染物的一种方法电解气浮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可分为平流式和竖流式两种11/4/202268.1电解气浮法电解气浮法是运用电化学方法，使设置在废水中的8.1.1平流式电解气浮装置进水出水排浮渣图8-1平流式电解气浮装置入流室整流栅

排渣阀水位调节器浮渣室排泥口

电极组接触区分离室刮渣机平流式电解气浮装置采用矩形气浮池，设备构造如图8-1所示

11/4/202278.1.1平流式电解气浮装置进水出水排浮渣图8-1平流式电解8.1.2竖流式电解气浮装置

图8-2竖流式电解气浮装置进水出水排浮渣集水孔

排泥管

出水管水位调节器分离室整流区出流孔刮渣机浮渣室排泥阀电极组整流栅入流室竖流式电解气浮装置采用中央进水方式，其构造如图8-2所示11/4/202288.1.2竖流式电解气浮装置

图8-2竖流式电解气浮装置进优点

①去除污染物范围广；

②泥渣量少；

③工艺简便；

④设备简单等。缺点

①电耗较大；

②电极清理更换不方便；多用于去除细小分散的悬浮固体或乳化油电解气浮法的优缺点11/4/20229优点缺点电解气浮法的优缺点11/2/20229第8章气浮8.4气浮池8.4.1平流式气浮池8.4.2竖流式气浮池8.4.3附属设备8.5气浮法的基本原理

8.5.1颗粒与微气泡的粘附8.5.2化学药剂对气浮的影响8.6气浮法在废水处理中的应用8.1电解气浮法

8.1.1平流式电解气浮装置8.1.2竖流式电解气浮装置8.2散气气浮法8.2.1微孔曝气气浮法8.2.2剪切气泡气浮法8.3溶气气浮法8.3.1真空溶气气浮法

8.3.2加压溶气气浮法11/4/202210第8章气浮8.4气浮池8.1电解气浮法11/2/208.2散气气浮法

散气气浮法是一种直接向水中充入气体，利用散气装置使气体以气泡的形式均匀分布于废水中的一类气浮法。

微孔曝气气浮法剪切气泡气浮法

散气气浮法11/4/2022118.2散气气浮法散气气浮法是一种直接向水中充入气体，利用8.2.1微孔曝气气浮法微孔陶瓷扩散板

排渣口

分离区

图8-3扩散板曝气气浮浮渣出水进水进气微孔曝气气浮法是使压缩气体通过微孔散气装置，利用压缩气体的爆破力和微孔的剪切力使气体在水中分裂成微气泡分布于水中的一种气浮法。在实践应用中主要是扩散板曝气气浮法，其气浮装置如图8-3所示 此方法的特点是简便易行，但其散气装置中的微孔容易堵塞，产生的气泡直径较大且难于控制，气浮效果不甚理想。11/4/2022128.2.1微孔曝气气浮法微孔陶瓷扩散板排渣口分离区图88.2.2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、散布气体的一种气浮法。按照分割气泡的方法，可分为

(a)射流气浮法

(b)叶轮气浮法(c)涡凹气浮法等11/4/2022138.2.2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(a)射流气浮法射流气浮法是采用如图8-4所示的射流器向水中充入空气的。射流气浮池多为圆形竖流式。这类气浮方法设备简单，但受设备工作特性的限制，吸气量不大，一般不超过进水量体积分数的l0%。图8-4射流器的构造吸入管

扩散管喉管喷嘴11/4/202214(a)射流气浮法图8-4射流器的构造吸入管扩散管喉管喷嘴(b)叶轮气浮法图8-5叶轮气浮示意图图8-6叶轮示意图进水出水出渣整流板

叶轮盖板轴套转轴轴承进气管导向板分离区轴套盖板转轴叶轮叶片导向板循环进水孔11/4/202215(b)叶轮气浮法图8-5叶轮气浮示意图图8-6叶轮示意图(c)涡凹气浮法图8-7涡凹气浮系统示意图进水出水进气孔涡凹曝气机分离区涡轮接触区刮泥机集渣槽回流管水位调节器11/4/202216(c)涡凹气浮法图8-7涡凹气浮系统示意图进水出水进气孔涡第8章气浮8.4气浮池8.4.1平流式气浮池8.4.2竖流式气浮池8.4.3附属设备8.5气浮法的基本原理

8.5.1颗粒与微气泡的粘附8.5.2化学药剂对气浮的影响8.6气浮法在废水处理中的应用8.1电解气浮法

8.1.1平流式电解气浮装置8.1.2竖流式电解气浮装置8.2散气气浮法8.2.1微孔曝气气浮法8.2.2剪切气泡气浮法8.3溶气气浮法8.3.1真空溶气气浮法

8.3.2加压溶气气浮法11/4/202217第8章气浮8.4气浮池8.1电解气浮法11/2/208.3溶气气浮法溶气气浮法是利用气体在水中的溶解度随着压力的提高而增加的原理，通过对废水增加或减少压力，使气体在高压力时溶入水中，在低压力时从水中析出，从而产生大量气泡，达到气浮效果的一类气浮法。溶气气浮法的气泡是由溶解于水中的气体自然析出产生的，产生的气泡粒径小且均匀、气泡量大、上升速度慢、对池搅动小、分布均匀，气浮效果好，应用最为广泛。溶气气浮法不同于其它气浮法的地方就在于它具有溶气、释气设备。根据产生压力差的方法不同,溶气气浮法真空溶气气浮法加压溶气气浮法11/4/2022188.3溶气气浮法溶气气浮法是利用气体在水中的溶解度随着压力8.3.1真空溶气气浮法真空溶气气浮法是通过产生负压的方法形成压力差，从而使气体在常压下溶入废水，在低压析出并实现溶气气浮的过程。真空气浮设备的构造如图8-8所示。图8-8真空气浮设备入流调节器

进水出水出渣接真空系统曝气器出渣室消气井集渣槽分离区刮渣板环形出水槽刮泥板操作室（包括抽真空设备）11/4/2022198.3.1真空溶气气浮法真空溶气气浮法是通过产生负压的方法形8.3.2加压溶气气浮法加压溶气气浮法是通过产生正压的方法实现气体在废水中的溶入，在常压下析出过程的一类溶气气浮法。加压溶气气浮工艺主要由压缩空气产生设备、空气释放设备和气浮池等组成。加压溶气气浮法根据溶气水的来源或数量的不同分为：加压溶气气浮法(a)全部废水溶气气浮(b)部分废水溶气气浮(c)部分废水回流溶气气浮11/4/2022208.3.2加压溶气气浮法加压溶气气浮法是通过产生正压的方法实全部废水溶气气浮工艺流程是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

压力表压力溶气罐溶气释放器(a)全部废水溶气气浮图8-9全部废水溶气气浮法工艺流程压缩空气进水出水水位调节器

浮渣室加压泵减压阀刮渣机分离区排水区放气阀11/4/202221全部废水溶气气浮工艺流程是将全部废水进行加压溶气，再经减压释(b)部分废水溶气气浮部分废水溶气气浮工艺流程是将部分废水进行加压溶气，其余废水直接进入气浮池

图8-10部分废水溶气气浮法工艺流程压缩空气进水出水压力表压力溶气罐水位调节器

加压泵减压阀刮渣机分离区放气阀11/4/202222(b)部分废水溶气气浮部分废水溶气气浮工艺流程是将部分废水进(c)部分废水回流溶气气浮部分回流加压溶气气浮工艺是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

图8-11部分回流溶气气浮法工艺流程压缩空气进水出水压力表压力溶气罐水位调节器

加压泵减压阀刮渣机分离区放气阀11/4/202223(c)部分废水回流溶气气浮部分回流加压溶气气浮工艺是将部分出第8章气浮8.4气浮池8.4.1平流式气浮池8.4.2竖流式气浮池8.4.3附属设备8.5气浮法的基本原理

8.5.1颗粒与微气泡的粘附8.5.2化学药剂对气浮的影响8.6气浮法在废水处理中的应用8.1电解气浮法

8.1.1平流式电解气浮装置8.1.2竖流式电解气浮装置8.2散气气浮法8.2.1微孔曝气气浮法8.2.2剪切气泡气浮法8.3溶气气浮法8.3.1真空溶气气浮法

8.3.2加压溶气气浮法11/4/202224第8章气浮8.4气浮池8.1电解气浮法11/2/208.4气浮池目前常用的气浮池均为敞式水池，分为平流式气浮池竖流式气浮池气浮池11/4/2022258.4气浮池目前常用的气浮池均为敞式水池，分为平流式气浮池8.4.1．平流式气浮池平流式气浮池的池体一般为矩形，池深一般为1.5～2.0m，不会超过2.5m，池深与池宽之比大于0.3。气浮池的表面负荷通常取5～10m3/(m2·h)，总停留时间为30～40min。在平流式气浮池中，为了防止进水水流对池中上浮的气泡产生干扰和影响，一般把气浮池的上浮部分分隔出来，前面的整流部分称为接触区，后面的浮上部分则称为分离区。11/4/2022268.4.1．平流式气浮池平流式气浮池的池体一般为矩形，池深一图8-12平流式气浮池溶气水进水出水传动链接触区分离区刮渣板排泥口水位调节器集水槽出水管集渣槽11/4/202227图8-12平流式气浮池溶气水进水出水传动链接触区分离区刮渣8.4.2竖流式气浮池

竖流式气浮池一般采用圆柱形池体，池高度一般为4～5m，直径一般在9～10m以内。采取中央进水的方式，如图8-13所示。竖流式气浮池中一般采用行星式刮渣机，平流式气浮池中一般采用桥式刮渣机。溶气水排泥出水排渣接触区减压阀水位调节器刮渣机刮渣板分离区进水图8-13竖流式气浮池11/4/2022288.4.2竖流式气浮池

竖流式气浮池一般采用圆柱形池体，池8.4.3附属设备1）加压泵

用来供给一定量的溶气水2）溶气罐

溶气罐的作用是使水和空气充分接触，加速空气的溶解3）减压阀

利用现成的截止阀4）专用释放器

根据溶气释放规律专门制造

11/4/2022298.4.3附属设备1）加压泵11/2/202229第8章气浮8.4气浮池8.4.1平流式气浮池8.4.2竖流式气浮池8.4.3附属设备8.5气浮法的基本原理

8.5.1颗粒与微气泡的粘附8.5.2化学药剂对气浮的影响8.6气浮法在废水处理中的应用8.1电解气浮法

8.1.1平流式电解气浮装置8.1.2竖流式电解气浮装置8.2散气气浮法8.2.1微孔曝气气浮法8.2.2剪切气泡气浮法8.3溶气气浮法8.3.1真空溶气气浮法

8.3.2加压溶气气浮法11/4/202230第8章气浮8.4气浮池8.1电解气浮法11/2/208.5气浮法的基本原理以下从废水中杂质颗粒与微气泡相粘附的机理和化学药剂对气浮工艺的影响机理两个方面来阐明气浮法的基本原理。8.5.1颗粒与微气泡的粘从研究三相混合系的界面张力和体系界面自由能，以及颗粒表面疏水性和润湿接触角出发，探讨颗粒与微气泡的粘附条件和它们之间的内在规律。a．界面张力、接触角和体系界面自由能b．气-粒的亲水粘附和疏水粘附11/4/2022318.5气浮法的基本原理以下从废水中杂质颗粒与微气泡相粘附的a．界面张力、接触角和体系界面自由能

在水、气、固（杂质颗粒或液滴）三相混合系中，不同相之间的界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，由于界面张力的存在就会产生表面吸附作用。当三相达到平衡时，三相间的吸附界面构成的交界线称为润湿周边。为了便于讨论，分别用1、2、3来表示水、气、固三相。通过润湿周边（即相界面交界线）作水-固界面张力作用线(1.3)和水-气界面张力作用线(1.2)，两作用线的夹角（包含液相的）为润湿接触角(

)。

如图8-14所示。废水中具有不同表面性质的颗粒，其润湿接触角大小不同。通常将＞900的颗粒表面称为疏水表面，这种颗粒表面易于与气泡粘附；将＜900的颗粒表面称为亲水表面，这种颗粒表面不易与气泡粘附。11/4/202232a．界面张力、接触角和体系界面自由能在水、气、固（杂质颗粒图8-14润湿接触角示意图LSLGGS11/4/202233图8-14润湿接触角示意图LSLGGS11/2/

从物理化学和热力学可知，由水、气泡和颗粒三相构成的混合液中，每两相之间的界面上都存在着体系界面自由能(W)。体系界面自由能(W)有降低到最小的趋势，使分散相总表面积减小。

如果界面能用W表示，则有：

式中，S是界面面积，m2；为单位面积界面上的界面能，在数值上与界面张力相等，单位为N/m。颗粒与气泡粘附前，颗粒和气泡单位面积(S＝1)的界面能，分别为固-液界面与气-液界面能之和，及1.3×1及1.2×1，这时单位面积上的界面能之和为：11/4/202234从物理化学和热力学可知，由水、气泡和颗粒三相构成的混合液中当颗粒与气泡粘附后，由于气-液界面和固-液界面小时，形成了新的固-气界面，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：由于气泡和颗粒的附着过程是向该体系界面能减小的方向自发地进行的，因此W值越大，界面的气浮活性越高，越容易进行气浮处理。11/4/202235当颗粒与气泡粘附后，由于气-液界面和固-液界面小时，形成了新疏水性颗粒气泡亲水性颗粒b气-粒的亲水粘附和疏水粘附如图8-15所示，由于水中颗粒表面性质的不同，所构成的气-固的粘附情况也不同。亲水性颗粒润湿接触角(

)小，气-固两相接触面积小，结合不牢容易脱落，此为亲水粘附。疏水性颗粒的润湿接触角(

)大，气-固结合牢固不易脱落，此为疏水粘附。图8-15亲水性和疏水性颗粒的接触角及与气泡的作用示意图σ12σ12σ13σ23θθσ23σ13θ11/4/202236疏水性颗粒气泡亲水性颗粒b气-粒的亲水粘附和疏水粘附如图8平衡状态时，三相界面张力之间关系可用式8-5表示代入式(8-4)并加以整理可得：从式8-6可知，当0，cos1，则(1－cos)0，这种物质不易与气泡粘附，不能用气浮法去除。当180,cos－1，则(1－cos)2，这种物质易于与气泡粘附，宜于用气浮法去除。当接触角＜900(见图8-15)时，由式(8-5)可得：即：上式表明，水中颗粒的润湿接触角()是随水的表面张力(1.2)的不同而改变的；增大水的表面张力(1.2)，可以使固体接触角增加，有利于气-固结合，反之，则有碍于气-固结合。11/4/202237平衡状态时，三相界面张力之间关系可用式8-5表示11/2/28.5.2化学药剂对气浮的影响

同样体积的空气形成分散的小气泡的表面积大于形成大气泡的表面积，因此，形成分散的小气泡会增加气泡与颗粒的碰撞粘附的机会；另外，由于大气泡承受剪切力的能力比小气泡弱，因此在不稳定的水力环境下小气泡更加稳定，因此形成小气泡更有利于气浮。实践证明，气泡直径在100m以下才能很好的与颗粒粘附。但是要在待处理的废水中形成一定直径和一定密度的小气泡需要一定的条件。11/4/2022388.5.2化学药剂对气浮的影响

同样体积的空气形成分散的小气起泡剂表面活性物质亦称起泡剂。大多数起泡剂是由极性-非极性分子组成，其增强气泡稳定性的机理是通过极性-非极性分子对气泡壁的包裹，使气泡壁增厚从而增大气泡的抗剪切力的能力，并且由于表面活性物质具有一端是极性基而另一端是非极性基的结构。当表面活性物质包裹在气泡壁上时，由于水分子是强极性分子，所以表面活性物质的极性端伸入水中，而其非极性端则伸向气泡内部，因为表面活性物质的极性端带有同号的电荷，根据同性相斥的原则，气泡和气泡之间由于存在微弱的电斥力，可有效的抑制气泡的合并作用，从而能有效的防止气泡的合并与破灭，增强了泡沫稳定性。当表面活性物质不足时，为保证气浮效果，应进行化学药剂的投加，投加量应根据试验确定11/4/202239起泡剂表面活性物质亦称起泡剂。11/2/202239破乳剂如果水中表面活性物质过多，使气泡或颗粒（如油粒）由于带同号电荷而过于稳定，也难于形成泡沫。废水中含有的亲水性固体粉末，如粉砂、粘土等，其润湿角在0

～90之间，因此这些亲水性固体表面的一小部分被油所粘附，大部分被水润湿。油珠被这些固体粉末所包裹，也难于形成泡沫。这种情况下需投加混凝剂（又称破乳剂），给水中增加带有相反电荷的胶体，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。11/4/202240破乳剂如果水中表面活性物质过多，使气泡或颗粒（如油粒）由于带第8章气浮8.4气浮池8.4.1平流式气浮池8.4.2竖流式气浮池8.4.3附属设备8.5气浮法的基本原理

8.5.1颗粒与微气泡的粘附8.5.2化学药剂对气浮的影响8.6气浮法在废水处理中的应用8.1电解气浮法

8.1.1平流式电解气浮装置8.1.2竖流式电解气浮装置8.2散气气浮法8.2.1微孔曝气气浮法8.2.2剪切气泡气浮法8.3溶气气浮法8.3.1真空溶气气浮法

8.3.2加压溶气气浮法11/4/202241第8章气浮8.4气浮池8.1电解气浮法11/2/20压力溶气气浮和涡凹气浮在废水处理中已得到广泛应用。1．压力溶气气浮法在含油废水处理中的应用2．压力溶气气浮法在强化一级处理中的应用3．涡凹气浮法在废水处理中的应用8.6气浮法在废水处理中的应用11/4/202242压力溶气气浮和涡凹气浮在废水处理中已得到广泛应用。8.6气1．压力溶气气浮法在含油废水处理中的应用某厂经平流式隔油池处理后的含油废水量为250m3／h，主要污染物含量：石油类80mg/L、硫化物5.45mg/L、挥发酚21.9mg/L、COD400mg/L、pH值7.9，废水处理采用部分回流加压溶气气浮流程。含油废水经平流式隔油池处理后，在进水管上加入20mg/L的聚合氯化铝，搅拌混合后流入气浮池。气浮的处理出水，部分送入生物处理构筑物进一步处理，部分用泵进行加压溶气后送入溶气罐，进罐前加入5％的压缩空气．在0.3MPa压力下使空气溶于水中，然后在顶部减压后从释放器进入气浮池。浮在池面的浮渣用刮渣机刮至排渣槽。主要构筑物的设计参数和实际运行参数见表8-111/4/2022431．压力溶气气浮法在含油废水处理中的应用某厂经平流式隔油池处表8-1主要构筑物的设计参数和实际运行参数出水水质：石油类17mg/L，硫化物2.54mg/L，挥发酚18.4mg/L，COD250mg/L，pH7.5。设备设计参数实际运行参数流速/(m/min)停留时间/min回流量/%流速/(m/min)停留时间/min回流量/%气浮池溶气罐0.55－533.2100－0.21－1489.680－11/4/202244表8-1主要构筑物的设计参数和实际运行参数出水水质：石油2．压力溶气气浮法在强化一级处理中的应用处理城市污水的初沉池表面负荷通常为2m3/(m2·h)左右，能去除颗粒直径为50μm左右，此时一般可以去除50％左右的悬浮固体和30％左右的有机物。在强化一级污水处理中，常采用的方法是投加絮凝剂，使胶体脱稳，凝结成大颗粒后去除。去除颗粒的直径可降到0.1μm，去除效率得到显著提高。在一些国家（如挪威），强化一级处理的主要目的是加强对磷的去除，此外对有机物、细菌、及微污染物也有较好的去除效果。因此，用溶气气浮（DAF）代替初次沉淀池进行城市污水强化一级处理得到了广泛的应用。当采用混凝-气浮工艺处理城市污水时，可采用如下设计参数：水力停留时间采用25～30min；絮凝池尽可能采用推流式，当采用完全混合（搅拌）式时，混合池至少应分为两格，G值采用60～80s-1；气浮池设计水力负荷为5～6m3/(m2·h)，最高可高达10m3/(m2·h)，当水量变化小时，推荐采用8m3/(m2·h)；溶气压力为0.5MPa时，回流比采用10％～20％。11/4/2022452．压力溶气气浮法在强化一级处理中的应用11/2/20224表8-2混凝-气浮工艺强化一级处理的城市污水处理厂运行数据（括号内为最大值）序号表面负荷m3/(m2·h)TPCOD进水/(mg/L)出水/(mg/L)去除率/％进水/(mg/L)出水/(mg/L)去除率/％11.9（4.0）5.9（9.3）0.12（0.42）98.0337(710)62（120）81.624.2（8.7）4.6（7.3）0.21（0.59）95.4109(190）8.9（15.3）91.831.9（6.9）4.4（7.6）0.19（0.34）97.7343(643）97（151）71.744.6（7.3）4.6（7.3）0.38（1.63）91.793(180）28（58）69.954.4（6.6）1.9（2.7）0.06（0.07）96.8119(167)30（30）74.811/4/202246表8-2混凝-气浮工艺强化一级处理的城市污水处理厂运行数用三氯化铁作为混凝剂时，投加量为15～25mg/L。在某些情况下也可采用其它聚合物，投加量取决于原水水质。强化一级污水处理厂采用溶气气浮工艺进行固液分离的运行效果相当于或好于用沉淀池进行固液分离的运行效果。3．涡凹气浮法在废水处理中的应用CAF涡凹气浮系统已应用于很多行业的废水处理，特别是广泛应用于含油废水和造纸废水处理中，取得了较好的效果，表8-3为CAF涡凹气浮系统在部分行业废水处理的运行效果。表8-3CAF涡凹气浮系统在部分行业废水处理的运行效果11/4/202247用三氯化铁作为混凝剂时，投加量为15～25mg/L。在某些情废水类型流量/(m3/h)进水/(mg/L)出水/(mg/L)去除率/%BODCODSS油BODCODSS油BODCODSS油造纸废水（白纸）100－63254366－－2875100－－54.597－造纸废水（牛皮纸）150－92001760－－510092－－44.594.7－乳品废水150－444006410250－480033455－89.194.778肉类加工废水1001440－3880826810－2902543.8－92.596.9炼油废水100－－50000－－65－99.8重工业洗剂废水25－－59503995－－7728－98.799.3鸡肉加工废水50510－395－120－3676.5－90.8食品加工废水163540－1080059000232－31860857－9799鱼肉加工废水582600－25007651100－1902957.6－92.496.7精炼脱盐废水50－－3320350－－116－－99.698.3含油废水5－883.840.7－546.34.7－32.62－87.011/4/202248废水类型流量进水/(mg/L)出水/(mg/L)去除率/%B第8章气浮AirFlotation11/4/202249第8章11/2/20221概述气浮是将空气以某种方式分散到废水中，形成大量微小气泡，使废水中的污染物吸附在气泡上，并随气泡一起上浮到水的表面而形成三相泡沫层，然后分离泡沫与水而实现去除污染物的过程。要实现气浮的过程必须具备以下条件：

①必须向水中提供足够数量的微气泡，气泡理想尺寸为15～30

m；

②必须使固态或液态污染物质颗粒呈悬浮状态且具有疏水性质，从而能附着在气泡上上浮；

③必须有适合于气浮工艺的设备。气浮过程包括气泡产生、气泡与颗粒(固体或液滴)附着以及上浮分离等连续步骤。11/4/202250概述气浮是将空气以某种方式分散到废水中，形成大量微小气泡，使在废水处理中，气浮法广泛应用于:

①分离回收含油废水中的悬浮油和乳化油；

②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；

③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；

④浓缩剩余活性污泥；⑤分离回收以分子或离子状态存在的表面活性物质、金属离子等物质。概述11/4/202251在废水处理中，气浮法广泛应用于:概述11/2/20223按照生成气泡方式的不同：

气浮法电解气浮法散气气浮法溶气气浮法11/4/202252按照生成气泡方式的不同：气浮法电解气浮法散气气浮法溶气气浮第8章气浮8.4气浮池8.4.1平流式气浮池8.4.2竖流式气浮池8.4.3附属设备8.5气浮法的基本原理

8.5.1颗粒与微气泡的粘附8.5.2化学药剂对气浮的影响8.6气浮法在废水处理中的应用8.1电解气浮法

8.1.1平流式电解气浮装置8.1.2竖流式电解气浮装置8.2散气气浮法8.2.1微孔曝气气浮法8.2.2剪切气泡气浮法8.3溶气气浮法8.3.1真空溶气气浮法

8.3.2加压溶气气浮法11/4/202253第8章气浮8.4气浮池8.1电解气浮法11/2/208.1电解气浮法电解气浮法是运用电化学方法，使设置在废水中的电极在直流电的作用下电解水，在电极周围产生细小均匀的氢气泡或氧气泡，这些气泡粘附废水中的固体或液体污染物共同上浮，以去除废水中污染物的一种方法电解气浮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可分为平流式和竖流式两种11/4/2022548.1电解气浮法电解气浮法是运用电化学方法，使设置在废水中的8.1.1平流式电解气浮装置进水出水排浮渣图8-1平流式电解气浮装置入流室整流栅

排渣阀水位调节器浮渣室排泥口

电极组接触区分离室刮渣机平流式电解气浮装置采用矩形气浮池，设备构造如图8-1所示

11/4/2022558.1.1平流式电解气浮装置进水出水排浮渣图8-1平流式电解8.1.2竖流式电解气浮装置

图8-2竖流式电解气浮装置进水出水排浮渣集水孔

排泥管

出水管水位调节器分离室整流区出流孔刮渣机浮渣室排泥阀电极组整流栅入流室竖流式电解气浮装置采用中央进水方式，其构造如图8-2所示11/4/2022568.1.2竖流式电解气浮装置

图8-2竖流式电解气浮装置进优点

①去除污染物范围广；

②泥渣量少；

③工艺简便；

④设备简单等。缺点

①电耗较大；

②电极清理更换不方便；多用于去除细小分散的悬浮固体或乳化油电解气浮法的优缺点11/4/202257优点缺点电解气浮法的优缺点11/2/20229第8章气浮8.4气浮池8.4.1平流式气浮池8.4.2竖流式气浮池8.4.3附属设备8.5气浮法的基本原理

8.5.1颗粒与微气泡的粘附8.5.2化学药剂对气浮的影响8.6气浮法在废水处理中的应用8.1电解气浮法

8.1.1平流式电解气浮装置8.1.2竖流式电解气浮装置8.2散气气浮法8.2.1微孔曝气气浮法8.2.2剪切气泡气浮法8.3溶气气浮法8.3.1真空溶气气浮法

8.3.2加压溶气气浮法11/4/202258第8章气浮8.4气浮池8.1电解气浮法11/2/208.2散气气浮法

散气气浮法是一种直接向水中充入气体，利用散气装置使气体以气泡的形式均匀分布于废水中的一类气浮法。

微孔曝气气浮法剪切气泡气浮法

散气气浮法11/4/2022598.2散气气浮法散气气浮法是一种直接向水中充入气体，利用8.2.1微孔曝气气浮法微孔陶瓷扩散板

排渣口

分离区

图8-3扩散板曝气气浮浮渣出水进水进气微孔曝气气浮法是使压缩气体通过微孔散气装置，利用压缩气体的爆破力和微孔的剪切力使气体在水中分裂成微气泡分布于水中的一种气浮法。在实践应用中主要是扩散板曝气气浮法，其气浮装置如图8-3所示 此方法的特点是简便易行，但其散气装置中的微孔容易堵塞，产生的气泡直径较大且难于控制，气浮效果不甚理想。11/4/2022608.2.1微孔曝气气浮法微孔陶瓷扩散板排渣口分离区图88.2.2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、散布气体的一种气浮法。按照分割气泡的方法，可分为

(a)射流气浮法

(b)叶轮气浮法(c)涡凹气浮法等11/4/2022618.2.2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(a)射流气浮法射流气浮法是采用如图8-4所示的射流器向水中充入空气的。射流气浮池多为圆形竖流式。这类气浮方法设备简单，但受设备工作特性的限制，吸气量不大，一般不超过进水量体积分数的l0%。图8-4射流器的构造吸入管

扩散管喉管喷嘴11/4/202262(a)射流气浮法图8-4射流器的构造吸入管扩散管喉管喷嘴(b)叶轮气浮法图8-5叶轮气浮示意图图8-6叶轮示意图进水出水出渣整流板

叶轮盖板轴套转轴轴承进气管导向板分离区轴套盖板转轴叶轮叶片导向板循环进水孔11/4/202263(b)叶轮气浮法图8-5叶轮气浮示意图图8-6叶轮示意图(c)涡凹气浮法图8-7涡凹气浮系统示意图进水出水进气孔涡凹曝气机分离区涡轮接触区刮泥机集渣槽回流管水位调节器11/4/202264(c)涡凹气浮法图8-7涡凹气浮系统示意图进水出水进气孔涡第8章气浮8.4气浮池8.4.1平流式气浮池8.4.2竖流式气浮池8.4.3附属设备8.5气浮法的基本原理

8.5.1颗粒与微气泡的粘附8.5.2化学药剂对气浮的影响8.6气浮法在废水处理中的应用8.1电解气浮法

8.1.1平流式电解气浮装置8.1.2竖流式电解气浮装置8.2散气气浮法8.2.1微孔曝气气浮法8.2.2剪切气泡气浮法8.3溶气气浮法8.3.1真空溶气气浮法

8.3.2加压溶气气浮法11/4/202265第8章气浮8.4气浮池8.1电解气浮法11/2/208.3溶气气浮法溶气气浮法是利用气体在水中的溶解度随着压力的提高而增加的原理，通过对废水增加或减少压力，使气体在高压力时溶入水中，在低压力时从水中析出，从而产生大量气泡，达到气浮效果的一类气浮法。溶气气浮法的气泡是由溶解于水中的气体自然析出产生的，产生的气泡粒径小且均匀、气泡量大、上升速度慢、对池搅动小、分布均匀，气浮效果好，应用最为广泛。溶气气浮法不同于其它气浮法的地方就在于它具有溶气、释气设备。根据产生压力差的方法不同,溶气气浮法真空溶气气浮法加压溶气气浮法11/4/2022668.3溶气气浮法溶气气浮法是利用气体在水中的溶解度随着压力8.3.1真空溶气气浮法真空溶气气浮法是通过产生负压的方法形成压力差，从而使气体在常压下溶入废水，在低压析出并实现溶气气浮的过程。真空气浮设备的构造如图8-8所示。图8-8真空气浮设备入流调节器

进水出水出渣接真空系统曝气器出渣室消气井集渣槽分离区刮渣板环形出水槽刮泥板操作室（包括抽真空设备）11/4/2022678.3.1真空溶气气浮法真空溶气气浮法是通过产生负压的方法形8.3.2加压溶气气浮法加压溶气气浮法是通过产生正压的方法实现气体在废水中的溶入，在常压下析出过程的一类溶气气浮法。加压溶气气浮工艺主要由压缩空气产生设备、空气释放设备和气浮池等组成。加压溶气气浮法根据溶气水的来源或数量的不同分为：加压溶气气浮法(a)全部废水溶气气浮(b)部分废水溶气气浮(c)部分废水回流溶气气浮11/4/2022688.3.2加压溶气气浮法加压溶气气浮法是通过产生正压的方法实全部废水溶气气浮工艺流程是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

压力表压力溶气罐溶气释放器(a)全部废水溶气气浮图8-9全部废水溶气气浮法工艺流程压缩空气进水出水水位调节器

浮渣室加压泵减压阀刮渣机分离区排水区放气阀11/4/202269全部废水溶气气浮工艺流程是将全部废水进行加压溶气，再经减压释(b)部分废水溶气气浮部分废水溶气气浮工艺流程是将部分废水进行加压溶气，其余废水直接进入气浮池

图8-10部分废水溶气气浮法工艺流程压缩空气进水出水压力表压力溶气罐水位调节器

加压泵减压阀刮渣机分离区放气阀11/4/202270(b)部分废水溶气气浮部分废水溶气气浮工艺流程是将部分废水进(c)部分废水回流溶气气浮部分回流加压溶气气浮工艺是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

图8-11部分回流溶气气浮法工艺流程压缩空气进水出水压力表压力溶气罐水位调节器

加压泵减压阀刮渣机分离区放气阀11/4/202271(c)部分废水回流溶气气浮部分回流加压溶气气浮工艺是将部分出第8章气浮8.4气浮池8.4.1平流式气浮池8.4.2竖流式气浮池8.4.3附属设备8.5气浮法的基本原理

8.5.1颗粒与微气泡的粘附8.5.2化学药剂对气浮的影响8.6气浮法在废水处理中的应用8.1电解气浮法

8.1.1平流式电解气浮装置8.1.2竖流式电解气浮装置8.2散气气浮法8.2.1微孔曝气气浮法8.2.2剪切气泡气浮法8.3溶气气浮法8.3.1真空溶气气浮法

8.3.2加压溶气气浮法11/4/202272第8章气浮8.4气浮池8.1电解气浮法11/2/208.4气浮池目前常用的气浮池均为敞式水池，分为平流式气浮池竖流式气浮池气浮池11/4/2022738.4气浮池目前常用的气浮池均为敞式水池，分为平流式气浮池8.4.1．平流式气浮池平流式气浮池的池体一般为矩形，池深一般为1.5～2.0m，不会超过2.5m，池深与池宽之比大于0.3。气浮池的表面负荷通常取5～10m3/(m2·h)，总停留时间为30～40min。在平流式气浮池中，为了防止进水水流对池中上浮的气泡产生干扰和影响，一般把气浮池的上浮部分分隔出来，前面的整流部分称为接触区，后面的浮上部分则称为分离区。11/4/2022748.4.1．平流式气浮池平流式气浮池的池体一般为矩形，池深一图8-12平流式气浮池溶气水进水出水传动链接触区分离区刮渣板排泥口水位调节器集水槽出水管集渣槽11/4/202275图8-12平流式气浮池溶气水进水出水传动链接触区分离区刮渣8.4.2竖流式气浮池

竖流式气浮池一般采用圆柱形池体，池高度一般为4～5m，直径一般在9～10m以内。采取中央进水的方式，如图8-13所示。竖流式气浮池中一般采用行星式刮渣机，平流式气浮池中一般采用桥式刮渣机。溶气水排泥出水排渣接触区减压阀水位调节器刮渣机刮渣板分离区进水图8-13竖流式气浮池11/4/2022768.4.2竖流式气浮池

竖流式气浮池一般采用圆柱形池体，池8.4.3附属设备1）加压泵

用来供给一定量的溶气水2）溶气罐

溶气罐的作用是使水和空气充分接触，加速空气的溶解3）减压阀

利用现成的截止阀4）专用释放器

根据溶气释放规律专门制造

11/4/2022778.4.3附属设备1）加压泵11/2/202229第8章气浮8.4气浮池8.4.1平流式气浮池8.4.2竖流式气浮池8.4.3附属设备8.5气浮法的基本原理

8.5.1颗粒与微气泡的粘附8.5.2化学药剂对气浮的影响8.6气浮法在废水处理中的应用8.1电解气浮法

8.1.1平流式电解气浮装置8.1.2竖流式电解气浮装置8.2散气气浮法8.2.1微孔曝气气浮法8.2.2剪切气泡气浮法8.3溶气气浮法8.3.1真空溶气气浮法

8.3.2加压溶气气浮法11/4/202278第8章气浮8.4气浮池8.1电解气浮法11/2/208.5气浮法的基本原理以下从废水中杂质颗粒与微气泡相粘附的机理和化学药剂对气浮工艺的影响机理两个方面来阐明气浮法的基本原理。8.5.1颗粒与微气泡的粘从研究三相混合系的界面张力和体系界面自由能，以及颗粒表面疏水性和润湿接触角出发，探讨颗粒与微气泡的粘附条件和它们之间的内在规律。a．界面张力、接触角和体系界面自由能b．气-粒的亲水粘附和疏水粘附11/4/2022798.5气浮法的基本原理以下从废水中杂质颗粒与微气泡相粘附的a．界面张力、接触角和体系界面自由能

在水、气、固（杂质颗粒或液滴）三相混合系中，不同相之间的界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，由于界面张力的存在就会产生表面吸附作用。当三相达到平衡时，三相间的吸附界面构成的交界线称为润湿周边。为了便于讨论，分别用1、2、3来表示水、气、固三相。通过润湿周边（即相界面交界线）作水-固界面张力作用线(1.3)和水-气界面张力作用线(1.2)，两作用线的夹角（包含液相的）为润湿接触角(

)。

如图8-14所示。废水中具有不同表面性质的颗粒，其润湿接触角大小不同。通常将＞900的颗粒表面称为疏水表面，这种颗粒表面易于与气泡粘附；将＜900的颗粒表面称为亲水表面，这种颗粒表面不易与气泡粘附。11/4/202280a．界面张力、接触角和体系界面自由能在水、气、固（杂质颗粒图8-14润湿接触角示意图LSLGGS11/4/202281图8-14润湿接触角示意图LSLGGS11/2/

从物理化学和热力学可知，由水、气泡和颗粒三相构成的混合液中，每两相之间的界面上都存在着体系界面自由能(W)。体系界面自由能(W)有降低到最小的趋势，使分散相总表面积减小。

如果界面能用W表示，则有：

式中，S是界面面积，m2；为单位面积界面上的界面能，在数值上与界面张力相等，单位为N/m。颗粒与气泡粘附前，颗粒和气泡单位面积(S＝1)的界面能，分别为固-液界面与气-液界面能之和，及1.3×1及1.2×1，这时单位面积上的界面能之和为：11/4/202282从物理化学和热力学可知，由水、气泡和颗粒三相构成的混合液中当颗粒与气泡粘附后，由于气-液界面和固-液界面小时，形成了新的固-气界面，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：由于气泡和颗粒的附着过程是向该体系界面能减小的方向自发地进行的，因此W值越大，界面的气浮活性越高，越容易进行气浮处理。11/4/202283当颗粒与气泡粘附后，由于气-液界面和固-液界面小时，形成了新疏水性颗粒气泡亲水性颗粒b气-粒的亲水粘附和疏水粘附如图8-15所示，由于水中颗粒表面性质的不同，所构成的气-固的粘附情况也不同。亲水性颗粒润湿接触角(

)小，气-固两相接触面积小，结合不牢容易脱落，此为亲水粘附。疏水性颗粒的润湿接触角(

)大，气-固结合牢固不易脱落，此为疏水粘附。图8-15亲水性和疏水性颗粒的接触角及与气泡的作用示意图σ12σ12σ13σ23θθσ23σ13θ11/4/202284疏水性颗粒气泡亲水性颗粒b气-粒的亲水粘附和疏水粘附如图8平衡状态时，三相界面张力之间关系可用式8-5表示代入式(8-4)并加以整理可得：从式8-6可知，当0，cos1，则(1－cos)0，这种物质不易与气泡粘附，不能用气浮法去除。当180,cos－1，则(1－cos)2，这种物质易于与气泡粘附，宜于用气浮法去除。当接触角＜900(见图8-15)时，由式(8-5)可得：即：上式表明，水中颗粒的润湿接触角()是随水的表面张力(1.2)的不同而改变的；增大水的表面张力(1.2)，可以使固体接触角增加，有利于气-固结合，反之，则有碍于气-固结合。11/4/202285平衡状态时，三相界面张力之间关系可用式8-5表示11/2/28.5.2化学药剂对气浮的影响

同样体积的空气形成分散的小气泡的表面积大于形成大气泡的表面积，因此，形成分散的小气泡会增加气泡与颗粒的碰撞粘附的机会；另外，由于大气泡承受剪切力的能力比小气泡弱，因此在不稳定的水力环境下小气泡更加稳定，因此形成小气泡更有利于气浮。实践证明，气泡直径在100m以下才能很好的与颗粒粘附。但是要在待处理的废水中形成一定直径和一定密度的小气泡需要一定的条件。11/4/2022868.5.2化学药剂对气浮的影响

同样体积的空气形成分散的小气起泡剂表面活性物质亦称起泡剂。大多数起泡剂是由极性-非极性分子组成，其增强气泡稳定性的机理是通过极性-非极性分子对气泡壁的包裹，使气泡壁增厚从而增大气泡的抗剪切力的能力，并且由于表面活性物质具有一端是极性基而另一端是非极性基的结构。当表面活性物质包裹在气泡壁上时，由于水分子是强极性分子，所以表面活性物质的极性端伸入水中，而其非极性端则伸向气泡内部，因为表面活性物质的极性端带有同号的电荷，根据同性相斥的原则，气泡和气泡之间由于存在微弱的电斥力，可有效的抑制气泡的合并作用，从而能有效的防止气泡的合并与破灭，增强了泡沫稳定性。当表面活性物质不足时，为保证气浮效果，应进行化学药剂的投加，投加量应根据试验确定11/4/202287起泡剂表面活性物质亦称起泡剂。11/2/202239破乳剂如果水中表面活性物质过多，使气泡或颗粒（如油粒）由于带同号电荷而过于稳定，也难于形成泡沫。废水中含有的亲水性固体粉末，如粉砂、粘土等，其润湿角在0

～90之间，因此这些亲水性固体表面的一小部分被油所粘附，大部分被水润湿。油珠被这些固体粉末所包裹，也难于形成泡沫。这种情况下需投加混凝剂（又称破乳剂），给水中增加带有相反电荷的胶体，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。11/4/202288破乳剂如果水中表面活性物质过多，使气泡或颗粒（如油粒）由于带第8章气浮8.4气浮池8.4.1平流式气浮池8.4.2竖流式气浮池8.4.3附属设备8.5气浮法的基本原理

8.5.1颗粒与微气泡的粘附8.5.2化学药剂对气浮的影响8.6气浮法在废水处理中的应用8.1电解气浮法

8.1.1平流式电解气浮装置8.1.2竖流式电解气浮装置8.2散气气浮法8.2.1微孔曝气气浮法8.2.2剪切气泡气浮法8.3溶气气浮法8.3.1真空溶气气浮法

8.3.2加压溶气气浮法11/4/202289第8章气浮8.4气浮池8.1电解气浮法11/2/20压力溶气气浮和涡凹气浮在废水处理中已得到广泛应用。1．压力溶气气浮法在含油废水处理中的应用2．压力溶气气浮法在强化一级处理中的应用3．涡凹气浮法在废水处理中的应用8.6气浮法在废水处理中的应用11/4/202290压力溶气气浮和涡凹气浮在废水处理中已得到广泛应用。8.6气1．压力溶气气浮法在含油废水处理中的应用某厂经平流式隔油池处理后的含油废水量为250m3／h，主要污染物含量：石油类80mg/L、硫化物5.45mg/L、挥发酚21.9mg/L、COD400mg/L、pH值7.9，废水处理采用部分回流加压溶气气浮流程。含油废水经平流式隔油池处理后，在进水管上加入20mg/L的聚合氯化铝，搅拌混合后流入气浮池。气浮的处理出水，部分送入生物处理构筑物进一步处理，部分用泵进行加压溶气后送入溶气罐，进罐前加入5％的压缩空气．