水质工程学电子-第13章-气浮课件

水质工程学（下）电子教案第13章污水的物理化学处理13.1

混凝13.2

气浮13.5

电渗析13.6

扩散渗析13.7

反渗透13.3

吸附13.4

离子交换13.8

超滤一、概述

水和废水的气浮法处理是将空气以微小气泡形式通入水中，使微小气泡与在水中悬浮的颗粒粘附，形成水-气-颗粒三相混合体系，颗粒粘附上气泡后，密度小于水即上浮水面，从水中分离，形成浮渣层。

气浮法处理工艺必须满足下述基本条件：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；必须使气泡与悬浮的物质产生粘附作用。13.2

气浮按产生细微气泡的方法分微气泡曝气气浮法剪切气泡气浮法加压溶气气浮法真空气浮法电解气浮法分散空气气浮法溶解空气气浮法气浮法的类型二、气浮处理的理论基础

将空气通入水中，并以微小气泡折出，使水中杂质粘附气泡一同上浮至水面分离。

1．气浮流程：气＋污水→气粒吸附→泡沫→分解

2、气浮条件：去除比重近于1，直径≤60μ悬浮物①气粒吸附：属物理吸附。吸附放热，低温吸附效果较好；极性相同，吸附效果较好；物理性质相同，吸附效果较好。②吸附对象：吸附疏水性物质疏水性物质－难为水润湿的物质，可以直接吸附。亲水性物质－容易被水润湿的物质，需要转为疏水性物质。③表面活性剂：可以使疏水、亲水相互转移，表面活性剂由极性和非极性分子组成，分子一端呈亲水性，另一端呈疏水性，也叫二亲分子。

a.表面活性剂对于亲水性物质有利，使亲水性物质转为疏水性。

b.表面活性剂对于疏水性物质不利，使疏水性物质转为亲水性。气浮法的理论实质：研究：

三相混合系的表面张力和体系界面自由能，颗粒表面疏水性和润湿接触角，混凝剂与表面活性剂在气浮分离中的作用气浮法的基本原理悬浮粒子与气泡的粘附条件液体表面分子所受的分子引力与液体内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，这不平衡的力有把表面分子拉向液体内部、缩小液体表面的趋势，这种力称为流体的表面张力。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引力而作功，因而液体表层分子具有更多的能量，这种能量称表面能。同样，在液、气、固三相介质的表面也存在界面张力和界面能。界面能与界面张力的关系如下：σ——界面张力系数；S——界面面积

界面能变化分析：

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。（1）△E越大，吸附越容易进行。（2）当θ→0时，cosθ→1，ΔE→0，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，不能用气浮法去除。（3）当θ→180°时，cosθ→-1，ΔE→2σ水-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。（4）接触角可判断物质被水润湿的性质，θ＜90°为亲水性物质，不容易吸附，θ＞90°为疏水性物质，容易吸附。

气浮的实质是体系界面能的变化值△E的大小。微细气泡与悬浮颗粒的粘附形式：气颗粒吸附、气泡顶托以及气泡裹夹化学药剂的投加对气浮效果的影响一般的疏水性或亲水性的物质，均需投加化学药剂，以改变颗粒的表面性质，增加气泡与颗粒的吸附。这些化学药剂分为下述几类：混凝剂浮选剂助凝剂抑制剂调节剂各种无机或有机高分子混凝剂，它们不仅可以改变污水中的悬浮颗粒的亲水性能，而且还能使污水中的细小颗粒絮凝成较大的絮状体以吸附、截留气泡，加速颗粒上浮。浮选剂大多数由极性-非极性分子组成。当浮选剂的极性基被吸附在亲水性悬浮颗粒的表面后，非极性基则朝向水中，这样就可以使亲水性物质转化为疏水性物质，从而能使其与微细气泡相粘附。浮选剂的种类有松香油、石油、表面活性剂、硬脂酸盐等。化学药剂的投加对气浮效果的影响一般的疏水性或亲水性的物质，均需投加化学药剂，以改变颗粒的表面性质，增加气泡与颗粒的吸附。这些化学药剂分为下述几类：混凝剂浮选剂助凝剂抑制剂调节剂浮选剂：

它们大多是链状有机表面活性剂。分子的一端含有极性基(如-OH、-COOH、-SO3H、-NH3、≡N等)，显示出亲水性，称为亲水基；另一端为非极性基(如-R、等)，显示出疏水性，称为疏水基。捕收剂：松香油、煤油、黄药、黑药、氧化石螃、十八胺等；稳泡剂：十二烷基磺酸钠、十二统基苯磁醋钠、月桂醋二乙醇酰胺、月桂醇硫酸酯钠等。

化学药剂的投加对气浮效果的影响一般的疏水性或亲水性的物质，均需投加化学药剂，以改变颗粒的表面性质，增加气泡与颗粒的吸附。这些化学药剂分为下述几类：混凝剂浮选剂助凝剂抑制剂调节剂作用是提高悬浮颗粒表面的水密性，以提高颗粒的可浮性，如聚丙烯酰胺。化学药剂的投加对气浮效果的影响一般的疏水性或亲水性的物质，均需投加化学药剂，以改变颗粒的表面性质，增加气泡与颗粒的吸附。这些化学药剂分为下述几类：混凝剂浮选剂助凝剂抑制剂调节剂作用是暂时或永久性地抑制某些物质的浮上性能，而又不妨碍需要去除的悬浮颗粒的上浮，如石灰、硫化钠等。电解废水可同时产生三种作用：电解氧化还原；电解混凝；电气浮。1.电解气浮法三、气浮工艺电解气浮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，正负两级间产生的氢和氧的细小气泡粘附于悬浮物上，将其带至水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气泡，故特别适用于脆弱絮状悬浮物。电解浮上法的表面负荷通常低于4m3/(m2·h)。电解浮上法主要用于工业废水处理方面，处理水量约在10~20m3/h。由于电耗高、操作运行管理复杂及电极结垢等问题，较难适用于大型生产。电解气浮法

微气泡曝气气浮法剪切气泡气浮法压缩空气引入到靠近池底处的微孔板，并被微孔板的微孔分散成细小气泡将空气引入到一个高速旋转混合器或叶轮机的附近，通过高速旋转混合器的高速剪切，将引入的空气切割成细小气泡分散空气气浮法用于矿物浮选，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处理2.分散空气气浮法

从溶解空气和析出条件来看加压溶气气浮法：空气在加压条件下溶解，常压下使过饱和空气以微小气泡形式释放出来需要溶气罐、空压机或射流器、水泵等设备真空气浮法：空气在常压下溶解，真空条件下释放优点：无压力设备缺点：溶解度低，气泡释放有限，需要密闭设备维持真空，运行维护困难3.溶解空气气浮法

真空气浮法空气在纯水中的饱和溶解度

空气在水中的溶解度与温度、压力有关。在一定范围内，温度越低、压力越大，其溶解度越大。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，即气泡的形成过程与气泡的增长过程。气泡核的形成过程起决定性作用，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。溶气气浮法要求在这个过程中形成数目众多的气泡核，溶解同样空气，如形成的气泡核的数量越多，则形成的气泡的直径也就越小，越有利于满足浮上工艺的要求。加压溶气的两种方式存在问题：填料长膜；压缩气含油；调节不便；时而需放气。存在问题：设备较复杂；造价偏高。加压溶气法的三种基本流程：全加压溶气流程部分加压溶气流程回流加压溶气流程全加压溶气气浮法部分加压溶气气浮法回流加压溶气气浮法部分加压溶气气浮法加压溶气气浮法系统的组成压力溶气系统气浮池空气释放系统压力溶气罐溶气释放装置加压水泵附属设备溶气水管路空气供给设备压力溶气系统压力溶气罐附属设备加压水泵空气供给设备

加压水泵的作用是提升污水，将水、气以一定压力送至压力溶气罐，其压力的选择应考虑溶气罐压力和管路系统的水力损失两部分。压力溶气系统压力溶气罐附属设备加压水泵空气供给设备压力溶气罐的作用是使水与空气充分接触，促进空气的溶解。溶气罐的形式有多种，如下图所示，其中以罐内填充填料的溶气罐效率最高。压力溶气系统压力溶气罐附属设备加压水泵

影响填料溶气罐效率的主要因素为：填料特性填料层高度罐内液位高布水方式温度

填料溶气罐的主要工艺参数为：过流密度：2500~5000m3/(m2·d)填料层高度：0.8~1.3m液位的控制高：0.6~1.0m（从罐底计）溶气罐承压能力：>0.6MPa空气供给设备压力溶气系统加压水泵压力溶气罐空气供给设备附属设备水泵压水管装射流器挟气式溶气方式有三种水泵吸气式在经济和安全方面都不理想，已很少使用空压机供气是较早使用的一种供气方式，使用较广泛，其优点是能耗相对较低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污染和噪声水泵吸气式空压机供气式空气释放系统是由溶气释放装置和溶气水管路组成。溶气释放装置的功能是将压力容器水减压，使溶气水中的气体以微气泡的形式释放出来，并能迅速、均匀地与水中的颗粒物质粘附。常用的溶气释放装置有减压阀、溶气释放喷嘴、释放器等。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。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，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、构造简单、运行方便。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2.0~2.5m，一般以单格宽度不超过10m、长度不超过15m为宜。废水在反应池中的停留时间与混凝剂种类、投加量、反应形式等因素有关，一般为5~15min。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/s。废水在接触室中的上升流速一般为10~20mm/s，停留时间应大于60s。

四、气浮池

平流式气浮池竖流式气浮池竖流式气浮池的基本工艺参数与平流式气浮池相同。其优点是接触室在池中央，水流向四周扩散，水力条件较好。缺点是与反应池较难衔接，容积利用率较低。有经验表明，当处理水量大于150~200m3/h、废水中的可沉物质较多时，宜采用竖流式气浮池。2.无试验资料时，可根据气固比（A/S）进行估算式中：A/S——气固比,g(释放的气体)/

g(悬浮固体)，0.005~0.060，一般为0.005~0.006，当悬浮固体浓度较高时取上限，如剩余污泥气浮浓缩时，气固比采用0.03~0.04；1.3——1mL空气的质量，mg；

ca——某一温度下的空气溶解度；

f——压力为p时，水中的空气溶解系数，0.5~0.8（通常0.5）；

p0——表压，kPa；qvR——加压水回流量，m3/h；

qv——设计水量，m3/h；ρsi——入流废水的悬浮固体浓度,mg/L。压力溶气气浮法的设计计算——气浮所需空气量1.有试验资料时式中：qv——气浮池设计水量，m3/h；

R′——试验条件下的回流比，%；

ac——试验条件下的释气量，L/m3；

Φ——水温校正系数，取1.1~1.3（主要考虑水的粘滞度影响，试验时水温与冬季水温相差大者取