第十章 污水物理处理 6节

第六节气浮池

水和废水的浮上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，从水中分离出去，形成浮渣层。由此可知，浮上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。污水处理技术中，浮上法固-液或液-液分离技术应用的几方面：石油、化工及机械制造业中的含油污水的油水分离工业废水处理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胀的情况剩于活性污泥的浓缩按生产细微气泡的方法分微气泡曝气浮上法剪切气泡浮上法加压溶气浮上法真空浮上法电解浮上法分散空气浮上法溶解空气浮上法浮上法的类型

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电解浮上法

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，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问题，难用于大型生产。电解浮上法

电解浮上法

微气泡曝气浮上法剪切气泡浮上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。分散空气浮上法

微气泡曝气浮上法剪切气泡浮上法从溶解空气和析出条件来看加压溶气浮上法：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、水泵等设备真空浮上法：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，需要真空设备，运行维护困难。溶解空气浮上法

真空浮上法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的表示单位体积水溶液中溶入的空气重量:g(气)/m3(水)单位体积水溶液中溶入的空气体积:mL(气)/L(水)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，如形成的气泡核的数量越多，则形成的气泡的直径也就越小，就越有利于浮上工艺的要求。

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、缩小液体表面积的趋势，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，可见液体表层分子具有更多的能量，这种能量称表面能。在气浮过程中，存在着液、气、颗粒三相介质，在各个不同介质的表面也都因受力不平衡而产生表面张力（称界面张力），即具有表面能（称界面能）。气泡与悬浮颗粒粘附的条件

界面能E与界面张力的关系如下：式中：σ-界面张力系数；S-界面面积。气泡未与悬浮颗粒粘附之前，颗粒与气泡的单位面积上的界面能分别为σ水-粒×1和σ水-气×1，这时单位面积上的界面能之和E1为：

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E2及其缩小值ΔE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。当三者相对稳定时，三相界面张力的关系如图10-51所示，其关系式为：式中：θ-接触角（也称湿润角）上式带入式（10-58）得：

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。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。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。微细气泡与悬浮颗粒的粘附形式有气颗粒吸附、气泡顶托以及气泡裹夹等三种形式，见图10-52所示。气泡与悬浮颗粒的粘附形式气粒吸附气泡顶托气泡裹夹“颗粒-气泡”复合体的上浮速度，当流态为层流时，即Re<1时，则“颗粒-气泡”复合体的上升速度可按斯托克斯公式计算：式中：d-为“颗粒-气泡”复合体的直径；

ρS-为“颗粒-气泡”复合体的表观密度。上述公式表明，“颗粒-气泡”复合体的上浮速度v上取决于水与复合体的密度差与复合体的有效直径。如果“颗粒-气泡”复合体上粘附的气泡越多，则ρS越小，d越大，因而上浮速度亦越快。“颗粒-气泡”复合体的上浮速度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。图10-53表示亲水性悬浮颗粒在加入极性-非极性物质后转化为疏水性与微小气泡粘附的情形。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。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

主要是调节污水的pH值，改进和提高气泡在水中的分散度以及提高悬浮颗粒与气泡的粘附能力，如各种酸、碱等。压力溶气浮上法压力溶气工艺溶气方式部分溶气加压水泵-空压机全溶气加压水泵-水射器部分回流加压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。全溶气加压气浮法部分溶气加压气浮法部分回流加压溶气气浮法压力溶气浮上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，如图10-54所示，其中以罐内填充填料的溶气罐效率最高。图10-43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空压机供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。水泵吸气式图10-44图10-45图10-46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。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。

气浮池

竖流式气浮池平流式气浮池图10-47图10-48气浮池：

1.当有试验资料时，可用下述公式计算：式中：Q-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高值）。

2.当无试验资料时，可根据气固比（A/S）进行估算，计算式如下：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；空气的密度；cs-某一温度下的空气溶解度；f-压力为p时，水中的空气溶解效率，0.5~0.9（表10-7）；p

-表压，kPa；QR-加压水回流量，m3/h；Q

-设计水量，m3/h；Sa-入流废水的悬浮固体浓度，mg/L。压力溶气浮上法的设计计算——气浮所需空气量

溶气罐直径Dd选定过流密度I后，溶气罐直径按下式计算：一般对于空罐I选用1000~2000m3/(m2·d)，对填料罐I选用2500~5000m3/(m2·d)。

溶气罐高h：式中：h1-罐顶、底封头高度（根据罐直径而定），m；h2-布水区高度，一般取0.2~0.3m；h3-贮水区高度，一般取1.0m；h4-填料层高度，当采用阶梯环时，可取1.0~1.3m。压力溶气浮上法的设计计算——溶气罐压力溶气浮上法的设计计算——气浮池接触池的表面积Ac选定接触室中水流的上升流速uc后，按下式计算：接触室的容积一般应按停留时间大于60s进行复核。分离室的表面积As选定分离速度（分离室的向下平均水流速度）us后按下式计算：对矩形池子分离室的长宽比一般取1:1~2:1。气浮池的净容积V选定池的平均水深H（指分离室深），按下式计算：同时以池内停留时间（t）进行校核，一般要求t为10~20min。水量调节水质调节水量水质调节第七节水质和水量调节(补充)

水量调节

水量调节池是一座变水位的贮水池，来水重力流，出水用泵抽，贮存盈余，补充短缺。水量调节池对角线出水调节池折流调节池调节池类型废水流量变化曲线生产周期T内废水总量WT（m3）