第八章 气浮气浮的基础原理气浮的分类与特点气浮法在废水净化处理中的应用8.1 气浮的基础原理 1、基本概念 利用高度分散的微小气袍作为载体粘附于废水中的悬浮污染物，使其浮力大于重力和阻力，从而使污染物上浮至水面，形成泡沫，然后用刮渣设备自水面刮除泡沫，实现固液或液液分离的过程称为气浮。 悬浮颗粒与气泡粘附的原理 ：水中悬浮固体颗粒能否与气泡粘附主要根据颗粒表面的性质。颗粒表面易被水湿润，该颗粒属亲水性；如不易被水湿润，属疏水性。亲水性与疏水性可用气、液、固三相接触时形成的接触角大小来解释。在气、液、固三相接触时，固、液界面张力线和气液张力线之间的夹角称为湿润接触角以θ表示。为便于讨论，气、液、固体颗粒三相分别用1，2，3表示。 如图所示。如θ90?为亲水性颗粒，不易与气泡粘附，θ90??为疏水性颗粒，易于与气泡粘附。在气、液、固相接触时，三个界面张力总是平衡的。以σ表示界面张力，有： σ1.3=σ1.2cos(180?－θ)+ σ2.3 (2-11-17) 式中：σ1.3——水、固界面张力； σ1.2——液、气界面张力； σ2.3——气、固界面张力； θ——接触角。 水中气泡与颗粒粘附之前单位界面面积上的界面能为W1=σ1.3十σ1.2，而粘附后则减为W2=σ2.3界面能减少的数值为： ?W＝W1—W2＝σ1.3十σ1.2一σ2.3 （2—11—18) 将式(2—11—17)代入式(2—11—18)得； ?W＝σ1.2 (1-cosθ) 亲水性和疏水性物质的接触，当θ→0?，即颗粒完全被水湿润cosθ→l，?W→0，颗粒不与气泡粘附，就不宜用气浮法处理。当θ→180?，颗粒完全不被水湿润，cosθ→-1，?W→2σ1.2，颗粒易于与气泡粘附，宜于气浮法处理。此外如σ1.2很小，?W亦小，也不利于气泡与颗粒的粘附。 亲水性和疏水性物质的接触 2．投加化学药剂对气浮效果的推动作用 (1)投加表面活性剂维持泡沫的稳定性 (2)利用混凝剂脱稳以油的颗粒为例，表面活性物质的非极性端吸附于油粒上，极性端则伸向水中，极性端在水中电离，使油粒被包围了一层负电荷，产生了双电层现象，增大了ζ-电位，不仅阻碍油粒兼并，也影响抽粒与气泡粘附。 (3)投加浮选剂改变颗粒表面性质 8.2 气浮的分类与特点根据气泡产生的方式气浮法分为：电解气浮法；散气气浮法：扩散板曝气气浮、叶轮气浮。溶气气浮法：溶气真空气浮加压溶气气浮：全溶气流程、部分溶气流程、回流加压溶气流程。8.2.1电解气浮法8．2．1．1工作原理 电解气浮法是用不溶性阳极和阴极，通以直流电，直接将废水电解。阳极和阴极产生氢气和氧的微细气泡，将废水中的污染物颗粒或先经混凝处理所形成的絮凝体粘附而上浮至水面，生成泡沫层，然后将泡沫刮除，实现分离去除污染物质。 在直流电作用下，正负两极产生的氢和氧的微气泡，将废水中呈颗粒状的污染物带至水面以进行固液分离。 8.2.1.2.电解气浮法的气浮装置 1、竖流式电解气浮池（图8—4） 2、平流式电解气浮池（图8—5）平流式电解气浮装置的工艺设计① 电流板块数 式中：B——电解池的宽度，mm l——极板面与池壁的净距，取100mm e——极板净距，mm；e=15~20mm φ——极板厚度，mm；δ=6~10mm ② 电极作用表面积 （8—7）式中：Q——废水设计流量，m3/h。E——比流量，A · h/m3 i——电极电流密度，A /m3 ③ 极板面积 （8—8） ④ 极板高度 b = h1（气浮分离室澄清层高度） 极板长度 L= A/ b（m）⑤ 电极室长度 L2 =L+2l（m） （8—9）⑥ 电极室总高度 H= h1+h2+h3（8—10）式中：h1——澄清层高度m，取1.0~1.5mh2——浮渣层高度m，取0.4~0.5mh3——保护高度m，取0.3~0.5m⑦ 电极室容积V1=BHL2（m3）⑧ 分离室容积V2=Qt，t——气浮分离时间，试验定，一般为0.3~0.75h⑨ 电解气浮池容积V=V1+V2（m3）8.2.2 散气气浮法8.2.2.1微孔曝气气浮法（图8—6）8.2.2.2剪切气泡气浮法（1）叶轮气浮设备构造（图8—7、8） 2）叶轮气浮池的设计总容积W=αQt（m3）式中：Q——处理废水量，m3/min t ——气浮时间，为16~20min α——系数一般1.1~1.4 总面积式中：h——气浮池工作水深1.5~2m，而3m式中：H——气浮池中的静水压力 ρ——气水混合体的容重，0.67kg/L式中：φ——压力系数，等于0.2~0.3 U——叶轮的圆周线m/s每座气浮池的表面积f（m2）采用正方形，边长L=6D（D——叶轮直径200~400mm）所以：f=36D2气浮池数目 一个叶轮能吸入的水气混合体量q为：式中：α——曝气系数，试验确定，可取0.35 叶轮转速 叶轮所需功率 式中：η约等于0.2~0.3 8.2.3 溶气气浮法 根据气泡析出时所处压力不同，溶气气浮法分为：溶气真空气浮：空气在常压或加压下溶入水中，在负压下析出。加压溶气气浮：空气在加压下溶入水中，在常压下析出。 1、溶气真空气浮 废气在常压下被曝气，使其充分溶气，然后在真空条件下，使废水中溶气析出，形成细微气泡，粘附颗粒杂质上浮于水面形成泡沫浮渣而除去。此法优点是：气泡形成、气泡粘附于微粒以及絮凝体的上浮都处于稳定环境，絮体很少被破坏。气浮过程能耗小。其缺点是：容气量小，布、不适于处理含悬浮物浓度高的废水；气浮在负压下运行，刮渣机等设备都要在密封气浮池内，所以气浮池的结构较为复杂，维护运行困难，故此法应用较少 2、加压溶气气浮 （1）工作原理 在加压条件下，使空气溶于水，形成空气过饱和状态。然后减至常压，使空气析出，以微小气泡释放于水中，实现气浮，此法形成气泡小，约20～100μm，处理效果好，应用广泛。 （2）加压溶气气浮工艺流程 加压溶气气浮可分为：全溶气流程、部分溶气流程、回流加压溶气流程。 全溶气流程（图8—9） 部分溶气流程（图8—10）回流加压溶气流程（图8—11） 3、加压溶气气浮系统的设计 （1）溶气方式 水泵吸入管溶气方式：水泵吸水管吸气、水泵压力管上的支管射流器吸气 吸气量 水泵流量的（7~8）%（体积比） 水泵压水管射流溶气方式：（图8—13）一般形式 内循环式射流加压溶气（图8—14） （3）空气饱和设备： 作用：在很多压力下将空气溶解于水中而提供溶气水的设备 加压泵：溶入空气量V=KTP（L/m3水） 式中：P ——空气所受的绝对压力（Pa） KT——溶解常数，见表13—4 设计空气量V’=1.25V（L/m3水） 空气在水中的溶解量与加压时间关系 溶气罐 填充式溶气罐（图8—15）（3）溶气水的减压释放设备：要求微气泡的直径20~100um● 减压阀（截止阀）每个阀门流量不同，气泡合并现象，阀芯、阀杆、螺栓易松动。● 专用释放器（图8—16）TS型溶气释放器·0.15Mpa，释放溶气量的99%TJ 型溶气释放器·在0.2Mpa以上低压下工作，净水效果良好TV型溶气释放器·气泡微细20~40um（4）气浮池● 平流式气浮池（图8—17）● 竖流式气浮池（图8—18）● 反应——气浮池（图8—19）● 反应——气浮——沉淀池（图8—20）● 反应——气浮——过滤池（图8—21）（5）平流式矩形气浮池的设计设计参数：● H有效=2.0~2.5m；q=5~10m3/m2·h； t停留=10~20min；L/B=1：（1~1.5）● U上升（接触区下端）=20mm/s； U上升（接触区上端）=5~10mm/s； t停留≥2min；隔板角度600，隔板直段高度300~500mm● 分离区U下=1~3mm/s（含溶气水回流量）式中：rCs相当于（8—15）式中的Sa [ 空气在水中的溶解度（L/L）与空气容重（mg/L）的乘积 ] r——空气容重，（mg/L） Cs——空气在水中的溶解度（mL/L，L/L） P——溶气压力，绝对压力； RQ——压力水回流量或加压溶气水量，m3/d f ——回流加压水空气饱合度，一般为（50~80）%S=QSa（kg/d） （8—17）式中：Sa——废水中悬浮颗粒浓度，kg/m3。相当于（8—15）式中的Co所以，气固比所以： 一般可选用0.005~0.006；则剩余污泥浓缩时，一般都会采用0.03~0.04● 废水中总固体量S=S1+S2+S3（8—20）式中：S1——原有的悬浮固体量S2——因投加化学药剂使原废水中呈乳化状的物质、溶解性的物质或胶体物质转化为絮状物的增加量S3——因化学药剂带入的悬浮物量8.3 气浮法在废水净化处理中的应用1、气浮法在石油化学工业废水净化处理中的应用2、造纸厂白水处理3、染色废水处理
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