第四章气浮( Flotation) 第1节理论基础 是一种固一液和液一液分离的方法 具体过程:通入空气→产生微细气泡→SS附着在气泡上→上浮 应用:自然沉淀或上浮难于去除的悬浮物,以及比重接近1的固体颗粒 界面张力和润湿接触角 任何不同介质的相表面上都因受力不均衡而存在界面张力 气浮的情况涉及:气、水、固三种介质,每两个之间都存在界面张力0 三相间的吸附界面构成的交界线称为润湿周边。通过润湿周边作水、粒界面张力作用线 和水、气界面张力作用线,二作用线的交角称为润湿接触角θ。见图13-3和13-4。 0>90,疏水性,易于气浮 0<90,亲水性 悬浮物与气泡的附着条件 按照物理化学的热力学理论,任何体系均存在力图使界面能减少为最小的趋势。 界面能W=σSS:界面面积; 0:界面张力 附着前W1=0水气+0水(假设S为1) 附着后W2=0气粮 界面能的减少△W=0水气+0水粒一0气 又图13-4,0水粒三0气粒+0水气COS(180°-0) 所以:△W=0水气(1-C0S0) 按照热力学理论,悬浮物与气泡附着的条件:△W>0 △W越大,推动力越大,越易气浮。 (1)0→0,C0S0--1,△W=0不能气浮 0<90,C0S0<1,△W<o水气颗粒附着不牢 0>90 △W>σ水气易气浮一一疏水吸附 △W=2σ水气最易被气浮 (2)同时,COS0=(0气粒一0水粒)/0水气(由图13-4) σ水气增加,θ增大,有利于气浮 如石油废水,表面活性物质含量少,σ*气大,乳化油粒疏水性强,直接气浮效果好。 而煤气洗涤水中的乳化焦油,由于水中表面活性物质含量多,σ水气小,直接气浮效果 差 对于亲水性颗粒的气浮,表面需改性为疏水性→投加浮选剂 浮选剂:松香油、煤油、脂肪酸,起连接颗粒和气泡之间作用。 三、气泡的稳定性 气浮中要求气泡具有一定的分散度和稳定性。气泡粒径在100μ左右为好 洁净水中 31
31 第四章 气 浮(Flotation) 第 1 节 理论基础 是一种固－液和液－液分离的方法。 具体过程：通入空气→产生微细气泡→SS 附着在气泡上→上浮 应用：自然沉淀或上浮难于去除的悬浮物，以及比重接近 1 的固体颗粒 一、 界面张力和润湿接触角 任何不同介质的相表面上都因受力不均衡而存在界面张力 气浮的情况涉及：气、水、固三种介质，每两个之间都存在界面张力σ。 三相间的吸附界面构成的交界线称为润湿周边。通过润湿周边作水、粒界面张力作用线 和水、气界面张力作用线，二作用线的交角称为润湿接触角θ。见图 13－3 和 13－4。 θ>90， 疏水性,易于气浮 θ<90, 亲水性 二、悬浮物与气泡的附着条件 按照物理化学的热力学理论, 任何体系均存在力图使界面能减少为最小的趋势。 界面能 W =σS S：界面面积； σ：界面张力 附着前 W1 =σ水气+σ水粒 （假设 S 为 1） 附着后 W2=σ气粒 界面能的减少△Ｗ=σ水气+σ水粒－σ气粒 又图 13－4，σ水粒 =σ气粒+σ水气 COS(180°-θ) 所以: △Ｗ=σ水气(1-COSθ) 按照热力学理论, 悬浮物与气泡附着的条件：△Ｗ>0 △Ｗ越大，推动力越大，越易气浮。 (1) θ→0, COSθ--1, △Ｗ= 0 不能气浮 θ<90, COSθ<1, △Ｗ<σ水气 颗粒附着不牢 θ>90, △Ｗ>σ水气 易气浮――疏水吸附 θ→180 △Ｗ=2σ水气 最易被气浮 (2) 同时, COS θ ＝（σ气粒－σ水粒）/σ水气 （由图 13-4） σ水气增加，θ增大, 有利于气浮 如石油废水, 表面活性物质含量少, σ水气大,乳化油粒疏水性强，直接气浮效果好。 而煤气洗涤水中的乳化焦油，由于水中表面活性物质含量多，σ水气小，直接气浮效果 差。 对于亲水性颗粒的气浮，表面需改性为疏水性 → 投加浮选剂 浮选剂：松香油、煤油、脂肪酸，起连接颗粒和气泡之间作用。 三、气泡的稳定性 气浮中要求气泡具有一定的分散度和稳定性。气泡粒径在 100μ左右为好。 洁净水中：
·气泡常达不到气浮要求的细小分散度 →洁净水表面张力大,气泡有自动降低自由能的倾向,即气泡合并 ·稳定性不好。 →缺乏表面活性物质的保护,气泡易破灭,不稳定。 即使悬浮物已附着在气泡上也易重新脱落会水中 加入起泡剂(一种表面活性物质),保护气泡的稳定性。见图13-5 对于有机污染物含量不多的废水在进行气浮时,气泡的稳定性可能成为重要的影响因素。 适当的表面活性剂是必要的 但表面活性物质过多太多→σ*气降低,同时 此时,尽管气泡稳定, 污染粒子严重乳化但颗粒一气泡附着不好 如何控制最佳的投加量? 影响三个因素:稳定性、表面张力、乳化效果 四、乳化现象与脱乳 疏水性颗粒易气浮,但多数情况下并不好,主要是由于乳化现象。以油粒为例 ▲表面活性物质存在:非极性端吸附在油粒,极性端则伸向水中→乳化油(图13-6) →电离后带电→双电层现象→稳定体系 ▲废水中含有亲水性固体粉末(固体乳化剂),如粉砂、粘土等(0<90):一小部分与油 接触,大部分为水润湿,见图13-7。 →乳化油稳定体系 带电的稳定体系是不利于气浮的,应 脱稳、破乳→投加混凝剂→压缩双电层 混凝剂包括:硫酸铝、聚合氯化铝、三氯化铁等 第2节气浮分类与工艺过程 气浮分类 1.电解气浮法 直流电的电解作用下,正极产生氢气,负极产生氧气 微气泡。气泡小于溶气法和散气法。具有多种作用:除出 BOD、氧化、脱色等,去除污染物范围广,污泥量少,占 地少。但电耗大。 有竖流式和平流式装置 电解浮上法装置示意图 ⑤分离室;⑤集水孔;①出水管;③排沉淀管; ⑨刮渣机;心水位调节器
32 •气泡常达不到气浮要求的细小分散度 →洁净水表面张力大，气泡有自动降低自由能的倾向，即气泡合并。 •稳定性不好。 →缺乏表面活性物质的保护，气泡易破灭，不稳定。 即使悬浮物已附着在气泡上也易重新脱落会水中 ↓ 加入起泡剂（一种表面活性物质），保护气泡的稳定性。见图 13－5 对于有机污染物含量不多的废水在进行气浮时，气泡的稳定性可能成为重要的影响因素。 适当的表面活性剂是必要的。 但表面活性物质过多太多 → σ水气降低，同时 → 此时，尽管气泡稳定， 污染粒子严重乳化 但颗粒－气泡附着不好 如何控制最佳的投加量？ 影响三个因素：稳定性、表面张力、乳化效果 四、乳化现象与脱乳 疏水性颗粒易气浮，但多数情况下并不好，主要是由于乳化现象。以油粒为例： ▲表面活性物质存在：非极性端吸附在油粒，极性端则伸向水中→乳化油 （图 13－6） →电离后带电→双电层现象→稳定体系 ▲废水中含有亲水性固体粉末（固体乳化剂），如粉砂、粘土等（θ<90）：一小部分与油 接触，大部分为水润湿，见图 13－7。 →乳化油稳定体系 带电的稳定体系是不利于气浮的，应 → 脱稳、破乳→ 投加混凝剂→压缩双电层 混凝剂包括：硫酸铝、聚合氯化铝、三氯化铁等 第 2 节 气浮分类与工艺过程 一、气浮分类 1．电解气浮法： 直流电的电解作用下，正极产生氢气，负极产生氧气， 微气泡。气泡小于溶气法和散气法。具有多种作用：除 BOD、氧化、脱色等，去除污染物范围广，污泥量少，占 地少。但电耗大。 有竖流式和平流式装置
2.散气气浮法:扩散板曝气气浮和 叶轮气浮法两种 扩散板曝气气浮:压缩空气通过 扩散装置以微小气泡形式进入水中。 简单易行,但容易堵塞,气浮效果不 高。见图13 图13-11扩散板曝气气浮法 1一人流液;2一空气进人;3—分离柱;4-微孔陶瓷 扩散板;5- 出流液 叶轮气浮法:适用于处理水量不大,污染物浓度高的废水。见图13-12。 进水 图1312叶轮气浮设备构造示意 1—叶轮;2-盖板;3-转轴;4一轴套;5—轴承;6一进气管;7—进水相:8一出水槽; 9—泡沫梢;10—刮沫板;ll一整流板 3溶气气浮法 根据气泡析出时所处的压力不同,分为:溶气真空气浮和加压溶气气浮 加压溶气气浮 特点:水中空气的溶解度大,能提供足够的微气泡 气泡粒径小(20~100um)、均匀, 设备流程简单 气浮工艺 ▲全溶气法 电耗高,但气浮池容积小 浮渣 全溶气方式加压溶气浮上法流程 ①废水进入;②加压泵;③空气进人④压力溶气罐(含填料层); ⑤减压阀;⑥气浮池;⑦放气阀;③刮渣机;
33 2．散气气浮法：扩散板曝气气浮和 叶轮气浮法两种 扩散板曝气气浮：压缩空气通过 扩散装置以微小气泡形式进入水中。 简单易行，但容易堵塞，气浮效果不 高。见图 13－11。 叶轮气浮法：适用于处理水量不大,污染物浓度高的废水。见图 13－12。 3.溶气气浮法 根据气泡析出时所处的压力不同，分为：溶气真空气浮和加压溶气气浮 二、 加压溶气气浮 特点：水中空气的溶解度大，能提供足够的微气泡 气泡粒径小（20～100um）、均匀， 设备流程简单 1．气浮工艺 ▲全溶气法： 电耗高，但气浮池容积小
▲部分溶气法: 省电,溶气罐小。 但若溶解空气多 需加大溶气罐压力 ⑥ 出水 图10-37部分溶气方式加压溶气浮上法流程 D废水进入;②加压泵;③空气进入④压力溶气罐(含填料层) ⑤减压阀;⑥气浮池;⑦放气阀;③刮渣机 ⑨出水系统;@化学药剂 ▲回流加压溶气法:适用于SS高的原水,但气浮池容积大。 图10-38回流加压溶气方式流程 ①废水进入;②加压泵;③空气进入④压力溶气罐(含填料层); ⑤减压阀;⑥气浮池;①放气阀;②⑧刮渣机 ⑨集水管及回流清水管 2.加压溶气气浮工艺的主要设备 工艺组成 压力溶气系统、空气释放系统、气浮池 压力溶气系统 包括加压水泵、压力溶气罐、空气供给设备及其他附属设备 加压水泵:提升污水,将水、气以一定压力送至压力溶气罐 加压泵压力应适当,过高:溶解到水中的空气增加,经减压后释放的空气多,会促进微 气泡的聚集,不利气浮;太低:增加溶气水量,气浮池容积增加。 压力溶气罐:使水与空气充分接触,促进空气溶解。形式多样,一般采用填充式。 空气在水中的溶解度遵循亨利定律: V=KrP(L-气m3-水,或g气/m3-水) P:空气所受的绝对压力,以mmHg计。 KT:溶解常数,与温度有关 实际气浮操作中,空气量应适当,气水比:1-5%,气固比(重量比):0.5-1% 溶气方式:水泵吸气式,图13-18,简单,但空气量不能太大
34 ▲部分溶气法： 省电，溶气罐小。 但若溶解空气多， 需加大溶气罐压力 ▲回流加压溶气法：适用于 SS 高的原水，但气浮池容积大。 2．加压溶气气浮工艺的主要设备 工艺组成： 压力溶气系统、空气释放系统、气浮池 1) 压力溶气系统： 包括加压水泵、压力溶气罐、空气供给设备及其他附属设备 加压水泵：提升污水，将水、气以一定压力送至压力溶气罐。 加压泵压力应适当，过高：溶解到水中的空气增加，经减压后释放的空气多，会促进微 气泡的聚集，不利气浮；太低：增加溶气水量，气浮池容积增加。 压力溶气罐：使水与空气充分接触，促进空气溶解。形式多样，一般采用填充式。 空气在水中的溶解度遵循亨利定律： V＝KT P （L-气/m3 -水, 或 g-气/ m3 -水） P：空气所受的绝对压力, 以 mmHg 计。 KT：溶解常数，与温度有关 实际气浮操作中，空气量应适当，气水比：1－5％，气固比（重量比）：0.5－1％。 溶气方式：水泵吸气式，图 13－18，简单，但空气量不能太大
水泵压水管射流,图13-19,射流器能量损失大 水泵一空压机(常用),图13-22,能耗少,但噪音大 2)释放设备:将空气以极细小(20-100u)的气泡释放 3)气浮池 平流式,竖流式一一图13-27和图13-28。 HRT…10-20分 组合式:见图13-29~图13-31。 重要参数:气固比a A经减压释放的溶解空气总量 原水带入的悬浮固体总量 采用质量比时 A=Cs(fP1)R/1000 Cs:一定温度下,一个大气压时的空气溶解度,mgL。 P:溶气绝对压力,绝对压力 f:溶气效率,与溶气罐结构、压力和时间有关,0.5~0.8 R:加压溶气水量,m3d Sa:废水中的悬浮颗粒浓度,kg/m3 Q:进行气浮处理的废水量,md a的选择影响气浮效果(出水水质,浮渣浓度),应作试验确定。 无资料时,可选取0.005-0.06 剩余污泥气浮浓缩时一般采用0.03-0.04 气浮法在水处理中的应用 废水 含油废水(石油化工、机械加工、食品工业废水等):悬浮油(>10u,隔油池) 乳化油(<10μ,一般0.1-2μ气浮) 溶解性 造纸厂白水回收纤维:时间短,SS去除率90%以上,COD去除率80%,浮渣浓度5% 染色废水等 毛纺工业洗毛废水一一羊毛脂及洗涤剂 浓缩污泥(效果比沉淀法高) 给水: 高含藻水源的净化:武汉东湖水厂,气浮替代沉淀,藻类去除率达80%以上。 低温、低浊水的净化:沈阳市自来水厂 对受污染水体的净化:对水体产生曝气,减轻嗅味与色度。 优点:处理能力比沉淀池高,气浮污泥浓度高,可以同时去除多种污染物(表面活性剂、 嗅味物质等) 缺点:耗电、维修
35 水泵压水管射流，图 13－19，射流器能量损失大 水泵－空压机（常用），图 13－22，能耗少，但噪音大 2〕释放设备：将空气以极细小（20－100μ）的气泡释放。 3）气浮池 平流式，竖流式――图 13－27 和图 13－28。 HRT…10－20 分 组合式：见图 13-29～图 13-31。 重要参数：气固比 a 采用质量比时， A＝Cs (f P-1) R /1000 S=QSa Cs：一定温度下，一个大气压时的空气溶解度，mg/L。 P：溶气绝对压力，绝对压力 f：溶气效率，与溶气罐结构、压力和时间有关，0.5～0.8 R：加压溶气水量，m 3 /d Sa：废水中的悬浮颗粒浓度，kg/m3 Q：进行气浮处理的废水量，m 3 /d a 的选择影响气浮效果（出水水质, 浮渣浓度）, 应作试验确定。 无资料时，可选取 0.005－0.06。 剩余污泥气浮浓缩时一般采用 0.03－0.04 三、 气浮法在水处理中的应用 废水： 含油废水（石油化工、机械加工、食品工业废水等）：悬浮油（>10μ,隔油池） 乳化油（<10μ,一般 0.1-2μ气浮） 溶解性 造纸厂白水回收纤维：时间短，SS 去除率 90％以上，COD 去除率 80％，浮渣浓度 5％。 染色废水等 毛纺工业洗毛废水――羊毛脂及洗涤剂 浓缩污泥（效果比沉淀法高） 给水： 高含藻水源的净化：武汉东湖水厂，气浮替代沉淀，藻类去除率达 80％以上。 低温、低浊水的净化：沈阳市自来水厂。 对受污染水体的净化：对水体产生曝气，减轻嗅味与色度。 优点：处理能力比沉淀池高，气浮污泥浓度高，可以同时去除多种污染物（表面活性剂、 嗅味物质等） 缺点：耗电、维修 原水带入的悬浮固体总量 经减压释放的溶解空气总量 = = S A a