北京科技大学环境工程课程教材7.ppt

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1、1,第7章 气 浮 Air Flotation,2,本章要回答的问题：,什么是气浮？ 比水密度大的物质能上浮吗？如何实现？ 气浮在水处理中的作用是什么？ 气浮在实际水处理中是如何应用的？ 气浮的工艺有几种？气浮池的结构是怎样的？为什么？ 学完本章你会了解更多的知识！,3,气浮,气浮是利用废水中的颗粒的疏水性，通过在气浮池中向废水中通入一定尺寸的气泡，使废水中的污染物吸附在气泡上，随气泡的上浮，污染物也随之浮到水面上而形成由气泡、水和污染物形成的三相泡沫层（浮渣），收集泡沫层即可把污染物与水分离。,4,含悬浮物的废水,空气所产生的气泡,气泡在上升的过程中吸附固体颗粒,气泡在水的表面形成三相泡沫层

2、,气浮后的水变清,以适当方式收集泡沫层，完成悬浮物的去除，也可使悬浮物得到富集，为回收创造条件,气浮过程示意图,5,第7章 气 浮 的主要内容,7.1 气浮所用的设备 放映 7.2 气浮所需气泡的产生方式 链接 7.3 气浮的原理 链接 7.4 气浮的工艺流程 链接 7.5 气浮的特点和应用 链接,6,71气浮池（flotation cell),气浮池是气浮过程的主要设备，它的作用是当废水从减压阀流入水池后，由于压力减至常压，使溶解于废水中的空气以微小气泡形式逸出。气泡在上升过程中吸附乳化油和细小悬浮颗粒，上浮至水面形成浮渣，由刮渣机除去。 浮选池的种类较多，介绍平流式、竖流式、斜板式和叶轮式

3、四种,7,平流式气浮池,出水管,排空管,进水管，进入的是气泡和水的混合物,集油槽,刮油机,污油管,8,9,10,刮油机,集油槽,蒸汽加热,11,竖流式气浮池,刮油机,进水管,出水管,沉渣排出管,浮渣排出口,溶气罐,水射器,沉渣槽,12,13,14,刮渣板,浮渣槽,浮渣,15,斜板式气浮池,池体,斜板,混合液入口,浮渣浓缩室,刮渣机,出水管,16,叶轮气浮设备构造示意图,返回目录,空气管,进水,出水,泡沫槽,刮渣机,泡沫出口,搅拌叶轮,17,72气泡的产生方法,气浮过程包括气泡(bubble)的产生、气泡与颗粒的附着及上浮分离等连续步骤。 产生数量和尺寸合适的气泡是气浮过程实现的重要条件。 废水

4、处理中采用的气浮法，按水中气泡产生的方法可分为溶气法(dissolved air flotation,DAF)、布气法(diffused air flotation)和电解法(electrolyzed flotation) 三类。,18,721溶气法,定义：溶气法是使空气在一定压力的作用下溶解于水中，并达到过饱和状态，然后再突然使废水减到常压，这时溶解于水中的空气便以微小气泡的形式从水中逸出，以进行浮选过程的方法。 分类：根据气泡在水中析出时的所处压力的不同，溶气浮选又可分为:加压溶气浮选和溶气真空浮选两种类型。 加压溶气法需要有空气压缩机、溶气罐、减压阀或溶气释放器、水泵。 按空气与水混合的

5、位置又分为泵前进气与泵后进气两种。,19,泵前进气：这是由水泵压水管中引出一支管，在支管上按装水力喷射器，由于水喷射时产生负压，将空气吸入，与废水混合后，经吸水管、水泵送入溶气罐。,溶气水 去浮选,水射器,水泵吸水管,溶气罐,水泵压水管,空气,20,特点： 比较简便，水气混合均匀， 但水泵必须采用自吸式进水，而且要保持1 m以上的水头。 最大吸气量不能大于水泵吸水量的10，否则，水泵工作不稳定，会产生气蚀现象。,溶气水 去浮选,水射器,水泵吸水管,溶气罐,水泵压水管,空气,21,泵后进气：一般是在压水管上通入压缩空气。 这种方法使水泵工作稳定，而且不必要求在正压下工作。 但需要由空气压缩机供给

6、空气，为了保证良好的溶气效果，溶气罐的容积也比较大，一般需采用较复杂的填充式溶气罐。,溶气水 去浮选,空气压缩机,水泵吸水管,溶气罐,水泵压水管,22,溶气罐：,溶气罐（air receiver)的作用是在一定的压力(一般0.2 0.6MPa)下，保证空气能充分地溶于废水中，并使水、气良好混合。 混合时间一般为13min，混合时间与进气方式有关: 即泵前进气混合时间可短些; 泵后进气混合时间要长些。,23,溶气罐形式,（a）纵隔板式,(e)涡轮式,(d)填充式,(b)花板式,(c)横隔板式,出水,出水,出水,出水,进水,进水,进水,进水,进水,出水,电机,放空,放空,多余空气放空,24,25,

7、减压阀：,减压阀的作用是保持溶气罐出口处的压力恒定，从而可以控制出罐后气泡的粒径和数量。 也可用低压溶气释放器来代替减压阀，溶气水流经释放器时，由于形成强烈的搅动和涡流，便产生微细气泡。,26,722布气气浮法,布气浮选是利用机械剪切力，将混合于水中的空气粉碎成细小的气泡，以进行浮选的方法。 按粉碎气泡方法的不同，布气气浮又分为四种： 水泵水管吸气浮选 射流浮选 扩散曝气浮选 叶轮气浮,27,（1）水泵吸水管吸入空气气浮,这是最原始的也是最简单的一种气浮方法。 这种方法的优点是设备简单，其缺点主要是由于水泵工作特性的限制，吸入的空气量不能过多，一般不大于吸水体积的10，否则将破坏水泵吸水管的负

8、压工作。 此外，气泡在水泵内破碎的不够完全，粒径大，因此，气浮效果不好。 这种方法用于处理通过除油池后的石油废水，除油效率一般在5065,28,（2）射流气浮 这是采用以水带气射流器向废水中混入空气进行气浮的方法。,溶气水 去浮选,水射器,水泵吸水管,水泵压水管,空气,29,射流器构造示意图,由喷嘴射出的高速废水使吸入室形成负压，并从吸气管吸入空气，在水气混合体进入喉管段后进行激烈的能量交换，然后进入扩压段(扩散段)，动能转化为势能，进一步压缩气泡，增大了空气在水中的溶解度。,喉管段,扩散段,吸气管,喷嘴,渐缩段,吸入室,30,(3)扩散板曝气气浮,压缩空气通过具有细孔隙的扩散板或微孔管，使空

9、气以细小气泡的形式进入水中，进行气浮过程L。 这种方法的优点是: 简单易行 但缺点较多: 主要的是空气扩散装置的微孔易于堵塞; 气泡较大，浮选效率不高等 因此这种方法近年已少用。,31,32,（4）叶轮浮选,在浮选池底部设有旋转叶轮，在叶轮的上部装着带有导向叶片的固定盖板，盖板上有孔洞。 当电动带动动叶轮高速旋转时，在盖板下形成负压，从空气管吸入空气，废水由上面的小孔进入，在叶轮的搅动下，空气被粉碎成细小的气泡，并与水充分混合成为水气混合体，甩出导向叶片之外，在池体内平稳地垂直上升，进行浮选。L 形成的泡沫不断地被刮板刮出槽外。这种气浮池是从矿物浮选中直接移植过来的。,33,34,35,布气浮

10、选的特点:,设备简单，易于实现。 缺点是空气被粉碎的不够充分，形成的气泡粒径较大，一般不小于l0OOm，这样，在供气量一定的情况下，气泡的表面积小。 由于气泡直径大，运动速度快，气泡与被去除污染物质的接触时间短促，这些因素都使布气气浮法效率较低。,36,723电解气浮法,电解浮选法是对废水进行电解，这时在阴极产生大量的氢气泡，氢气泡的直径很小，仅有20100m。 废水中的悬浮颗粒粘附在氢气泡上，随其上浮，从而达到了净化废水的目的。 与此同时，在阳极上电离形成的氢氧化物起着混凝剂的作用，有助于水中的污泥上浮或下沉。,37,38,返回目录,39,7 3气浮的原理与气泡与固体的作用形式,7.3.1

11、气浮的原理 亲水性(hydrophilicity)：如果颗粒易被水润湿，则称该颗粒为亲水性的。 疏水性(hydrophobicity)：如颗粒不易被水润湿，则是疏水性的。 物质的亲水性强弱可以用接触角来衡量。 接触角(contact angle)：在静止状态下，当气、液、固三相接触达到平衡时，气液界面张力线和固液界面张力线之间的夹角(包含液相的)称为平衡接触角，用表示。,40,接触角示意图,固体,固体疏水,固体亲水,固体,水滴,水滴,接触角,接触角,当气泡与颗粒共存于水中时，颗粒是否能附着在气泡上和附着的牢固程度，取决于附着前后界面能的变化。 如果总能量降低，则能附着，且能量降低越多，附着越牢

12、固； 如果能量增加，则不能附着。,平衡时有： LSLGcosGS,41,接触前后的能量变化： W=W2W1=GSLSLG 因为： LSLGcosGS WLG(cos1),在颗粒与气泡附着前，单位界面面积上的界面能W1等于气液界面能和液固界面能之和： 即W1=LSLG。 附着后，由于附着部分没有了固液界面，所以单位附着面积上的界面能相应变为W2GS。,42,WLG(cos1),（a）当颗粒完全被水润湿时，0，cos1，W0，颗粒不能与气泡粘附。 （b）当颗粒完全不被水润湿时，180，cosl，W2LG，颗粒与气泡粘附的动力大，易于用气浮法处理。 （c）固体的接触角越大，越易于与气泡的粘附。但对于

13、LG很小的体系，虽然有利于固体向气泡的粘附，但由于粘附动力较小，颗粒向气泡的粘附困难。,43,732 颗粒与气泡的作用形式,颗粒与气泡的作用有气泡与颗粒吸附、气泡顶托和絮凝体中裹夹三种形式,气泡与颗粒吸附,44,气泡顶托,气泡在絮凝体中裹夹,45,732气浮过程的调节,污染物的颗粒是否与气泡粘附及粘附的牢固程度，与污染物的疏水性强弱有关。 有时污染物的疏水性较弱，用气浮法处理时效率很低。为了增加废水中悬浮颗粒的疏水性，提高浮选效果，需向废水中投加化学药剂，这些化学药剂称为浮选剂。 浮选剂（flotation reagent)根据其作用的不同可分为以下几种：,46,浮选药剂的分类：,捕收剂(co

14、llector)：能够提高颗粒可浮性的药剂称为捕收剂。 起泡剂(frother)：它的作用是降低液体表面自由能，产生大量微细且均匀的气泡，防止气泡相互兼并，形成相当稳定的泡沫层。因此起泡剂是作用在气液界面上，用以分散空气，形成稳定的气泡。,47,调整剂：,调整剂包括抑制剂、活化剂和介质调整剂三大类。 （1）抑制剂(depressant)：能降低物质可浮性的药剂称为抑制剂。 （2）活化剂(activator)：能够消除抑制作用的药剂称为活化剂。 （3）介质调整剂(regulator)：介质调整剂的主要作用是调整废水的pH值。,返回目录,48,74 加压溶气浮选法的流程,流程：根据废水加压方式的不

15、同，基本流程有以下三种： 1）全部废水溶气浮选法（DAF with total aeration of flow) 2）部分废水溶气浮选法(DAF with partial aeration of flow) 3）部分回流溶气浮选法（DAF with recycle aeration of flow),49,全部废水加压溶气浮选(泵前加气),减压阀,气浮池,50,全部废水加压溶气浮选(泵后加气),进水,空气,泵,溶气罐,减压阀,气浮池,出水,混凝剂,51,部分进水加压溶气气浮法流程,浮选池,出水,52,部分回流溶气浮选流程,减压阀,浮选池,回流率25%50%，即回流水的流量与进水量之比,53,

16、全部废水加压溶气浮选流程的特点,进水,空气,泵,溶气罐,减压阀,气浮池,出水,混凝剂,（a）溶气量大，增加了油粒或悬浮颗粒与气泡的接触机会；,（b）在处理水量相同的条件下，它较部分回流溶气气浮法所需的浮选池小，从而减少了基建投资。,（c）但由于全部废水经压力泵，所以增加了含油废水的乳化程度，而且压力泵和溶气罐均较其它两种流程大，因此投资和运转动力消耗较大。,54,部分进水加压溶气气浮法流程的特点,浮选池,出水,（a）较全流程溶气浮选法所需的压力泵小，故动力消耗低；,（b）压力泵所造成的乳化油量较全部溶气法低；,（c）气浮池的大小与全部溶气法相同，但较部分回流溶气法小。但溶气量小。,两种流程的共

17、同缺点是减压阀或溶气释放器易堵塞！,55,部分回流溶气浮选流程的特点,减压阀,浮选池,回流25%50%,（a）加压的水量少，动力消耗省；,（b）浮选过程中不促进乳化；,（e）缺点是浮选池的容积较前两种流程大。,（c）减压阀或溶气释放器不易堵塞；,（d）矾花形成好,返回目录,56,75气浮法的应用及特点,(a)分离废水中的细小悬浮物、藻类及微絮体； (b)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； (c)代替二次沉淀池，分离和浓缩剩余活性污泥，特别适用于那些易于产生污泥膨胀的生化处理工艺中；L (d)分离回收含油废水中的悬浮油和乳化油； (e)分离回收以分子或离子状态存在的污染

18、物，如表面活性物质和金属离子。,57,气浮法的特点：,(a)由于气浮池的表面负荷有可能高达l2m3/m2h，水在池中停留时间只需1020min，而且池深只需2m左右，故占地较少，节省基建投资； (b)气浮池具有预曝气作用，出水和浮渣都含有一定量的氧，有利于后续处理或再用，泥渣也不易腐化； (c)对那些很难用沉降法去除的低浊度含藻水，气浮法处理效率高，甚至还可去除原水中的浮游生物，出水水质好；,58,气浮法的特点：,(d)浮渣含水率低，一般在96%以下，比沉淀池污泥体积少5080，这对污泥的后续处理有利，而且表面刮渣也比池底排泥方便； (e)可以回收利用有用物质； (f)气浮法所需药剂量比沉淀法节省。 (g)气浮法的缺点： 气浮法电耗较大，处理每吨废水比沉淀法多耗电约0.02 0.04kWh； 目前使用的溶气水减压释放器易堵塞； 浮渣怕较大的风雨袭击。,返回目录,59,自然沉降1h，清水占总体积的1,添加聚丙烯酰胺后沉降1h，清水占总体积的10,添加新气浮剂后气浮浓缩10min，清水占总体积的65,