溶气气浮实验.doc

环工综合实验溶气气浮实验实验报告环境科学与工程学院实验中心实验题目溶气气浮实验实验类别综合实 验 室实 验 时 间实验环境温度: 湿度: 同组人数一、 实验目的1、了解加压溶气系统和设备各部分的组成、运行过程、操作和控制要点、溶气水释放的表现特征以及浮渣的形成。2、加深对悬浮颗粒浓度、操作压力与澄清效果间关系的理解。二、 实验仪器及设备仪器设备：气浮装置(由蓄水池、进水泵、气浮池、清水池、溶气加压泵、溶气罐、溶气释放器、流量计等组成)，漏斗75mmD，锥形瓶250mL，2000mL量筒2个，快速水分测定仪，烧杯若干等。试剂：定性滤纸一盒，10%硫酸铝溶液，三、实验原理1、气浮净水方法目前环境工程和排水工程中日益广泛应用的一种水处理方法。该法主要用于处理水中相对密度小于或接近于1的悬浮杂质，如乳化油、羊毛脂、纤维以及其他各种有机或无机的悬浮絮体等。因此气浮法在自来水厂、城市污水处理厂以及炼油厂、食品加工厂、造纸厂、毛纺厂、印染厂、化工厂等的水处理中都有应用。气浮法具有处理效果好、周期短、占地面积小以及处理后的浮渣中固体物质含量较高等优点；但也存在设备多、操作复杂、动力消耗大的缺点。2、气浮法就是使空气以微小气泡的形式出现于水中并慢慢自下而上地上升，在上升过程中，气泡与水中污染物接触，并把污染物黏附于气泡上（或气泡附于污染物上），从而形成密度小于水的气水结合物浮升到水面，使污染物质从水中分离出去。3、产生密度小于水的气水结合物的主要条件如下： （1）水中污染物质具有足够的憎水性; （2）加入水中的空气所形成气泡直径不宜大于70m; （3）气泡与水中污染物质应有足够的接触时间。4、气浮法按水中气泡产生的方法分为布气气浮、溶气气浮和电气浮几种。由于布气气浮一般气浮直径较大、气浮效果较差，而电气浮气泡直径虽不大但耗电较多，因此目前应用气浮法的工程中，以加压溶气气浮法最多。5、加压溶气气浮法就是使空气在一定压力的作用下溶解于水，并达到饱和状态，然后使加压水表面压力突然减到常压，此时溶解于水中的空气便以微小气泡的形式从水中逸出来。这样产生了供气浮用的合格的微小气泡。6、影响加压溶气气浮的因素很多，如空气在水中溶解量、气泡直径的大小、气浮时间、水质、药剂种类与加药量、表面活性物质种类、数量等。因此，采用气浮法进行水质处理时，常需通过实验测定一些有关的设计运行参数。实验原理问答题：1、采用氯化铁作为混凝气浮的混凝剂可行吗？染色废水混凝气浮选用的混凝剂有何讲究？答：不可行。因为氯化铁中Fe3+ 在水溶液中以水合离子Fe(H2O)63+的形态存在，当溶液的PH值增大，水合铁离子会发生配位水分子的离解，反应生成各种羟基铁离子。形成的絮凝体较紧密，密度较大，易沉淀，会沉降到容器底部，不易被气浮带到水体表面去除。染色废水气浮混凝剂的选择，需要考虑到混凝后的气浮效果，使得形成的絮凝物质易于气浮处理。同时，还要考虑混凝的效果是否能较大效率的脱色，使水质达标排放。染色废水分两种，一种是活性染料属亲水类，一种是分散染料等属疏水类，混凝气浮选用混凝剂铁盐，铝盐都行。但混凝气浮对染色废水中的分散染料作用大，对染色废水中的活性染料作用小。目前国内用于印染废水的无机混凝剂有硫酸亚铁、氯化铁、聚合硫酸铁、硫酸铝、氯化铝、碱式氯化铝（PAC）、含镁脱色剂、Fenton试剂、改性膨润土等。其中以铁盐、镁盐、铝盐以及硅、钙元素的化合物为主。印染废水种类繁多，混凝剂应结合具体废水的性质,如染料品种、色度、废水pH值等,选择合适的混凝剂进行混凝气浮。以下是几种不同混凝剂的适用废水种类。铝系混凝剂：PAC对深蓝色印染废水的处理效果较好，对红色废水（低浓度）的处理效果比较差。碱式氯化铝处理酸性染料、分散性染料及直接染料的印染废水的效果较好。且当PH值大于4时，适用铝系混凝剂更有利于吸附印染废水中悬浮的胶体杂质。铁系混凝剂：铁盐混凝剂其混凝作用机理与铝盐相似。但铁较铝有更强的亲OH能力，因此，水解的速度远远快于铝盐，铁盐中Fe3+对非水溶性染料在.PH值511的范围内色度去除率高。硫酸亚铁辅以适当的助凝剂，对不溶性染料和大部分水溶性染料均有较好的脱色效果。镁及其它混凝剂：镁盐和碱生成带正电荷的氢氧化镁沉淀，强烈吸附带负电荷的阴离子染料而使染料废水得以脱色。尤其对含磺酸基团的水溶性染料具有良好的处理效果。镁盐在一定的PH溶液中发生水解反应，生成各种羟基络合物。在高PH值（10.412.4）时，经水解反应生成具有聚合作用的物质氢氧化镁胶体；在低PH值时，Mg2+，MgOH+可在多种表面上发生专属吸附作用。 复合混凝剂：除了铁盐、镁盐、铝盐无机混凝剂外，还有高效复合混凝剂，它对水溶性染料废水脱色效果良好。聚硅酸盐是一类新型无机高分子混凝剂，把铝盐或铁盐引入到聚硅酸中制成混凝剂可预先羟基化聚合后再混合，也可先混合再聚合，这类混凝剂具有聚硅酸和聚铝或聚铁的优点，混凝脱稳性能远超过单独的聚硅酸或聚金属离子，同聚硅酸相比，不但提高了稳定性，且增加了电中和能力，同聚金属离子相比，则增强了黏结架桥效能。2、压力溶气气浮法是目前国内外最常采用的方法，可选择的基本流程有全流程溶气气浮法、部分溶气气浮法和部分回流溶气气浮法三种。这三种气浮方法有什么区别，你认为哪种气浮方法最好？答：（1）全流程溶气气浮法流程是使全部经混凝后的废水全部经溶气罐加压溶气，再经过减压装置释放进入气浮池进行固液分离。与其他两个流程相比，其电耗高，但因不另加溶气水，所以气浮池容积小。部分溶气气浮法是将一部分已经混凝的废水进行加压溶气,然后使之经释放器释放,并与待处理原水混合而实现气浮。此流程可缩小气浮系统的装置及降低动力费用，但易打碎絮体而影响净水效果,且控制也比较困难。部分回流溶气气浮法是指将原水和一部分出水混合后进行加压溶气后经过气浮池将沉淀去除。用水泵将部分气浮出水提升到溶气罐，加压到0.30.55MPa，同时注入压缩空气使之过饱和，然后瞬间减压，原来容积在水中的空气骤然释放，产生出大量的微细气泡，从而使被除去物质与微细气泡结合在一起。其特点为：在加压条件下，空气的溶解度大，供气浮用的气泡数量多，能保证气浮的效果。溶入水中的气体经急骤减压后，可以释放出大量的尺寸微细、粒度均匀、密集稳定的微气泡。微气泡集群上浮过程稳定，对水流的扰动较小，可以确保气浮效果，特别适用于细小颗粒和疏松絮体的固液分离过程。工艺流程及设备比较简单，管理维修方便，处理效果稳定，并且节能效果显著。加压气浮产生的微气泡可以直接参与凝聚并和微絮粒一起共聚长大，因此可以节约混凝剂的用量。(2)部分回流溶气气浮法最好，由于不易造成加压溶气罐里面填料的堵塞，处理效果稳定，气浮过程中不促进乳化，并且加压的水量少，动力消耗少，节能效果显著。此流程气泡数量多，且能形成微气泡不打碎絮体，气浮池的容积较前两种流程大，优势更加突出。四、实验步骤1.配置50ppm分散大红溶液12升，每隔2分钟加入10%硫酸铝溶液5ml，并缓慢搅拌，直至产生矾花，配置成混凝水，并测定混凝水的SS，以确定后续实验气固比。2.向4根分离柱分别注入880mm（气浮柱）、990mm（气浮柱）、1056mm（气浮柱）、1320mm高度（沉淀柱）的混凝水，并静置5分钟，使得分离柱中的混凝水矾花重新凝结。3.打开三根气浮分离柱阀门，分别向气浮柱缓慢注入加压溶气水，各柱注入量到终线1320mm刻度止。4.10分钟后记录各分离柱浮渣或沉渣高度。5.将各分离柱的浮渣或沉渣放出，测含固率（渣干重与渣体积的比值）。确定溶气释气量1.调节调节瓶使得密闭大细口瓶内加满自来水，并加满后调节三通塞赶走计量管中的空气。2.调节三通旋塞，密闭大细口瓶与外界空气隔绝，倒去量筒中水后通入1升压力溶气水。3.调节三通旋塞，使得大密闭细口瓶与调节瓶联通，密闭大细口瓶中的空气进入到计量管中，使得调节瓶水位与计量管水位相平，读出1升溶气水释放出的空气体积。注意事项：溶气水释放量速度应该适量，提高气浮效果。五、实验记录及原始数据气浮柱内径：4.3cm 1升水释气量：42ml 空气密度：1.29g/L干滤纸质量（g）过滤后质量（g）浮渣高度（mm）混凝水（100ml）0.5060.514880mm气浮柱0.5090.53315990mm气浮柱0.5050.570201056mm气浮柱0.5110.92518未气浮底层有一小层沉淀，沉淀未完成，其间悬浮着较多颗粒六、数据处理及结论1、1L水释气量为42*10*0.001*1.29=0.5418g。2、气浮含固量如下表固体质量（g）体积（ml）含固率（mg/ml）混凝水0.0088800.02410.131.109900.06513.502.2310560.41412.1515.84（1）混凝水SS的测定：SS=0.008/100=0.08g/mL(2)含固率的测定：880mL分离柱的含固率为：（0.024103）/(4.3/2)2 1510-1=1.10mg/mL 990mL分离柱的含固率为：（0.065103）/(4.3/2)2 2010-1=2.23mg/mL1050mL分离柱的含固率为： （0.414103）/(4.3/2)2 1810-1=15.84mg/mL(3)气固比的测定：880mL分离柱的气固比为：42（1320-880）10-1 (4.3/2)2 10-31.29/0.0888010-1 (4.3/2)2 =0.339990mL分离柱的气固比为：42（1320-990）10-1 (4.3/2)2 10-31.29/0.0899010-1 (4.3/2)2=0.0261050mL分离柱的气固比为： 42（1320-1050）10-1 (4.3/2)2 10-31.29/0.08105010-1 (4.3/2)2=0.174(4)关于混凝柱现象的简单结论： 如上图所示为实验中混凝柱的沉淀效果，可见水体中悬浮絮凝物较多且分散，虽在重力作用下柱中絮体分布存在差异，由上而下絮体逐渐沉积，但在柱体底部并未产生如同气浮柱中浮渣层一般的显著沉渣层，表明絮体密度较小不利于沉降，此外，直至实验结束时混凝柱中溶液色度仍较高，气浮柱中则基本澄清且颜色浅淡。因此该溶液不适于使用单纯混凝法进行处理，而应采用混凝气浮法。七、思考题1、应用已掌握的知识分析你取得释气量测定结果的正确性，你有更好的测定溶气释气量的办法吗？请思考。答：实验中释气量的测定存在一定误差，实际释气量Vg是一定体积加压溶气水在实验现场气压条件下所释出的空气体积,可实测得出,单位为毫升;理论溶气量Vc是一定体积加压溶气水的饱和溶气量(理论值)与实验现场气压条件下的饱和溶气量(理论值)之差,根据亨利定律可由下式计算得出,单位为毫升: Vc=k*p*W式中: W为加压溶气水的体积,mL；p为绝对压力,单位为MPa；k为空气的温度溶解系数,随水温变化而变化,其值由参考文献提供的数据经计算列入表1。 表1 各温度条件下的空气溶解系数水温（) 0 10 20 30 40 50K值0.0380.029 0.0240.0210.0180.015所以理论值为Vg=0.025*3.5*1.29=0.112875g2、电解凝聚气浮废水处理发明已久，但并未大量推广使用，与加压溶气气浮相比，其有何优缺点？请分析说明。答：用铝或铁等金属作为阳极，具有可溶性，Al、Fe以离子状态溶入水中，经过水解反应可以生成基络合物并发展成为无机高分子电解质。这类无机高分子电解质可以当作混凝剂对各种含有悬浮物、胶体的污水进行处理。当电极采用不溶性电极时，电解时在阳、阴极表面可以大量生成氢气和氧气，以微小气泡逸出。在气泡脱离电极从水层中上升的过程中，可以吸附水中微粒杂质浮至水面，经收集后除去。废水电解时，由于水的电解及有机物的电解氧化，在阳极、阴极表面上会有气体（如H2,O2及CO2，Cl2等）,呈微小气泡析出，它们在上升过程中，可粘附水中杂质微粒及油类浮到水面而分离。电解时，不仅有气泡浮上作用，而且还兼有凝聚、共沉、电化学氧化、电化学还原等作用。废水在直流电场作用下，水被电解，在阳极析出氧气，在阴极析出氢气，此外，电解氧化时，有机物可产生CO2，氯化物可产生Cl2。电解产生的气泡粒径很小，而且密度也小。电解凝聚气浮废水处理的原理是废水一般含有多种成分的电解质溶液,具有一定的导电性。在外加电流情况下,废水的化学成分,不溶性杂质的性质和状态,将随着发生变化。在外加电压的作用下“牺牲阳极”产生的胶体絮凝剂(如Al3+、Fe3+)，使废水中的胶体有机粒子、微细固体悬浮物产生的絮凝作用形成絮团。借助于电化学反应在阳极产生的絮凝作用,以及金属离子的形式进入溶液中经过水解聚合作用,可产生多核羟基络合物及氢氧化物,作为絮凝剂对水中悬浮物及胶体进行絮凝处理。也通过阴极、阳极产生的H2、O2等微小气泡产生的气浮作用除去,使废水