隔油和破乳ppt课件

第三章浮力浮上法,.,学习内容,1、概述2、隔油池3、气浮4、乳化油及破乳方法,.,1.概述,1.1原理借助于水的浮力，使水中不溶态污染物浮出水面，然后用机械加以刮除的水处理方法统称为浮力浮上法。1.2分类根据分散相物质的亲水性强弱和密度大小，以及由此而产生的不同处理机理，浮力浮上法可分为:自然浮上法、气泡浮升法和药剂浮选法三类。,.,1.3定义自然浮上法-水中的粗分散相物质是比重小于l的强疏水性物质，可以依靠水的浮力使其自发地浮升到水面。主要用于粒径大于5060m的可浮油的分离，因而常称为隔油。气泡浮升法-分散相物质是乳化油或弱亲水性悬浮物，就需要在水中产生细微气泡，使分散相粒子粘附于气泡上一起浮升到水面，简称气浮。药剂浮选法-分散相物质是强亲水性物质，就必须首先投加浮选药剂，将粒子的表面性质转变成为疏水性的，然后再用气浮法加以除去，这就是药剂浮选法，简称浮选。,.,2.1.油的概述,1油类的来源2油的状态3油污染的危害,2.隔油池,.,1含油废水来源,.,可浮油：呈悬浮状态，粒径大于15m，占石油炼厂废水含油量的6080%，易于用隔油池去除。分散油：粒径大于1m，悬浮分散于水相中，不稳定，可采用粗粒化方法去除。乳化油：呈乳化状态，粒径70%。,.,4.隔油池的设计平流式,1.平流式隔油池的总容积W=Qt式中：Q-废水设计流量，m3h；t停留时间，一般为1.5-2h。或者按照表面负荷计算：隔油池的表面积A：A=Q/q；其中，q取1.2m3/m2h,.,2.格数n隔油池宜分隔为数格，分格数n通常为24。3.宽度b如采用机械刮油，单格宽度b必须与刮油机的跨度规格相匹配，一般为6.0m、4.5m、3.0m、2.5m和2.0m；采用人工刮油时，b不宜大于3.0m。4.水深h隔油池工作水深h一般不小于2.0m，hb宜在0.30.4范围。显然，过流断面面积FQvnhb。5.长度LL=A/nb,所得的L值应满足单格长宽比Lb4.0。,.,优点：可分离的最小油滴直径为60m;相应的上升速度不高于0.2mm/s;停留时间30min,为平流式的1/4-1/2。,2.2.2斜板式隔油池,1.原理浅层原理,.,平流式隔油池内安装许多倾斜的平行板，便成了平行板式隔油池(PPI)。斜板的间距为100mm。这种隔油池的特点是油水分离迅速，占地面积小(只为API的1/2)。但结构复杂，维护和清理都比较困难。,2.平行板式隔油池(PPI),.,Flash,.,3.波纹板隔油池(CPI),将PPI的平行板改换成波纹斜板，既波纹板隔油池(CPI)。板间距20-40mm，倾角45。水沿板面向下，油滴沿板下表面向上，汇集后用集油管排出，处理后的水从溢流堰排出。分离效率更高，池内水的停留时间约为30min，占地只有PPI式的2/3。,.,.,平流式+斜板,.,3.气浮,3.1、概述3.2、气泡形成和粘附过程3.3、气浮设备及其设计计算,.,3.1概述,1.工作原理气浮过程中，细微气泡首先与水中的悬浮粒于相粘附，形成整体密度小于水的“气泡-颗粒”复合体，使悬浮粒子随气泡一起浮升到水面。由此可见，实现气浮分离必须具备以下三个基本条件：一是:水中产生足够数量的细微气泡；二是:污染物形成不溶性的固态或液态悬浮体；三是:气泡能够与悬浮粒子相粘附。这里着重讨论细微气泡的形成以及它与悬浮粒子的粘附问题。,.,3.2.1空气的溶解、释放及气泡性质1、空气的溶解2、溶解空气的释放3、细微气泡的性质3.2.2悬浮粒子与气泡的粘附,3.2气泡形成和粘附过程,.,3.2.1空气的溶解、释放及气泡性质1、空气的溶解,V空气在水中的溶解度，Lm3；KT溶解度系数，LkPam3，p溶液上方的空气平衡分压，kPa,溶解度与压力正比，温度反比,.,(1)溶气效率-溶解于水中的空气量与通入空气量的百分比。溶气效率与温度、溶气压力及气;液两相的动态接触面积有关。(2)空气在水中的饱和系数-在一定条件下，空气在水中的实际溶解量与平衡溶解量之比.饱和系数与溶气时间及溶气罐结构有关。在24min的常用溶气时间内，填料罐的饱和系数为0.70.8。,.,2、溶解空气的释放,释气过程是在溶气水在反复地收缩、扩散、撞击、反流、挤压、辐射和旋流中完成的，整个过程历时不到0.2s。,.,(1)气泡直径-d愈小，其分散度愈高，对水中悬浮粒子的粘附能力和粘附量也就愈大。(2)气泡密度-指单位体积释气水中所合微气泡的个数，它决定气泡与悬浮粒子碰撞的机率。(3)气泡的均匀性-一是指最大气泡与最小气泡的直径差；二是指小直径气泡占气泡总量的比例。(4)气泡稳定时间-是将溶气水注入1000mL量筒，从满刻度起到乳白色气泡消失为止的历时。优良的释放器释放的气泡稳定时间应在4min以上。（5）溶气利用率-是指能同悬浮粒子发生粘附的气泡量占溶解空气量的百分比。,3、细微气泡的性质,.,3.2.2悬浮粒子与气泡的粘附1、气泡与悬浮颗粒粘附的条件,表面张力-将液体表面分子拉向液体内部、缩小液体表面的趋势的力。表面能-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，因而液体表层分子具有更多的能量.同样，在液、气、固三相介质的表面也存在界面张力和界面能。界面能与界面张力的关系如下：,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水-粒1和水-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E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。,式(1),.,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10-40所示，其关系式为：式中：-接触角（也称湿润角）上式带入式（1）得：,否能粘附接触角有关:当0时，cos1，E0，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180时，cos-1，E2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。,.,.,2.气泡与悬浮颗粒的粘附形式,气粒吸附,气泡顶托,气泡裹夹,.,3.3浮上法的类型,（一）电解浮上法（二）分散空气浮上法（三）溶解空气浮上法1、真空浮上法2、加压溶气浮上法,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。,水量小的工业废水,.,（一）电解浮上法-将正负极相间的多组电极通直流电时，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。,竖流式电解池Flash,.,特点:产生的气泡小，特别适用于脆弱絮状悬浮物；去除污染物范围广，泥渣量少，工艺简单，设备小等。但电耗高，操作管理复杂，电极易结垢，较难适用于大型生产。应用：可以处理多种含有机物、重金属废水，如制革废水、毛皮废水、肉类加工厂废水和电镀厂废水等。,Flash,.,（二）分散空气浮上法,利用机械剪切力，将混合于水中的空气粉碎成微细气泡。粉碎方式不同，可分为：射流气浮微气泡（微孔曝气）切割空气法,.,射流气浮-利用射流器喉管中高速水流形成负压或真空，造成大量空气被吸入，并产生强烈的混合，空气被粉碎成细微气泡。,.,微气泡（微孔曝气）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。特点：简单易行，但易堵塞，气泡较大，气浮效果不高等缺点。,.,切割气泡法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。特点：适合水量不大，污染物质浓度较高的废水。,.,（三）溶解空气浮上法,1、真空浮上法-空气在常压下溶解，真空条件下释放。,缺点：空气的溶解在常压下进行，溶解度低、气泡释放有限；需要真空设备，运行维护困难。,.,预曝气,释放气泡,.,3.3.1加压溶气浮上法,1.定义-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。2.特点-溶解在加压下进行，溶解度高、气泡释放多，效率高.3.工作原理在高压和活跃的气液两相的动态接触面积能提高空气的溶气效率。例如:在20和290490kPa(表压)的溶气压力下，填料溶气罐的平均溶气效率为7080%，空罐仅为50%.,.,4.加压溶气法流程的组成,压力溶气系统,空气释放系统,气浮池,.,压力溶气浮上法系统的组成,4.加压溶气法流程的组成,.,压力溶气系统,.,压力溶气系统,.,.,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,泵前插管进气，是在加压泵的吸水管上设置一个膨胀的插管管头，在管头轴线上沿水婉方向插入l3支900的进气管。水泵运行时，叶轮旋转产生的负压将空气从进气管吸入，并与水一起在泵内增压、混合和部分溶解。这种溶气方式简便易行、能耗低，但气水比受到一定限制，一般为58，最高不能超过10，而且加压泵叶轮易受气蚀。,.,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,射流进气是以加压泵出水的全部或部分作为射流器的动力水，当水流以3040ms的高速紊流束从喷嘴喷出，并穿过吸气室进入混合管时，便在吸气室内造成负压而将空气吸入。气水混合物在混合管(喉管)内剧烈紊动、碰撞、剪切，形成乳化状态。进入扩散管后，动能转化为压力能而使空气溶于水，随后进入溶气罐。这种供气方式设备简单，操作维修方便，气水混合格解充分；但由于射流器阻力损失大(一般为加压泵出口压力的30%)而位能耗偏高。,.,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,空压机供气的优点是气量、气压稳定，并有较大的调节余地，但噪声大，投资较高。,.,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溶气水减压，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、溶气释放器等。,空气释放系统,.,功能-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。,气浮池,类型:平流式竖流式,.,平流式气浮池,目前最常用，反应池与气浮池合建。工作过程:废水入混合后，经挡板底入以延长絮体与气泡的接触时间，然后由上部进入进行固液分离。池面浮渣由刮渣机刮入集渣槽，清水由底部集水槽排出。优点:池深浅、造价低、构造简单、运行方便。缺点:分离部分的容积利用率不高等。,.,矩形气浮池,工艺参数有效水深通常为2.0-2.5m,一般以单格宽不超过10m，长不超过15m为宜。停留时间与混凝剂种类、投加理、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150-200m3/h，废水中的可沉物质较多时，宜采用竖流式气浮池。,竖流式气浮池,.,.,5.加压溶气法的三种基本流程：全溶气流程部分溶气流程回流溶气流程,特点：溶气量大，但动力消耗大，絮凝体容易在加压和溶气过程中破碎，水中的悬浮粒子容易在溶气罐填料上沉积和堵塞释放器。,全溶气流程,溶气量大，增加了油粒或悬浮颗粒与气泡的接触机会；在处理水量相同时，它较部分回流溶气法所需气浮池小。全部废水经过压力泵，所需的压力泵和溶气罐均较其他两种流程大，因此投资和运转动力消耗较大。,.,原水的部分进水加压，其余混凝处理，混合气浮。虽避免了絮凝体易碎，但溶气罐填料和释放器仍易被堵塞。,部分溶气流程,与全流程溶气气浮法所需的压力泵小，因此动力消耗低；气浮池的大小与全流程溶气气浮法相同，但较部分回流溶气气浮法小。,.,处理后的净化部分回流加压，原水全部混凝气浮。这种流程能耗低，混凝剂利用充分，而且操作较为稳定，因而应用最为普遍。,回流溶气流程,加压的水量少，动力消耗省；气浮过程中不促进乳化；矾花形成好，后絮凝也少；气浮池的容积较前两种流程大。,.,6.气浮法的特点及其应用,与沉淀法相比，具有以下特点。优点：表面负荷高，停留时间短，池深浅，占地少，基建省，效率高。具有预曝气作用，出水和浮渣含有一定量氧，对去除表面活性剂及臭味有明显效果，利于后续处理或再用，泥渣不易腐化。对低温低浊的含藻水，气浮效果较高，出水水质好。对活性污泥法系的固液分离，采用气浮可以消除污泥膨胀问题，对曝气池正常工作十分有利。浮渣含水率一般在96%以下，对污泥后续处理有利。可以回收利用有用物质。缺点：气浮池电耗较高，每吨水约电量0.03-0.04kWh。设备维修管理工作量增加，减压阀，释放器或射流器易堵塞。浮渣怕较大风雨袭击。,.,主要用途及效果：适用于造纸废水处理及纤维回收、印染废水处理、电镀等含各种重金属离子废水处理、含油废水处理、制革废水处理、化工废水处理、油漆废水处理、食品废水处理、生物处理的泥和水的分离、低温低浊地面水处理、含藻地面水处理以及其它多种废水的固、液分离。,.,7.压力溶气气浮系统的设计,.,.,.,.,1.当有试验资料时，可用下式计算：Qvg=QvRac式中：Qv-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；-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:式中：A/S-气固比（g释放的气体/g悬浮固体），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，采用0.03-0.04；1.3-1mL空气的重量，mg；ca-某一温度下的空气溶解度；f-压力为p时，水中的空气溶解系数，0.5-0.8（通常0.5）；p0-表压，kPa；qvR-加压水回流量，m3/h；qv-设计水量，m3/h；Sa-入流废水的悬浮固体浓度，mg/L。,7.部分回流压力溶气浮上法的设计计算(1)供气量和空压机选择,.,根据气固比A/S的定义可得下式所示的关系：,式中AS-气浮过程气固比，L空气kgSS；Q和Qr-分别为人流废水和溶气用水流量，m3L；C-98kPa压力和指定温度下空气在水中的平衡溶解量，mL/L；f-溶气水中的空气饱和系数；p-溶气绝对压力，kPa；Sa-入流废水中的SS浓度，mg/L。,.,式中KT-空气在水中的溶解度系数，LkPam3；-溶气效率()。,空压机额定供气量Qa(m3min)为：,式中-空压机安全系数，一般取l.21.5；1.25-空气过量系数。按Qa和溶气压力及输气管路阻力降，即可进行空压机选型。,由上式可求得加压溶气用水的需用量Qr，并按下式计算实际供气量Qa(Lh)：,.,溶气罐直径Dd按下式计算：式中：I-过流密度,对于一般空罐取1000-2000m3/(m2d)，填料罐取2500-5000m3/(m2d)。,溶气罐高h：式中：h1-罐顶、底封头高度,根据罐直径定，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。,(2)溶气罐,.,式中fd-溶气罐有效容积系数，常取5060。确定Vd后，可按径高比DH1：(34)确定其结构尺寸。空罐取DH1：3，填料罐取DH1：4。目前，溶气罐已有若干系列的定型产品(如RG型和YJR型等)供选用。为了保证溶均罐的稳定运行和减轻操作强度，溶气罐应设液位自动控制装置。,溶气罐的容积，原则上可按溶气用水量Qr(m3min)、溶气时间t(min)计算。,.,溶气罐系统结构图,.,实践证明：温度、过水密度和填料层高度是影响溶气效率的主要因素,影响溶气效率的主要因素,.,TR系列高通量压力溶气罐,主要特点1耗能低、效率高(溶气效率高达99%)。2自动调整溶气罐内气液平衡。3低压运行(2.5-3Kgf/cm2压力下即可高效运作)。4过水密度大(罐截面负荷率可达5000米3/米2。日)。5在不排放未溶空气的条件下运行，可节省空压机电耗，大大缩短连续运行时间，延长空压机寿命。6小阻力均匀布水，压力降仅为喷头布水的十分之一，因而有效的利用水泵扬程节省电耗，避免喷头的堵塞。7罐体轻巧，安装、使用、维护方便,.,.,（3）溶气释放系统,压力溶气水经过瞬时降压、消能、传质、释气后，很快形成无数大小不同的超微气泡(D1um)，并在剧烈的紊流扩散和分子扩散中继续碰撞和逐级并大，从而形成密集的微气泡(1umv水下时，固液可以分离；当v粒上v水下絮粒将随水带出。因此气浮分离区的大小实际上受到流水的平均向下流速的控制。一般，悬浮物较低，可采用2-3mm/s，浓度较高时，1-1.5mm/s，特别注意，如果此时分离区的面积较小，会发生拥挤沉淀的现象。,.,气浮池的长宽比及停留时间的选择,气浮池设计的主要控制参数是分离流速，根据分离流速就可确定池表面积但是长宽比仍然需要确定。目前运行良好的溶气气浮池的长度最大可达12m，但宽度被限制为8.5m，这主要是因为机械刮渣机的最大跨度为8.5m。建议在气浮池设计中，停留时间订作为复核参数，一般控制1020分钟左右。,.,集水方式的选择与控制,出流水的集水越均匀，各点的出流速度越趋于平均流速，因局部出流速度过大而拉吸絮粒的可能性减小。,大孔槽出流：易产生短流现象。单支状穿孔管集水系统：出流均匀。,.,考虑到气浮池在长期运转过程中，难免有泥砂或絮粒沉积于池底，因此一般穿孔集水管管底装置在离池底20-30cm处。干管与支管的流速应尽可能小些，宜控制在0.5-0.7m/s之间。孔眼以向下与垂线成45度角交错排列，孔距以20-30cm为宜。,.,排渣方式及其设备的选择,溢渣和刮渣两种：溢渣：依靠池水位的升高或浮渣积聚后渣面的升高而将渣溢出，这种形式可以连续外溢也可间歇外溢，其优点是对浮渣层扰动小、出水水质不大受排渣的影响，缺点是滞渣的浓度较低、水量流失大、对粘性大的浮渣无法溢出。刮渣：借助人工或机械设备进行定期的刮渣。其优缺点正好与溢渣相反。因此，溢渣方式适用于：(1)小型的气浮处理装里(省机械利泥设备)；(2)粘性较小而能顺利地外溢的浮渣；(3)气浮池后面设有泥渣浓缩池或其他脱水设备的场合。,.,目前最普遍的还是采用机械刮渣设备：(1)它能选择在最恰当的浮渣浓度下排渣，排渣时水量流失少，一般只占处理水量的0.60.7左右，且便于进一步浓缩脱水；(2)能根据浮渣的多少，灵活地学握排渣的次数；(3)刮渣设备并不复杂且因间歇运行所消耗的能量也极少；(4)操作简便,履带多刮板刮渣机（国外使用较多，易出故障）行车单刮板刮渣机（国内使用较多）,排渣设备：,.,出水形式与水量控制,出水不同于沉淀池与澄清池，它是向下部出水的。因此，需要通过控制出水水位，才能做到进、出水量之间的平衡，以保证气浮池的正常水位。特别是当气浮池刮渣时。为了浮渣的顺利刮除，往往需要借助于升高池水位来实现，因此调节、控制出水量更显重要。最简单的调控形式是在总集水管后装闸门用闸门来调节池水位的高低。缺点：经常调节闸门，不易控制正确，对出水水质的好坏也不能一目了然，因此不宜采用。,.,第二种形式是增设一个出水井，并把出水管向上升至最低的允许池水位，另外，再在其管外套个水位调节管，通过对调节管的提升与下降(用螺杆调节)来控制分离室水位。管高一般采用30cm。调节管的内径与出水管外径之间的间隙，以能上、下移动为度。这种方法较前一种方法方便易行，只是很难确保出水井中有稳定的水位，特别是若从出水井抽取部分出流水作为回流溶气水时，很可能产生井中水位低落而被吸空的现象，不利于回流泵的正常运转。第三种形式即将穿孔集水管与出水井相连通，而在出水井的上部设置溢流出水管，只有当水位超过该管管口时，才向外出流，这样就确保了井中始终有一定的水深，以便随时启动回流泵。因此，目前对中、小型气浮池推荐采用第三种形式。,.,对于大型气浮池，由于设一根总管出水不甚恰当，因此可用整个或部分池宽作堰流用活动堰板的升降进行水位、流量调节。,.,.,气浮设计举例说明,设计前需要考虑如下问题：气浮效果是否比沉淀效果好？是否需要投加凝聚刘或其他药剂，投加量是多少？与原水混合、反应的时间是多少?所用的溶气水压力与回流水量是多少？浮渣的上浮速度、浓缩程度和脱水性能大体怎样?能否回收、利用?采用气浮法处理的基建及日常运转费用。主体设计方案包括如下内容：采用全溶气式还是部分回流式？采用平流式还是竖流式，取圆形还是方形？在气浮之前是否需要预处理，与后续构筑物如何衔接（高程）？浮渣的处理？,.,气浮设计举例说明,例如：某造纸中段水，SS800mg/L，拟采用平流式气浮池。确定基本设计数据如下：Q=5000m3/d，水温T200C，接触室上升流速Vo=20mm/s，气浮分离速度vs=2.0mm/s(或者表面负荷率=7.2m3/m2.h)，分离室停留时间取16mins，回流比R10，采用TS型溶气释放器，溶气压力为2.5公斤/厘米2，释气量为40ml/L，填料罐过流密度L150m3/hr.m3。,.,方案草图如下：,计算过程如下：气浮所需的释气量式中：Q气浮池设计水量(m3/h)；R试验条件下的回流比（）ae试验条件下的释气量（释气效率）(L/m3)；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)。,.,方法二：如果无试验资料，可以根据气固比进行估算，A/S（g释放的气体/g悬浮固体），0.005-0.06，当悬浮固体浓度较高的时候取上限，如果剩余污泥气浮浓缩，气固比取0.03-0.04，本例取0.01，则：,.,2)所需空压机额定气量,（其中为安全系数）故选用型空压机两台，一用一备。,3)加压溶气所需水量,故水泵选用两台，一用一备。式中：p选定的溶气压力(公斤/厘米2)；溶气效率，对装阶梯环填料的溶气罐可按下表选取；KT溶解度系数(L/mmHgm3)，可根据水温查下表而得。,735.5mm汞柱=1公斤/厘米2=1000cm水柱,.,4)压力溶气罐,可选用标准填料罐规格Dd0.5m.,5)接触室面积A,接触室宽度bc=0.60m，则接触室长度，即气浮池宽度B：,6）分离室的表面积A,.,分离室长度：,(7)气浮池水深,式中：t气浮池分离室停留时间取16mins。,(8)气浮池容积,时间校核：,.,气浮池总停留时间：,(9)气浮池集水管采用穿孔管全池共用4根，管