水质工程学电子课件__第13章__气浮

1、水质工程学（下）水质工程学（下）电子教案电子教案辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 土建学院市政系土建学院市政系第13章 污水的物理化学处理13.113.1 混凝混凝13.213.2 气浮气浮13.513.5 电渗析电渗析13.613.6 扩散渗析扩散渗析13.713.7 反渗透反渗透13.313.3 吸附吸附13.413.4 离子交换离子交换 13.813.8 超滤超滤 一、一、 概述概述 水和废水的气浮法处理是将空气以微小气泡形式通入水水和废水的气浮法处理是将空气以微小气泡形式通入水中，使微小气泡与在水中悬浮的颗粒粘附，形成水中，使微小气泡与在水中悬浮的颗粒粘附，形成水- -气气- -颗粒三

2、颗粒三相混合体系，颗粒粘附上气泡后，密度小于水即上浮水面，从相混合体系，颗粒粘附上气泡后，密度小于水即上浮水面，从水中分离，形成浮渣层。水中分离，形成浮渣层。 气浮法处理工艺必须满足下述基本条件：气浮法处理工艺必须满足下述基本条件：必须向水中提供足够量的细微气泡；必须向水中提供足够量的细微气泡；必须使污水中的污染物质能形成悬浮状态；必须使污水中的污染物质能形成悬浮状态；必须使气泡与悬浮的物质产生粘附作用。必须使气泡与悬浮的物质产生粘附作用。13.213.2 气浮气浮 污水处理技术中，气浮法固污水处理技术中，气浮法固- -液或液液或液- -液分离技术应用的几液分离技术应用的几方面：方面：石油、化

3、工及机械制造业中的含油污水的油水分离石油、化工及机械制造业中的含油污水的油水分离; ;工业废水处理工业废水处理; ;污水中有用物质的回收污水中有用物质的回收; ;取代二次沉淀池，特别是用于易产生活性污泥膨胀的情况取代二次沉淀池，特别是用于易产生活性污泥膨胀的情况; ;剩余活性污泥的浓缩。剩余活性污泥的浓缩。按产生细微气泡的方法分按产生细微气泡的方法分微气泡曝微气泡曝气气浮法气气浮法 剪切气泡剪切气泡气浮法气浮法 加压溶气加压溶气气浮法气浮法真空真空气浮法气浮法电解气浮法电解气浮法分散空气气浮法分散空气气浮法 溶解空气气浮法溶解空气气浮法 气浮法的类型气浮法的类型二、气浮处理的理论基础二、气浮处

4、理的理论基础 将空气通入水中，并以微小气泡折出，使水中杂质粘附气泡一同上浮将空气通入水中，并以微小气泡折出，使水中杂质粘附气泡一同上浮至水面分离。至水面分离。 1 1气浮流程气浮流程 ： 气污水气污水气粒吸附气粒吸附泡沫泡沫分解分解 2 2、气浮条件：、气浮条件：去除比重近于去除比重近于1 1，直径，直径6060悬浮物悬浮物 气粒吸附：属气粒吸附：属物理吸附物理吸附。吸附放热，低温吸附效果较好；极性相。吸附放热，低温吸附效果较好；极性相 同，吸附效果较好；物理性质相同，吸附效果较好。同，吸附效果较好；物理性质相同，吸附效果较好。 吸附对象：吸附对象：吸附疏水性物质吸附疏水性物质 疏水性物质难为

5、水润湿的物质，可以直接吸附。疏水性物质难为水润湿的物质，可以直接吸附。 亲水性物质容易被水润湿的物质，需要转为疏水性物质。亲水性物质容易被水润湿的物质，需要转为疏水性物质。 表面活性剂：可以使疏水、亲水相互转移，表面活性剂由极性和非极表面活性剂：可以使疏水、亲水相互转移，表面活性剂由极性和非极性分子组成，分子一端呈亲水性，另一端呈疏水性，也叫二亲分子。性分子组成，分子一端呈亲水性，另一端呈疏水性，也叫二亲分子。 a. a. 表面活性剂对于亲水性物质有利，使亲水性物质转为疏水性。表面活性剂对于亲水性物质有利，使亲水性物质转为疏水性。 b. b. 表面活性剂对于疏水性物质不利，使疏水性物质转为亲水

6、性。表面活性剂对于疏水性物质不利，使疏水性物质转为亲水性。 气浮法的理论实质：研究：气浮法的理论实质：研究： 三相混合系的表面张力和体系界面自由能，三相混合系的表面张力和体系界面自由能， 颗粒表面疏水性和润湿接触角，颗粒表面疏水性和润湿接触角， 混凝剂与表面活性剂在气浮分离中的作用混凝剂与表面活性剂在气浮分离中的作用气浮法的基本原理气浮法的基本原理悬浮粒子与气泡的粘附条件悬浮粒子与气泡的粘附条件液体表面分子所受的分子引力与液体表面分子所受的分子引力与液体内部分子所受的分子引力不同，液体内部分子所受的分子引力不同，表面分子所受的作用力是不平衡的，表面分子所受的作用力是不平衡的，这不平衡的力有把表

7、面分子拉向液体这不平衡的力有把表面分子拉向液体内部、缩小液体表面的趋势，这种力内部、缩小液体表面的趋势，这种力称为流体的称为流体的表面张力表面张力。要使表面分子不被拉向液体内部，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作功，因而液体表层分子具有更多的能量，这种能量称能量，这种能量称表面能表面能。同样，在液、气、固三相介质的同样，在液、气、固三相介质的表面也存在表面也存在界面张力界面张力和和界面能界面能。界界面能与界面张力的关系如下：面能与界面张力的关系如下：SE 界面张力系数；界面张力系数；SS界面面积界面面

8、积 界面能界面能E E与界面张力的关系如下：与界面张力的关系如下：式中：式中： 界面张力系数；界面张力系数； S S 界面面积。界面面积。 气泡未与悬浮颗粒粘附前气泡未与悬浮颗粒粘附前, ,颗粒与气泡的单位面积上的界面能分别为颗粒与气泡的单位面积上的界面能分别为水水- -粒粒1 1和和水水- -气气1 1，这时单位面积上的界面能之和，这时单位面积上的界面能之和E E1 1为：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E E2 2及及其缩小值其缩小值E E分别为：分别为： 这部分能量差这部分能量差E即为挤开气

9、泡和颗粒之间的水膜所做的功，此值越大，气即为挤开气泡和颗粒之间的水膜所做的功，此值越大，气泡与颗粒粘附得越牢固。泡与颗粒粘附得越牢固。 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式为：者相对稳定时，三相界面张力的关系式为：式中：式中：接触角（也称湿润角）。接触角（也称湿润角）。 带入上式得：带入上式得：SE气水粒水-1E粒气-2E气粒气水粒水-21EEE气粒气水粒水-)180cos()cos-气水粒水气水粒水（E)cos1-（气水E)cos1-（气水E 界面能变化分析：界面

10、能变化分析： 上式表明，并不是水中所有的污染物质都能与气泡粘上式表明，并不是水中所有的污染物质都能与气泡粘附，是否能粘附，与该类物质的接触角有关。附，是否能粘附，与该类物质的接触角有关。（1 1）E E越大，吸附越容易进行。越大，吸附越容易进行。（2 2）当）当00时，时，coscos11，E E00，这类物质亲水性强，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（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。附，不能用气浮法去除。（3 3）当）当180180时，时，coscos -1 -1，E E22水水- -气气，这类，这类 物质憎水性强（称憎水性物质

11、），易与气泡粘附，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。宜用气浮法去除。 （4 4）接触角可判断物质被水润湿的性质，接触角可判断物质被水润湿的性质，9090为亲水为亲水 性物质，不容易吸附，性物质，不容易吸附，9090为疏水性物质，容易为疏水性物质，容易 吸附。吸附。 气浮的实质是气浮的实质是 体系界面能的变化值体系界面能的变化值E E的大小。的大小。气泡与悬浮颗粒的粘附形式微细气泡与悬浮颗粒的粘附形式：微细气泡与悬浮颗粒的粘附形式：气颗粒吸附、气泡顶托以及气泡裹夹气颗粒吸附、气泡顶托以及气泡裹夹 当流态为层流时，即当流态为层流时，即ReRe1 0.6MPa0.6MPa

12、空气供给设备空气供给设备压力溶气系统压力溶气系统加压水泵加压水泵压力溶气罐压力溶气罐空气供给设备空气供给设备附属设备附属设备水泵压水管装水泵压水管装射流器挟气式射流器挟气式溶气方式有三种溶气方式有三种水泵吸气式在经济和安全方面都不理水泵吸气式在经济和安全方面都不理想，已很少使用想，已很少使用空压机供气是较早使用的一种供气方空压机供气是较早使用的一种供气方式，使用较广泛，其优点是能耗相对式，使用较广泛，其优点是能耗相对较低较低压力管装射流器进行溶气的优点是不压力管装射流器进行溶气的优点是不需另设空压机，没有空压机带来的油需另设空压机，没有空压机带来的油污染和噪声污染和噪声水水 泵泵 吸吸 气气

13、式式空压机供气式空压机供气式 空气释放系统是由溶气释放装置和溶气水管路空气释放系统是由溶气释放装置和溶气水管路组成。组成。 溶气释放装置的功能是将压力容器水减压，使溶气释放装置的功能是将压力容器水减压，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。速、均匀地与水中的颗粒物质粘附。 常用的溶气释放装置有常用的溶气释放装置有减压阀、溶气释放喷嘴、减压阀、溶气释放喷嘴、释放器释放器等。等。 空气释放系统空气释放系统 气浮池的功能是提供一定的容积和池表面积，使微气泡气浮池的功能是提供一定的容积和池表面积，使微气泡与水中悬浮颗粒

14、充分混合、接触、粘附，并使带气颗粒与水分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。离。目前最常用，其反应池与气浮池合建。废目前最常用，其反应池与气浮池合建。废水进入反应池完全混合后，经挡板底部进水进入反应池完全混合后，经挡板底部进入气浮接触室以延长絮体与气泡的接触时入气浮接触室以延长絮体与气泡的接触时间，然后由接触室上部进入分离室进行固间，然后由接触室上部进入分离室进行固液分离。池面浮渣由刮渣机刮入集渣槽，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。清水由底部集水槽排出。平流式气浮池的优点是池深浅、造价低、平流式气浮池的优点是池深浅、造价低、构造简单、运行方便。构

15、造简单、运行方便。缺点是分离部分的容积利用率不高等。缺点是分离部分的容积利用率不高等。气浮池的有效水深通常为气浮池的有效水深通常为2.02.5m2.02.5m，一般以单格宽度不超过，一般以单格宽度不超过10m10m、长度不超过长度不超过15m15m为宜。为宜。废水在反应池中的停留时间与混凝剂种类、投加量、反应形式等因素有关，一般为废水在反应池中的停留时间与混凝剂种类、投加量、反应形式等因素有关，一般为515min515min。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小于为避免打碎絮体，废水经挡板底部进入气浮接触室时的流速应小于0.1m/s0.1m/s。废水在接触废水在接触室中的上

16、升流速一般为室中的上升流速一般为1020mm/s1020mm/s，停留时间应大于停留时间应大于60s60s。 四、气四、气 浮浮 池池 平流式气浮池平流式气浮池竖流式气浮池竖流式气浮池竖流式气浮池的基本工艺参数与平流式竖流式气浮池的基本工艺参数与平流式气浮池相同。气浮池相同。其优点是接触室在池中央，水流向四周其优点是接触室在池中央，水流向四周扩散，水力条件较好。扩散，水力条件较好。缺点是与反应池较难衔接，容积利用率缺点是与反应池较难衔接，容积利用率较低。较低。有经验表明，当处理水量大于有经验表明，当处理水量大于150 150 200m200m3 3/h/h、废水中的可沉物质较多时，宜废水中的可

17、沉物质较多时，宜采用竖流式气浮池。采用竖流式气浮池。2.2. 无试验资料时，可根据气固比无试验资料时，可根据气固比（A/SA/S）进行估算）进行估算式中：式中：A/SA/S 气固比气固比, ,g g ( (释放的气体释放的气体) )/ / g(g(悬浮固体悬浮固体) )，0.0050.0600.0050.060，一般为，一般为 0.0050.006 0.0050.006，当悬浮固体浓度较高，当悬浮固体浓度较高 时取上限，如剩余污泥气浮浓缩时，时取上限，如剩余污泥气浮浓缩时， 气固比采用气固比采用0.030.040.030.04； 1.31mL 1.31mL空气的质量，空气的质量，mgmg； c

18、 ca a 某一温度下的空气溶解度；某一温度下的空气溶解度； f f 压力为压力为p p时，水中的空气溶解系时，水中的空气溶解系数，数，0.50.80.50.8（通常（通常0.50.5）；）； p p0 0 表压，表压，kPakPa；q qvR vR 加压水回流量，加压水回流量，m m3 3/h/h； q qv v 设计水量，设计水量，m m3 3/h/h；si si 入流废水的悬浮固体浓度入流废水的悬浮固体浓度, ,mg/Lmg/L。压压 力力 溶溶 气气 气浮气浮 法法 的的 设设 计计 计计 算算 气浮所需空气量气浮所需空气量1.1. 有试验资料时有试验资料时式中：式中：q q v v气

19、浮池设计水量，气浮池设计水量，m m3 3/h/h； R R试验条件下的回流比，试验条件下的回流比，% %； a ac c试验条件下的释气量，试验条件下的释气量，L/mL/m3 3； 水温校正系数，取水温校正系数，取1.11.31.11.3（主要考虑水的粘滞度影响，（主要考虑水的粘滞度影响， 试验时水温与冬季水温相差大试验时水温与冬季水温相差大 者取高值）。者取高值）。cvgvaRqqSivvR0a)1-(3.1qqfpcSA 溶气罐高溶气罐高h h：式中：式中：h h1 1罐顶、底封头高度罐顶、底封头高度（根据罐直径而定），（根据罐直径而定），m m； h h2 2 布水区高度，一般布水区高度，一般取取0.20.3m0.20.3m； h h3 3 贮水区高度，一般贮水区高度，一般取取1.0m1.0m； h h4 4 填料层高度，当采填料层高度，当采用阶梯环时，可取用阶梯环时，可取1.01.3m1.01.3m。压压 力力 溶溶 气气 气气 浮浮 法法 的的