沉淀与上浮课件

沉澱與上浮

第一節沉澱的基本理論

根據水中懸浮物的密度、濃度及凝聚性，沉澱可分為四種基本類型。各類沉澱發生的水質條件如圖4-1所示。

(l)自由沉澱顆粒在沉澱過程中呈離散狀態，互不干擾，其形狀、尺寸、密度等均不改變，下沉速度恒定。懸浮物濃度不高且無絮凝性時常發生這類沉澱。(2）絮凝沉澱當水中懸浮物濃度不高，但有絮凝性時，在沉澱過程中，顆粒互相凝聚其粒徑和品質增大，沉澱速度加快。(3)成層沉澱當懸浮物濃度較高時，每個顆粒下沉都受到周圍其他顆粒的干擾，顆粒互相牽扯形成網狀的“絮毯”整體下沉，顆粒群與澄清水層之間存在明顯的介面。沉澱速度就是介面下移的速度。(4)壓縮沉澱當懸浮物濃度很高，顆粒互相接觸，互相支承時，在上層顆粒的重力作用下，下層顆粒間的水被擠出，污泥層被壓縮。一、自由沉澱水中所含懸浮物的大小、形狀、性質是十分複雜的，因而影響顆粒沉澱的因素很多。為了簡化討論，假定：①顆粒外形為球形，不可壓縮，也無凝聚性，沉澱過程中其大小、形狀和重量等均不變；②水處於靜止狀態；③顆粒沉澱僅受重力和水的阻力作用。靜水中的懸浮顆粒開始沉澱時，因受重力作用而產生加速運動，但同時水的阻力也增大。經過一很短的時間後，顆粒在水中的有效重量與阻力達到平衡，此後作等速下沉運動。等速沉澱的速度常稱為沉澱末速度，簡稱沉速。如以F1、F2分別表示顆粒的重力和水對顆粒的浮力，則顆粒在水中的有效重量為式中d——球體顆粒的直徑；

ρS、ρ——分別表示顆粒及水的密度；

g——重力加速度；如以F3表示水對顆粒沉澱的摩擦阻力，則

(4-2)式中A—一顆粒在沉澱方向上的投影面積，對球形顆粒，A=1/4πd2

u——顆粒沉速；

λ——阻力係數，它是雷諾數(Re＝ρud／μ)和顆粒形狀的函數。(4-1)球形顆粒的阻力係數λ與Re有關，見圖4-1。1.斯篤克斯公式

當Re<1時,：呈層流狀態

斯篤克斯公式:(4-3)(4-4)

該式表明：①顆粒與水的密度差(ρs-ρ)愈大、沉速愈快，成正比關係。②顆粒直徑愈大，沉速愈快，成平方關係。③水的粘度μ愈小，沉速愈快，成反比關係.2.牛頓公式

当1000<Re<25000時，呈紊流狀態，λ接近於常數0.4代入（4-3）得牛頓公式：當1<Re<1000時，屬於過渡區，λ近似為代入得阿蘭公式：(4-5)(4-6)(4-7)由式(4-3)可得阻力係數為由此式結合Re可以推導出消去u或d的如下公式

因此，利用λRe2或λ/Re與Re的關係圖可以求出d和u。此關係圖見圖4-2。(4-8)(4-9)(4-10)

當已知d值要求沉速時，先由式(4-5)計算出λRe2，查圖4-2得對應的Re，再由Re計算出u；當已知u值要求粒徑d時，先由式(4-10)計算出λ／Re，查圖4-2得Re值再由Re值算出d。圖4-2球形顆粒的阻力係數及其函數與雷諾數的關係

由於實際廢水中懸浮物組成十分複雜，因此常常不能採用上述理論公式計算沉澱速度和沉澱效率，只能通過沉澱試驗尋找沉澱設備的設計參數。圖4-3沉澱曲線

沉澱試驗是在沉澱管中進行的。將含懸浮物濃度為c0的原水混合均勻後，注入一組(通常5～7個)沉澱管．經t1時間沉澱後，從第一沉澱管深度為H處取樣，測定懸浮物濃度c1；沉澱時間為t2時，從第二沉澱管從第二沉澱管深度同為H處取樣，分析懸浮物濃度c2，……。

對於指定的沉澱時間t0，可求得顆粒流:u0=H/t0，對於沉速為u(u＜u0)的顆粒，由於在t＝0時刻處於水面下的不同深度處，經t0時間沉澱，也有部分顆粒通過了取樣面而被去除，其去除率為該顆粒的沉澱距離h與H之比即:所以經t0時間沉澱，各種顆粒沉澱的總去除率為:式中第二項如圖4-3中陰影部分所示，可用圖解法確定。(4-11)(4-12)

二、絮凝沉澱

由於原水中含絮凝性懸浮物，在沉澱過程中大顆粒將會趕上小顆粒，互相碰撞凝聚，形成更大的絮凝體，因此沉速將隨深度而增加。絮凝沉澱的效率通常由試驗確定。圖4-4顆粒表觀去除率與時間的關係圖4-5等去除率曲線

對指定的沉澱時間和沉澱高度，這沉澱效率η可用下式計算式中h5是所選定的沉澱高度。從選定的沉澱時間處作垂直線，與等去除率線相交時，相鄰兩等去除率線間的距離為Δhi,平均沉澱深度為。(4-13)(4-13a)或三、成層沉澱與壓縮

當懸浮物濃度較高時，顆粒互相干擾，小顆粒的沉速加快，大顆粒的沉速減慢。在沉澱初期，沿沉澱深度從上至下依次存在清水層、受阻沉澱層、過渡層和壓縮層。隨沉澱時間延長，泥水介面下移，壓縮層增厚,至某個時刻]只剩下清水層和壓縮層。如圖所示。圖4-6不同沉澱時間的總去除率圖4-7成層沉澱試驗介面變化

計算壓縮過程速度可用Coulson公式。該式假定污泥層高度的減少速度與可壓縮污泥層的厚度成正比，即:

對上式積分得:

成層沉澱與壓縮主要用於污泥的濃縮，有關應用參見本書第十六章。

(4-14)(4-14a)

四、理想沉澱池

為了說明沉澱池的工作原理，假定：(1)進出水均勻分佈到整個橫斷面；(2)懸浮物在沉澱區等速下沉；(3)懸浮物在沉澱過程中的水準分速等於水流速度，水流是穩定的；(4)懸浮物落到池底污泥區，即認為已被除去。圖4-8(a)為有效長、寬、深分別為L、B和H的理想平流沉澱池示意圖。在沉澱區每個顆粒一面下沉，一面隨水流水準運動，其軌跡是向下傾斜的直線。沉速u0的顆粒可全都除去所以,(4-15)

通過靜置沉澱試驗，根據要求達到的沉澱總效率，求出顆粒沉速後，也就確定了沉澱池的過流率。圖4-8理想平流池內沉澱狀態

圖4-8b是一中心進水周邊出水的圓形平流沉澱池。沿徑向的水流速度是一變數，在半徑為r處，v=Q/(2πrH)，顆粒運動軌跡是一曲線，其跡線方程為對沉速為u0的顆粒，積分上式得(4-16)(4-17)

實際運行的沉澱池與理想沉澱池是有區別的，主要是由於池進口及出口構造的局限，使水流在整個橫斷面上分佈不均勻，橫向速度分佈不勻比豎向速度分佈不勻更降低沉澱效率。此外，池內水流往往達不到層流狀態，由於紊流擴散與脈動，使顆粒的沉澱受到干擾。由於實際沉澱池受各種因素的影響，採用沉澱試驗數據時，應考慮相應的放大係數。設計的表面負荷應為試驗值的倍，平均為倍；沉澱時間應為試驗值的1.5—2.0倍，平均為1.75倍。return

第二節沉澱池一、沉砂池

沉砂池的作用是通過重力沉澱的方法去除廢水中所挾帶的泥砂。城市污水和一些工業廢水常含有無機性泥砂，這些泥砂必將在廢水處理裝置內沉積或引起磨損，造成設備運行故障，或者是無機泥砂同化學沉澱物，生物沉澱物共同沉澱，混雜在一起，影響污泥的處理與利用。為了保證系統正常工作，應在廢水處理前預先除去泥砂。根據沉砂池內水流力向，可分平流沉砂池和豎流沉砂池。圖4-9平流式沉砂池

一般沉砂池的水準流速在0.15—0.3m/s之間為宜，停留時間不少於30s。沉砂池應不少於兩個，以便可以切換工作。池內有效水深不大於1.2m，合格沉砂池渠寬不小於0.60m，池內超高為0.30m。沉砂池水面面積可用下式計算

(4-18)其中，(4-19)

過水斷面積

(4-20)

池的總寬度

(4-21)

設計有效水深

(4-22)

沉砂池長

(4-23)

每個沉砂池(或每分格)的寬度

(4-24)

二、平流沉澱池平流沉澱池是廢水從池的一端進入，從另一端流出，水流在池內作水準運動，池平面形狀呈長方形，可以是單格或多格串聯。池的進口端底部，或沿池長方向，設有一個或多個貯泥鬥，貯存沉積下來的污泥(見圖4-10)。圖4-10設行車刮泥機的平流式沉澱池

沉澱池(或分格)的長寬比不小於4，顆粒密度較大時，可採用不小於3，有效水深不大於3m，大多數為1～2.5m，超高一般為0.3m，污泥鬥的斜壁與水平面的傾角不應小於45°，生物處理後的二次沉澱池，泥鬥的斜壁與水平面的傾角不應小於50°，以保證徹底排泥，防止污泥腐化。

沉澱池的進口應保證沿池寬均勻布水，入口流速小於25mm/s。為了保證不沖刷已有的底部沉積物，水的流入點應高出泥層面0.5m以上。通常，沉澱池的進口是採用穿孔槽外加擋板(或穿孔牆)的方法，穿孔槽為側面穿孔時，擋板是豎向的(見圖4-10)，擋板應高出水面0.15～0.2m，伸入水面以下深度0.2m，距進口為0.5～1.0m。當進水穿孔槽為底部穿孔時，擋板是橫向的，大致在1/2池深處(如圖4-11所示)。圖4-11平流式沉澱池的進出口裝置形式

沉澱池的出口一膠採用溢流堰，堰前應加設擋板，擋板淹沒深度不小於0.25m，距出水口為0.25～0.5m。溢流堰大多數採用鋸齒形堰(圖4-12)，易於加工及安裝，出水比平堰均勻。這種出水堰常用鋼板製成，齒深50mm，齒距200mm，直角，用螺栓固定在出口的池壁上。圖4-12出口鋸齒形溢流堰

沉澱池的沉積物應及時排定。污泥的收集和排除方法很多，如在池進口端設置泥鬥時，應設置刮泥車或刮泥機，將全池底的污泥集中到泥鬥處排除(見圖4-13)

圖4-12設鏈帶刮泥機的平流沉澱池

如沿池長設置多個排泥鬥時，每一污泥鬥應設獨立的排汙管及排泥閥，如圖4-13所示。一般採用1.5～2.0m，排泥管直徑不小於20Omm。靜壓力排泥方式可參見豎流沉澱池。圖4-13多鬥底的沉澱池

平流沉澱池的設計，主要是確定沉澱區、污泥鬥的尺寸、池總深度、進出口設備及排泥設備等。沉澱區的計算，在無沉澱試驗資料時，可按沉澱時間(t)及水準流速(v)計算，此時，池長L

(4-25)

沉澱區過水斷面積F

(4-26)

池的總寬度B

(4-27)

所需池數或分格數

(4-28)

在有沉澱試驗資料作依據，確定截留速度u(即表面水力負荷u=Q／A)時，池平面面積A

(4-29)

沉澱區的水深h2

(4-30)

污泥鬥和污泥區的容積視每日進入的懸浮物量以及所要求的貯泥週期而定。沉澱池中污泥的體積可用下式計算

(4-31)

沉澱池的總深度

H＝h1+h2+h3+h4(4-32)

h1——池超高，一般取0.3m；h2——池有效水深；

h3——緩衝層高度;h4——污泥部分高度(包括泥鬥)。污泥鬥容積V1應通過繪製計算草圖，用幾何方法計算。對於四棱臺形污泥鬥，其體積為

(4-31)

式中f1、f2分別為污泥鬥上底和下底面積。污泥鬥以上由底坡形成的梯形部分容積V2可按下式計算

(4-32)

式中l1、l2——梯形的上下底邊長；

h4——梯形的高度。

三、豎流沉澱池

豎流沉澱池水流方向與顆粒沉澱方向相反，其截留速度與水流上升速度相等,沉澱效率將比平流沉澱池更高。豎流沉澱池多為圓形、方形或多角形，但大多數為圓形，直徑(或邊長)一般在8m以下，常介於4～7m之間。沉澱池的上部為圓筒形的沉澱區，下部為截頭圓錐狀的污泥區，二層之間為緩衝層，約0.3m(圖4-14)。集水槽大多採用平頂堰或三角形鋸齒堰，堰口最大負荷為1.5L/m·s。當池的直徑大於7m時，為集水均勻，還可設置輻射式的集水槽與池邊環形集水槽相通。圖4-14圓形豎流式沉澱池

豎流沉澱池中心管內流速對懸浮物的去除有很大影響，中心管及喇叭口、反射板的構造與尺寸如圖4-15所示。圖4-15豎流式沉澱池中心管出水口尺寸四、輻流式沉澱池

輻流式沉澱池是直徑較大(20～30m)的圓池，最大直徑達100m。中心深度為2.5～5.0m，周邊深度為1.5～3.0m。廢水從池中心進入，由於直徑比深度大得多，水流呈輻射狀向四周周邊流動，沉澱後廢水往四周集水槽排出。為了阻擋漂浮物質，出水槽堰口前端可加設擋板及浮渣收集與排出裝置。

圖4-16輻流式沉澱池

輻流式沉澱池的設計方法很多，國內目前多採用與平流沉澱池相似的方法，取池半徑1/2處的水流斷面作為沉澱池的設計斷面。也有採用表面負荷進行計算的。對生活污水或與之相似的廢水進行處理的表面負荷可採用2～3.6m3/m2h，沉澱時間為1.5～2.0h。

沉澱部分水面面積可用下式計算，其中q’為表面負荷。

(4-33)

池直徑

(4-34)

沉澱部分高度

(4-35)

污泥鬥的計算與平流池相同，污泥貯存時間採用4h。沉澱池的總高度

H＝h1+h2+h3+h4+h5

(4-36)五、斜板斜管沉澱池

沉澱池加設斜板(管)後，處理能力比一般沉澱池大得多(3～7倍)，過流率可達36m3/m2h，停留時間大大縮短，節省占地面積。斜板(管)與水平面間的傾角一般採用50°～60°.斜板(管)沉澱池大多採用異向流形式，即水流在斜板(管)內的流動方向與顆粒沉澱和滑行方向相反，也有採用同向流及橫向流形式(圖4-17)。斜板(管)之間間距一般不小於50mm，廢水在斜管內流速視不同廢水而定，如處理生活污水，流速為0.5～0.7mm/s。斜板大多採用聚氯乙烯平板或波紋板，斜管多為粘合塑膠蜂窩管，常以一種組裝形式安裝。斜板(管)長一般在1.0～1.2m左右。。圖4-17斜管斜板沉澱池

假定有一個異向流沉澱單元，傾斜角為α，長度為l，斷面高度為d，寬度為w，單元內平均水流速度v,所去除顆粒的沉速為v0,如圖4-25所示。當顆粒由a移動到b被去除，可理解為顆粒以v的速度上升l+l1的同時以u0的速度下沉l2的距離，兩者在時間上相等,即:(4-37)(4-38)(4-39)(4-40)沉澱單元長度

沉澱單元的斷面面積為dw，則單元所通過的流量為

q＝dwv

圖4-18顆粒在異向流斜板間沉澱

如果池內有n個沉澱單元，並且考慮斜板〔管)有一定的壁厚度，池內進出口影響及板管內採用平均流速計算時，上式可修正得沉澱池設計流量：

Q=ηu0(Af十A)(4-41)即異向流斜板(管)沉澱池的截留速度;斜板設計長度(4-42)(4-43)根據同樣方法，可以求得同向流情況下斜板的理論長度l及設計長度l’一個斜板單元的理論流量q=u0(af-a)(4-46)斜板沉澱池設計流量Q=ηu0(Af-A)

(4-47)即同向流斜板(管)沉澱池的截留速度(4-44)(4-45)(4-48)

橫向流斜板(管)沉澱池的沉澱情況如圖4-19所示，由相似定律得

圖4-19橫向流沉澱過程一個沉澱單元的流量

(4-50)沉澱池的設計流量Q=Afu0η

橫向流沉澱池截留速度(4-49)(4-52)(4-51)

理論上說，同向流斜板(管)沉澱池的效率最高，但是，由於水與沉澱物流向相同時，兩相的分離較困難，所以目前普遍採用的是異向流沉澱池。returnreturn第三節隔油池

石油開採與煉製、煤化工、石油化工及輕工等行業的生產過程排出大量含油廢水。油品相對密度一般都小於1,只有重焦油相對密度大於1。如果油珠粒徑較大，呈懸浮狀態，則可利用重力進行分離，這類設備通稱為隔油池。隔油池的種類很多，國內外普遍採用的是普通平流隔油池和斜板隔油池。平流隔油池一般不少於兩個，池深1.5～2.0m，超高0.4m，每單格的長寬比不小於4，工作水深與每格寬度之比不小於0.4m，池內流速一般為2～5mm/s，停留時間一般為1.5～2.Oh，可將廢水中含油層從400～1000mg/L降至150mg/L以下，去除效率達70％以上，所去除油粒的最小直徑為10O～150μm.

刮油機可以是鏈條牽引或鋼索牽引的。在用鏈條牽引時，刮油機在池面上刮油，而在池底部可起著刮泥作用，將下沉的油泥刮向池進口端的泥鬥。池底部應保持有0.01-0.02的底坡，貯泥鬥深度一般為0.5m，底寬不小於0.4m，側面傾角不應小於45°～60°。一般隔油池水面的油層厚度不應大於0.25m。為了收集和排除浮油，在水面處應設集油管。集油管一般直徑為200～300mm的鋼管製成，沿管軸方向在管壁上開有60°角的切口，集油管可用螺杆控制，使集油管能繞管軸轉動。集油管常設在池出口處及進水間，管軸線安裝高度與水面相平或低於水面5cm。隔油池的進水端一般採用穿孔牆進水，在出水端採用溢流堰。為了保證隔油池的正常工作，池表面應加蓋，以防火、防雨、保溫及防止油氣散發，污染大氣。在寒冷地區或季節，為了增大油的流動性，隔油池內應採取加溫措施，在池內每隔一定距離，加設蒸氣管，提高廢水溫度。水準隔油池構造簡單，工作穩定性好，但池容積較大，占地面積也大。鑒於目前國內生產的刮油機規格。在隔油池設計中，每單格寬度應與刮油機跨度相適應，常採用6.0、4.5、3.O、2.5、2.0m幾種。若是人工清油，一般單格寬度不宜超過3.0m。

平流隔油池的設計可按油粒上升速度或廢水停留時間計算。油粒上升速度u’可通過試驗求出(同沉澱的方法相同)或直接應用修正的Stokes公式計算β表示由於水中懸浮物影響，使油粒上浮速度降低的係數：

隔油池的表面積:(4-53)(4-54)(4-55)為了提高單位池容積的處理能力，隔油池也有採用斜板形式，如圖4-20所示。

圖4-20CPI型隔油池

池內斜板大多數採用聚酯玻璃鋼波紋板．板間距為20～50mm，傾角不小於45，斜板採用異向流形式，廢水自上而下流入斜板組、油粒沿斜板上浮。實踐表明，斜板隔油池所需停留時間僅為平流隔油池的1/2～1/4，約30min。斜板隔油池去除油滴的最小直徑為60μm。用斜板隔油池處理石油煉製廠廢水時，出水含油量可控制在50mg/L以內。國內目前設計板長為175mm，板寬為750mm。厚1～1.5mm，波長130mm，波高16.5mm，波紋板展開寬度為913mm，板間距為40mm。池內廢水停留時間為15～20min，板間流速0.7～0.8mm/s。布水柵用厚6～10mm的鋼板製成，板上開孔直徑為20mm，總開孔面積為布水面積的6％，在處理石油煉製廠廢水時，表面負荷為0.6～0.8m3/m2·h)。為了防止油類物質附著在斜板上，應選用不親油材料做斜扳，但實際上比較困難，所以，在斜板隔油池的運行中也常有掛油現象，應定期用蒸汽及水沖洗，防止斜板間堵塞。廢水含油量大時，可採用較大的板間距(或管徑)，含油量小時，間距可以減小。

殼牌石油公司研製的斜板隔油池即所謂PPI(ParallelPlateIntercepter)型油水分離池如圖4-21所示。該裝置可去除大於60μm的油珠。圖4-21PPI型油水分離池return第四節氣浮池

氣浮法是利用高度分散的微小氣泡作為載體去粘附廢水中的污染物，使其視密度小於水而上浮到水面實現固液或液液分離的過程。在水處理中，氣浮法廣泛應用於：(l)分離地面水中的細小懸浮物、藻類及微絮體；(2)回收工業廢水中的有用物質；(3)代替二次沉澱池，分離和濃縮剩餘活性污泥；(4)分離回收含油廢水中的懸浮油和乳化油；(5)分離回收以分子或離子狀態存在的目的物。氣浮法具有以下特點：(1)由於氣浮池的表面負荷有可能高達12m3/m·h，水在池中停留時間只需10～20min，而且池深只需2m左右，節省基建投資；(2)氣浮池具有預曝氣作用，泥渣不易腐化;(3)氣浮法處理效率高，甚至還可去除原水中的浮游生物，出水水質好；(4)浮渣含水率低，一般在96％以下,對污泥的後續處理有利；(5)可以回收利用有用物質；(6)氣浮法所需藥劑量比沉澱法節省。但是，氣浮法電耗較大，處理每噸廢水比沉澱法多耗電約0.O2～0.04kWh；目前使用的溶氣水減壓釋放器易堵塞；浮渣怕較大的風雨襲擊。一、基本原理

氣浮過程包括氣泡產生、氣泡與顆粒(固體或液滴)附著以及上浮分離等連續步驟。實現氣浮法分離的必要條件有兩個:第一，必須向水中提供足夠數量的微細氣泡，氣泡理想尺寸為15～30μm；第二，必須使目的物呈懸浮狀態或具有疏水性質，從而附著於氣泡上浮升.1.氣泡的產生產生微氣泡的方法主要有電解、分散空氣和溶解空氣再釋放三種。向水中通入5～10V的直流電，廢水電解產生H2、O2和CO2等，氣泡微細，密度小，直徑約10～60μm，浮升過程中不會引起水流紊動，浮載能力大，特別適用於脆弱絮凝體的分離。如採用鋁板或鋼板作陽極，則電解溶蝕產生的Fe2+和A13+離子經過水解、聚合及氧化，生成具有凝聚、吸附及共沉作用的多核羥基絡合物和膠狀氫氧化物，有利於水中懸浮物的去除。但由於存在電耗較高，電極板易結垢等問題，目前該法主要用於中小規模的工業廢水處理。

分散空氣的方法和設備很多。

①通過由粉末冶金、素燒陶瓷或塑膠製成的微孔板(管)，將壓縮空氣分散為小氣泡。氣泡大小與微孔孔徑及水的表面張力有關②將空氣引入一個高速旋轉的葉輪附近，通過葉輪的高速剪切運動，將空氣吸入並分散為小氣泡(直徑1mm左右)。葉輪氣浮設備如圖4-22所示。在氣浮池底部設有葉輪1，葉輪直徑多為200～600mm，葉輪通過轉軸3由池頂的電機驅動，轉速多用900～1500r/min。葉輪上面裝有帶導向葉片6的固定蓋板2。葉輪與導向葉片間距5～8mm。蓋板與葉輪間距10mm(空氣吸入口)，蓋板上開孔12～18個，孔徑20～30mm，作迴圈進水孔。(4-56)圖4-22葉輪氣浮裝置

葉輪氣浮池一般採用正方形，邊長不超過葉輪直徑的6倍。當處理規模較大時，可在一個氣浮池中設多個葉輪。氣浮池的工作水深一般為2.5-4m，氣浮時間15-20min。葉輪所需軸功率(4-57)

③利用射流器或水泵吸入和分散空氣，這類方法設備簡單，但受設備工作特性的限制，吸氣量不大，一般不超過進水量的10％(V％)。溶氣氣浮是使空氣在一定壓力下溶於水中並呈飽和狀態，然後使廢水壓力驟然降低，這時溶解的空氣便以微小的氣泡從水中析出並進行氣浮。用這種方法產生的氣泡直徑約為20～100μm，並且可人為地控制氣泡與廢水的接觸時間，因而淨化效果比分散空氣法好，應用廣泛。這種方法的優點是溶氣壓力比加壓溶氣法低，能耗較小，但其最大缺點是氣浮池構造複雜，運行維護都有困難，因此在生產中應用不多。加壓溶氣氣浮按溶氣水不同有全部進水溶氣、部分進水溶氣和部分處理水溶氣三種基本流程。全部進水加壓溶氣流程的系統配置如圖4-23所示。這種流程的缺點是能耗高，溶氣罐較大。當進水中懸浮物多時，易堵塞釋放器。圖4-23加壓溶氣氣浮流程

無論何種流程，其主要設備有加壓泵、溶氣罐和氣浮池。消氣量、析出氣泡的大小及均勻性與壓力、溫度、溶氣時間、溶氣罐及釋放器構造等因素有關。空氣在水中的溶解度V與壓力p的關係符合亨利定律。(4-58)

空氣在水中的溶解速度與空氣和水的混合接觸程度，水中空氣溶解的不飽和程度等因素有關。在靜止或緩慢流動的水流中，空氣的擴散溶解相當緩慢(見圖4-24)。生產上溶氣時間一般採用2～4min。圖4-24空氣在水中的溶解量與加壓時間關係

溶氣罐是一個密封的耐壓鋼罐，罐上有進氣管、排氣管、進水管、出水管、放空管、水位計和壓力錶。空氣與水在罐內混合、溶解。空氣從水中析出的過程大致可分為兩個步驟，即氣泡核的形成過程與氣泡的增長過程。其中第一個步驟起決定性作用。2．懸浮物與氣泡附著

懸浮物與氣泡附著有三沖基本形式：氣泡在顆粒表面析出，氣泡與顆粒吸附以及聚體中裹夾氣泡。氣泡能否與懸浮顆粒發生有效附著主要取決於顆粒的表面性質。如果顆粒易被水潤濕，則稱該顆粒為親水性的，如顆粒不易被水潤濕，則是疏水性的。顆粒的潤濕性程度常用氣液固三相間互相接觸時所形成的接觸角的大小來解釋。在靜止狀態下，當氣、液、固三相接觸時，在氣液介面張力線和固液介面張力線之間的夾角(對著液相的)稱為平衡接觸角，用θ表示。θ＜90°者為親水性物質，θ＞90°者為疏水性物質.這可從圖4-25中物質與水接觸面積的大小清楚地看出。

圖4-25不同懸浮顆粒與水的浸潤情況

不論物質的潤濕性如何，在三相接觸點上，三個介面張力總是處於平衡狀態，即

(4-59)

當氣泡與顆粒共存於水中時，在其附著前，單位介面面積上的介面能之和為

Wl＝σLs+σLG(4-60)

附著後，單位附著面積上的介面能相應減小為W2=σGS，其介面能降低的數值為

ΔW=Wl-W2=σLS+σLG-σGS

(4-61)

將式(4-60)代入，整理得

ΔW=σLG(1-cosθ)(4-62)(1)當顆粒完全被水潤濕時，，顆粒不能與氣泡相粘附，因此也就不能用氣浮法處理。(2)當顆粒完全不被水潤濕時，顆粒與氣泡粘附緊密，最易於用氣浮法去除。(3)對σLG值很小的體系，雖然有利於形成氣泡，但ΔW很小，不利於氣泡與顆粒的粘附。若要用氣浮法分離親水性顆粒(如紙漿纖維、煤粒、重金屬離子等)，就必須投加合適的藥劑，以改變顆粒的表面性質，這種藥劑通常稱為浮選劑。浮選劑大多數由極性-非極性分子所組成，其極性端含有-OH，-COOH，-SO3H，-NH2，≡N等親水基團，而非極性端主要是烴鏈。浮選劑的種類很多，如松香油、石油及煤油產品，脂肪酸及其鹽類，表面活性劑等。對不同性質的廢水應通過試驗，選擇合適的品種和投加量，必要時可參考礦冶工業浮選的資料。

二、氣浮設備及其設計計算

1．氣浮池

目前常用的氣浮池均為敞式水池，與普通沉澱池構造基本相同，分平流式和堅流式兩種。平流式氣浮池池深一般為1.5～2.0mm,不超過2.5m。池深與池寬之比大於0.3。氣浮池表面負荷通常取5～10m3/m3h,總停留時間為30～40min。平流式氣浮池的構造示意如圖4-26所示。反應絮凝後的原水與載氣水充分混合後，均勻分佈在氣浮池的整個池寬上。為了防止進口區水流對顆粒上浮的干擾，在氣浮池的前部均設置隔板。隔板與水平面夾角約60°，板頂離水面約0.3m。在隔板前面的部分稱為接觸區，在隔板後面的則稱為分離區。在接觸區隔板下端的水流上升流速一般可取20mm/s左右，而隔板上端的上升流速則一般為5～20mm/s，接觸室的停留時間不少於2min。

分離區的作用是使附著氣泡的顆粒與水分離，並上浮至池面。顆粒的上浮速度根據附著氣泡後的視密度可估算，也可實測得到。另一方面，清水從分離區的底部排出，產生一個向下流速。因此，分離區的大小實際上受向下流速的控制。設計時向下流速可取1.0～3.0mm/s。圖4-26上向流式加壓氣浮池

浮集於水面的浮渣的厚度與浮渣性質和刮渣週期有關。有時浮渣厚度可達數十釐米，而有的則很薄，且很易破碎，一般都用機械方法刮渣。豎流式氣浮池如圖4-26所示。池高度可取4～5m，長寬或直徑一般在9～10m以內。中央進水室、刮渣板和刮泥耙都安裝在中心轉軸上，依靠電機驅動以同樣速度旋轉。

2、溶氣量與溶氣水量的估算

在加壓溶氣系統設計中，常用的基本參數是氣固比(G/S)，即空氣析出量G與原水中懸浮固體量S的比值，定義為:

三種廢水的氣浮試驗結果如圖4-27所示。由圖可見，對同一種廢水,G/S值增大，出水懸浮物濃度降低，浮渣固體含量提高；而不同的廢水，其氣浮特性不同。因此，合適的G/S值應由試驗確定，當無實測數據時，一般可選用0.005～0.060，原水的懸浮物含量高時，取下限，低時則取上限。(4-63)圖4-27氣固比與出水中SS及浮渣中固體含量的關係

根據試驗或公式計算確定G/S值後，可用下式計算所需要的空氣量V0(4-64)

當確定了氣固比G/S和溶氣壓力p後，可由式(4-63)計算溶氣水量q

return第五節化學沉澱

化學沉澱法是向水中投加某些化學藥劑，使之與水中溶解性物質發生化學反應，生成難溶化合物，然後通過沉澱或氣浮加以分離的方法。化學沉澱法的工藝流程和設備與混凝法相類似，主要步驟包括：(1)化學沉澱劑的配製與投加；(2)沉澱劑與原水混合、反應；(3)固液分離，設備有沉澱池、氣浮池等；(4)泥渣處理與利用。一、基本原理物質在水中的溶解能力可用溶解度表示。溶解度的大小主要取決於物質和溶劑的本性，也與溫度、鹽效應、晶體結構和大小等有關。習慣上把溶解度大於1g/100gH2O的物質列為可溶物，小於0.1g/100gH2O的，列為難溶物，介於兩者之間的，列於微溶物。利用化學沉澱法處理水所形成的化合物都是難溶物。

在一定溫度下，難溶化合物的飽和溶液中，各離子濃度的乘積稱為溶度積，它是一個化學平衡常數，以Ksp表示。難溶物的溶解平衡可用下列通式表達

若，<KSP溶液不飽和，難溶物將繼續溶解；＝Ksp，溶液達飽和無沉澱產生；＞Ksp,將產生沉澱，當沉澱完後，