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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四章 自然上浮与气浮,第一节 自然上浮,第二节 气 浮,自然上浮,在重力作用下，利用污染物质与水之间自然存在的密度差，使其上浮至水面的过程称为“自然上浮”。,如：油品的去除。,气 浮,利用在废水中产生的大量微小气泡作为载体，使废水中微细的疏水性悬浮颗粒粘附于气泡上，随气泡上浮到水面形成泡沫层而加以去除的过程则称为“气浮”。,第一节 自然上浮, 处理对象：,主要为含油废水（密度小于,1,）。, 废水来源：,石油开采炼制、煤化工、石油化工及轻工等行业的生产过程中排放大量的含油废水。,油品物理特性：,油品的相对密度一般都小于,1,，（除重焦油相对密度为,1.1,）。, 油在废水中存在的状态,悬浮状态,：,油珠粒径较大,，,靠其与水的密度差，可用自然上浮法分离。,溶解状态,：,油在水中的溶解度很小，一般为几个,mg/L,；,乳化状态,：,油珠粒径,0.5,25,m,，,需要采取气浮法或混凝法分离。,油品对环境的危害：,主要表现在对生态系统、植物、土壤、水体的严重影响。,(,形成油膜，影响空气、水及肥料的迁移,),。资料表明，向水面排放,1,吨油品，可形成,5,X10,6,m,2,油膜。,有关标准,中“石油类”,油品通常自然上浮法分离，设备为隔油池，,隔油池,结构形式：,普通平流式隔油池,斜板隔油池,污水综合,排放标准规定：,石油类,5，10，20,mg/L,动物性油类,10，15，100,mg/L,地表水环境质量标准规定： （5类）,石油类,4,，,H/B0.4,(8),去除油粒的最小粒径,：,100,150,m,。,二、斜板隔油池,为提高单位池容积的处理能力，采用斜板式隔油池。,（,利用水油比重不同产生的压差自动排油,）,斜板隔油池基本参数,(1),上升流速：,0.2,mm/s,(2),停留时间：,不大于,0.5,h,(3),去除油粒的最小粒径,为,60,m,。,仅依靠油滴与水的密度差产生上浮而进行油、水分离，油的去除率一般为,10-80%,，隔油池出水仍含有一定数量的乳化油和附着在悬浮固体上的油分，一般难以直接达标。,三、气浮法分离油,气浮法分离效果好，出水含油量一般小于20,mg/L。,污水综合,排放标准规定：,石油类,5，10，20,mg/L,动物性油类,10，15，100,mg/L,地表水环境质量标准规定： （5类）,石油类,0.05，0.05，0.05，0.5，1.0,mg/L,四、乳化油及破乳方法,1,、,乳化油,来源：生产工艺需要制成的乳化液；,洗涤剂清洗受油污染的机械产生的乳化油废水,含油（可浮油）废水与含乳化剂的废水在沟渠混合,2,、破乳方法 ：,原理：,破坏稳定性（液滴表面的稳定薄膜），使油、水分离。,方法：,投加换型乳化剂；,盐类、酸类；,表面活性剂；,搅拌、震动、转动；,过滤；,改变温度；,投加,混凝剂,。,发展方向：,油珠粗粒化技术,研究思路：,根据,Stocks,公式，,ud,2,，,如能,增大油珠的粒径，可显著的提高油的自然上浮速度,u,，,从而提高油的去除率。,第二节 气 浮, 浮上法,是一种有效的固,-,液或液,-,液分离的方法。,常用于对那些颗粒密度接近或小于水的细小颗粒的分离。,固,-,液分离,液,-,液分离, 气浮的定义,往水中通入空气，产生高度分散的微小气泡，（有时还需要投加混凝剂或浮选剂），使水中的,悬浮物与空气泡粘附在一起，靠气泡的浮力,（视密度,1,）,一起上浮到水面，形成,浮渣,而加以去除，,实现固液或液液分离的过程。,固,-,液分离,液,-,液分离, 气浮法的应用,（,1,）分离水中的细小悬浮物、藻类及微絮体；,（,2,）回收有用物质：如纸浆、细小纤维等；,（,3,）代替二沉池，分离和浓缩活性污泥；,（,4,）分离回收含油废水中的悬浮油及乳化油，如食油工业废水中所含的油脂；,（靠自然沉降或自然上浮难以去除的）,（,5,）分离表面活性物质和金属离子（加浮选剂）。,一、气浮的基本原理,（一,）,实现气浮分离的,必要条件,A,、,必须向水中提供足够数量的微细气泡。,（气泡理想尺寸为,15,30,m,）,B,、,必须使悬浮物呈悬浮状态,C,、,必须使气泡与悬浮物产生粘附作用，从而附着于气泡上浮升。,（悬浮物具有疏水性质）,（二）气浮过程,A,、,气泡产生,B,、,气泡与颗粒（固体或液体）附着,C,、,上浮分离,（三）气泡的产生,（,1,）产生微细气泡的方法,A,、,电解法,B,、,分散空气法,C,、,溶解空气再释放法,（,2,） 电解法,向水中通入,5,10,V,直流电，废水电解产生,H,2,、,O,2,和,CO,2,等，气泡微细，密度小，,直径约,10,60,m,，,浮升过程中不会引起水流紊动，浮载能力大，特别,适用于脆弱絮凝体的分离,。,（气泡理想尺寸为,15,30,m,）,表面负荷通常低于,4,m,3,/m,2,.h,。,铝板或钢板作阳极,，会溶蚀产生的,Fe,2+,和,Al,3+,具有混凝特性，有利于水中悬浮物的去除。,缺点：,电耗较高、电极板易结垢，操作管理复杂。,目前主要用于小规模（,10-204,m,3,/h,）,的工业废水处理。,电解气浮,（,3,） 分散空气法,微孔气浮法,叶轮气浮法,利用射流器或水泵吸入和分散空气, 微孔气浮法（充气气浮法）,通过由素烧陶瓷、粉末冶金或塑料制成的,微孔板（管）,，将压缩空气分散为小气泡。,气泡尺寸：,较大（直径,1,10,mm,）,缺点：,微孔板（管）容易堵塞。, 叶轮气浮法,将空气引入一个高速旋转的叶轮附近，通过叶轮的高速剪切运动，将空气吸入并分散为小气泡，,气泡直径,1,mm,左右,。,特点,：适用于悬浮物浓度较高的废水，如用于洗煤废水及含油脂、羊毛等废水的处理，也可用于含表面活性剂的废水泡沫浮上分离，设备不容易堵塞。, 利用射流器或水泵吸入和分散空气,特点：,设备简单，但受设备和工作条件的限制，吸气量不大，一般不超过水量的,10%,（,V%,）。,（,4,）溶气气浮,溶气气浮是使空气在一定压力下溶于水中并呈饱和状态，然后骤然减压释放，这时溶解的空气便以微小的气泡从水中析出并进行气浮。,特点：,气泡直径约为,20,100,m,；,可人为控制气泡与废水的接触时间；,净化效果比分散空气法好，应用广泛。,根据,气泡从水中析出时所处的压力不同,，溶气气浮又可分：,a,、,溶气真空气浮,：,空气在常压或加压下溶于水中，在负压下析出；,b,、,加压溶气气浮,：,空气在加压下溶于水中，在常压下析出。,A,、,溶气真空气浮,特点：,气浮池在负压下运行；,溶气压力比加压溶气低，能耗较小；,缺点：,气浮池结构复杂，设备密闭，运行维护都较困难，生产中应用不多。,B,、,加压溶气气浮,使空气在加压的条件下溶解于水，然后将压力骤减至常压而使过饱和的空气以微细气泡的形式释放出来。,按,溶气水不同,分为三种基本流程：,全部进水溶气,部分进水溶气,部分处理水溶气,全部进水溶气,全部原水由泵加压至0.30.5,MPa,，,压入溶气罐，用,空压机或射流器,向溶气罐压入空气进行溶气，然后经减压释放装置进入气浮池进行固液分离。,部分进水溶气,部分原水进行压力溶气 ，其余部分直接进入气浮池。,部分处理水回流溶气,无论何种流程，其主要设备有加压泵、溶气罐和气浮池。,三种溶气方式比较：,（,1,）,与,全部进水溶气,相比，,部分进水溶气,和,出水回流溶气,两种方式用于加压溶气的水量只分别占总水量的,30,35%,和,10,20%,；更节能；设备容积大大减小。,（,2,）,在相同能耗下，溶气压力可大大提高，形成的气泡更小，更均匀，更能得到充分利用；,（,3,）,当采用,混凝气浮,时，能够充分利用混凝剂，减少投药量，并避免絮凝体破坏。,工程实例,压力溶气相关知识：,溶气量,、,析出气泡大小,及,气泡均匀性,与压力、温度、溶气时间、溶气罐及释放器构造等因素有关。,A、,溶气压力：,空气在水中的溶解度,V,与压力,p,的关系符合,亨利定律,。,压力越高，空气溶解度越大，动力消耗也越大，对设备要求也越高。,温度越高，空气溶解度越小。,一定温度下，溶解度与压力成正比。,B,、,溶气量：,生产上,溶气时间,一般采用,2,4,min,。,水中空气含量约为饱和含量的,50-60%,。,为保证气浮效果，,设计空气量,应按理论量的,125%,计。,C,、,加压泵,提升废水、给废水加压。,（,溶气压力,0.3,0.5,MPa,）,D,、,压力溶气罐：,溶气罐,是一个耐压密封钢罐，空气与水在罐内混合、溶解。,为了提高溶气量和速度，增大容积利用系率，罐内,常设若干隔板或填料,。,影响溶气罐效率,的,主要因素,是：填料特性、填料层高度、罐内液位高度、布水方式和温度等。,填料溶气罐的,主要工艺参数,：,过流密度：,2500-5000,m,3,/m,2.,d,；,填料高度：,0.8-1.3,m,；,液位高度：,0.6-1.0,m,（,从罐底计）；,承压能力：大于,0.6,MPa,；,工作压力：,0.3,0.5,MPa,。,溶气罐供气方式,：,a,、,采用水泵吸水管上吸入空气；,b,、,在水泵加压管上设置射流器吸入空气；,c,、,采用空气压缩机供气。,GOTO 54,a、,采用水泵吸水管上吸入空气；,BACK,b、,在水泵加压管上设置射流器吸入空气；,BACK,c、,采用空气压缩机供气。,BACK,E,、,溶气水减压释放装置：,（溶气释放器）,作用：,使溶气水迅速减压、消能，释放空气产生微气泡。,工作原理：,溶气水经过减压释放装置，反复地受到收缩、扩散、碰撞、挤压、漩涡等作用，其压力能迅速消失，水中溶解的空气以极细的气泡释放出来。,第一阶段：气泡的产生,目前已有多种形式的减压释放装置在使用中，如针形阀，,WRC,喷嘴、,TS,型（,TJ,型）释放器、普通截止阀等。,空气从水中析出的过程：,气泡核的形成过程；,气泡的增长过程。,第一个步骤起决定性作用，,能否形成稳定分散的气泡,取决于废水的,表面张力,。,因为形成气泡意味着增大水气界面积，所以表面张力越小，越容易形成稳定的气泡，气泡直径也越小。,第一阶段：气泡的产生,溶气释放气泡的大小,可由下式计算：,r=2,LG,/(p,1,-p,2,),式中：,r,析出气泡的最小半径，,cm,；,p,1,、,p,2,分别为溶气水释放前后的压力，,10,-5,N/cm,2,；,LG,气水界面张力,由上式可见，,p,1,增大，,r,减小,，但提高溶气压力，将使能耗增大，而且对溶气设备的材质要求也更高，故,p,1,值的选取应适当,(0.3-0.5,MPa,),。,需要着重指出的是：,在气浮过程中需要形成大量细微而均匀的气泡作为载体，,因此，气浮效果的好坏在很大程度上取决于水中空气的溶解量和饱和度以及气泡的分散程度和稳定性。,(1),气泡量越多，分散度越高，它们与污染物质粘附的机会也越多。,（表面积大）,(2),气泡应有一定程度的稳定性,，但过于稳定的泡沫也难于运送和脱水，因而,稳定时间以数分钟为宜,。,知识回顾：,气浮过程：（三个阶段）,第一阶段 气泡的产生,压力溶气水的制备,A,、,溶气压力,（加压泵）,B,、,溶气量、溶气时间,（空气压缩机）,C,、,加压泵,（提升废水、给废水加压）,D,、,压力溶气罐,E,、,溶气水减压释放装置,第二阶段 悬浮物与气泡的附着,（四）悬浮物与气泡的附着,实现气浮分离的过程的,必要条件,是使污染物质能粘附在气泡上。,悬浮物与气泡附着,涉及到气、液、固（液）三相介质的问题。,当气泡和颗粒共存于水中，即液、气、颗粒三相介质共存的情况下，每两相之间的界面上都存在着各自的界面张力和界面能，界面能和表面能一样，可用下式表示：,E=S,式中：,界面张力，,N/cm,2,；,S ,界面面积，,cm,2,。,界面能和界面张力,一样也有降低到最小的趋势。当废水中有气泡存在时，悬浮颗粒就力图粘附在气泡上而降低其界面能。,悬浮物与气泡附着机理,当废水中有气泡存在时，并非所有的颗粒都能粘附上去，它们,能否与气泡粘附取决于水对该颗粒,的表面性质,(,即颗粒,的润湿性,),。,一般规律：,疏水性颗粒易与气泡粘附，而亲水性颗粒难以与气泡粘附。,容易被水润湿的物质称为,亲水性物质,.,难于被水润湿的物质称为,疏水性物质,。,颗粒的润湿程度,常用气、液、固三相间互相接触时所形成的,接触角,的大小来解释。在静止状态下，当气、液、固三相接触时，在气,-,液界面张力线和固,-,液界面张力线之间的夹角（对着液相的），称为平衡接触角，用,表示。,（图示）,90,者为疏水性物质。,从图中物质与水接触面积的大小清楚地看出，不论物质的润湿性如何，,在三相接触点上，三个界面的张力总是处于平衡状态，,即：,LS,=,LG,cos,(180-)+,GS,（,1,）,当气泡与颗粒共存于水中时,:,在气泡与颗粒,附着,前，单位界面面积上的界面能之和为：,E,1,=,LS,+,LG,，,附着后,，单位附着面积上的界面能,W,2,=,GS,，,其界面能降低的数值为：,E=E,1,-E,2,=,LS,+,LG,-,GS,（,2,）,将式（,1,）代入式（,2,），整理得：,E=,LG,（,1-,cos,）,（,3,）,由式（,3,）可见：,W,越大，越有利于颗粒与气泡粘附。,讨论：,当颗粒完全被水润湿时，,0,，,cos,1,，,E0,，,颗粒不能与气泡相粘附，因此也就不能用气浮法分离；,当颗粒完全,不,被水润湿时，,180,，,cos,-1,，,E2,LG,颗粒与气泡粘附紧密，最易于用气浮法去除；,当,90,时，,cos,为负值，,E,继续增大，在此范围内，颗粒表面疏水性占优势，粘附容易且稳定，容易气浮分离；,对,LG,值很小的体系，,E,很小，,不利于,气泡与颗粒的粘附。,综上所述：,气浮法只,适宜于去除水中的疏水性颗粒，,如乳化油；,对于亲水性颗粒,（如纸浆纤维、煤粒、重金属离子等），就必须投加合适的药剂（浮选剂），改变颗粒的表面性质（即改善颗粒表面的亲水性能），同样可用气浮法分离。,对于,颗粒很细小的微粒,，直接气浮效果较差，可投加混凝剂以提高其气浮效果。,悬浮物与气泡附着的基本形式：,气泡在颗粒表面析出；,（大量气泡包裹颗粒）,气泡与颗粒吸附；,絮体中裹夹气泡。,气泡在颗粒表面析出,气泡与颗粒吸附,絮体中裹夹气泡,化学药剂的投加对气浮效果的影响：,除疏水性很强的物质，,一般的疏水性或亲水性物质需要投加化学药剂，,以改变颗粒的表面性质，增加气泡与颗粒的吸附。,（,1,）混凝剂,（,2,）浮选剂,（极性,-,非极性分子）,（,3,）助凝剂,（,4,）抑制剂,（,5,）调节剂,（主要是调节,pH,值）,二、气浮池,气浮池的功能：,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、黏附，并使带气颗粒与水分离。,与普通沉淀池构造基本相同，分,平流式和竖流式两种。,第三阶段 颗粒物的上浮、分离过程,（一）平流式气浮池,混凝池与气浮池合建,。,入,流速度小于,0.1,m/s,基本参数：,池深一般为,1.5-2.5,m,，,保护高度可取,0.5,m,。,池长与池宽比不小于,3.0,。,池深与池宽之比大于,0.3,。,接触室：,上升流速,10-20,mm/s,，,停留时间,60,s,。,分离室：,表面负荷通常取,5-10,m,3,/m,2,h,。,停留时间为,30-40,min,。,集水管流速小于,0.5,m/s,。,刮渣,速度小于,5,m/min,。,清水室：,（二）竖流式气浮池,池高可取,4-5,m,，,长宽或直径一般在,9-10,m,以内。中央进水室、刮渣板和刮泥耙都安装在中心转轴上，依靠电机驱动匀速旋转。,研究进展：,1,、分离技术,新型气浮池：,高效浅层气浮池。,2,、溶气水释放装置,气泡大小,3,、浮渣分离设备,刮渣机,结构与工作原理,原水由中心旋转接头进入，经布水机构布水，布水机构的移动速度与进水流速相同，此为“零速原理”的设备特征体现，这一原理的应用是本系统的技术关键之一，使得悬浮絮体颗粒与水体的分离是在一种相对静止状态下进行。 浮渣收集装置在自转的同时，和中心布水机构等随行走装置以与进水流速一致的速度沿池旋转，连续清除表面的浮渣，并依靠重力作用将其排放到中央静止部分。经处理后得到的清水由集水管排出，集水管和中心布水机构与行走装置一起沿池旋转，原水的气浮分离时间就是设备的运行周期；安装在布水机构上的刮板能够连续地将池底及池壁上的沉泥刮集到污泥斗中，定期排放。 行走装置和浮渣收集装置分别由调速电机驱动，经中心回转配电装置供电。,技术特点,1、采用“浅层理论”、“零速原理”进行设计；2、停留时间35,min；3、,池深不超过700,mm；4、,表面负荷高达812,m3/m2h，,出水悬浮物含量可低于50,mg/L；5、,微小气泡直径约为30微米；6、出渣含固率可高达34%；7、具有多项调节功能，能适应水质水量的变化；8、微细气泡与絮体颗粒的黏附发生在包括接触区在内的整个气浮分离的全过程；9、浮渣瞬时清除，隔离排出，对水体的扰动非常小；10、设备在运转过程中自动对池底的沉泥进行清洁；,习题：,1,、微气泡与悬浮颗粒相粘附的基本条件是什么？有哪些影响因素？如何改善微气泡与颗粒的粘附性能？,2,、加压溶气气浮的基本原理是什么？有哪几种基本流程与溶气方式？各有哪些特点？,
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