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1、气浮原理及设备 气浮是一个技术集成度较高的单元 1 气浮工艺条件及应用范围 条件 向水中提供足够量的细微气泡污水中的污染物质能行成悬浮状态气泡与悬浮物质产生黏附作用范围 分离地面水中的细小悬浮物 藻类及微絮体回收工业中的有用物质 纸浆 填料等 替代二沉池 分离和浓缩剩余活性污泥分离含有废水中的乳化油 悬浮油回收分子或离子形态的目的物 表面活性剂 金属离子 2 亲水性 如果颗粒易被水润湿 则称该颗粒为亲水性的 疏水性 如颗粒不易被水润湿 则是疏水性的 接触角 在静止状态下 当气 液 固三相接触时 气 液界面张力线和固液界面张力线之间的夹角 包含液相的 称为平衡接触角 用 表示 基本概念 3 一
2、气浮原理 1 界面张力和润湿接触角2 颗粒与气泡的附着条件3 气泡的稳定性4 乳化现象与脱乳 4 实现气浮分离的过程的必要条件是使污染物能够粘附在气泡上 显然 这是一个涉及气 液 固三相介质的问题 1 界面张力和润湿接触角 5 1 界面张力和润湿接触角 6 1 界面张力和润湿接触角 7 结论 接触角 90 疏水物质 易于气浮 90 亲水物质 1 界面张力和润湿接触角 由粒子的三相接触角 来衡量 90o 称为疏水性物质 愈大 疏水性愈强 由三相体系表面张力的平衡原理来看当 0时 固体表面完全被润湿 180 则固体表面完全被气体覆盖 90o 颗粒物质附着气体不牢 8 表面张力 不同悬浮颗粒与水的润
3、湿情况 愈大 疏水性愈强 粒子与水的接触面积愈小 9 2 颗粒与气泡的附着条件 界面能W S S 界面面积 在恒温恒压下使体系增加单位表面积 外界必须对体系做功 增加单位表面积的最小功就等于 能量变化考虑 颗粒附着气泡前 W1 LG LS 假设S 1cm2 附着后单位附着面积上的界面能 W2 GS界面能变化 W W1 W2 LG LS GS据热力学定律 气泡和颗粒的附着过程 是向该体系界面能减小的方向自发地进行 附着后的总界面能小于附着前 10 颗粒处于平衡时 水 气 固三相界面张力应是 LS LGcos 180 GS代入上式 得 W LG 1 COS 2 颗粒与气泡的附着条件 11 得出结论
4、 当颗粒完全被水湿润时 0 COS 1 W 0 颗粒与气泡不能粘附 不能用气浮处理 0 LG气浮效果较好 易气浮 180 W 2 LG 最易气浮 2 颗粒与气泡的附着条件 W LG 1 COS 12 2 颗粒与气泡的附着条件 13 2 颗粒与气泡的附着条件 14 3 气泡的稳定性 气泡的稳定性 洁净气泡本身具有自动降低表面自由能的倾向 即所谓气泡合并导致表面张力大的洁净水中的气泡粒常常不能达到气泡操作要求的极细分散度 表面活性物质很少 则气泡壁表面由于缺少两亲分子吸附层的包裹 泡壁变簿 气泡浮升到水面以后 水分子很快蒸发 因而极易破灭 在水面上得不到稳定的气浮泡沫层 解决的办法 加入一定量的起
5、泡剂 适量投加 加多了可能起泡好 但是气 粒粘附不好 同样影响处理效果 15 二 气浮法处理对象 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 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 剩余活性污泥的浓缩 废水 1 含油废水的处理 主要去除乳化油2 造纸白水回收纤维3 毛纺废水 含有羊毛脂 洗涤剂4 染色废水 5 污泥浓缩 比一般重力浓缩效果好给水 除藻 与沉淀法比较 可同时去除多种污染物 污泥浓度高缺点 耗电 维修复杂 16 三 工艺类型 浮上法的类型 17 电解气浮法 电解浮上法产生的气泡小于其他方法产生的气泡 故特别适用于脆弱絮状悬浮物 电解
6、浮上法的表面负荷通常低于4m3 m2 h 电解浮上法主要用于工业废水处理方面 处理水量约在10 20m3 h 由于电耗高 操作运行管理复杂及电极结垢等问题 较难适用于大型生产 有竖流式和平流式装置 电解气浮法是用不溶性阳极和阴极 通以直流电 直接将废水电解 阳极和阴极产生氢气和氧的微细气泡 将废水中的污染物颗粒或先经混凝处理所形成的絮凝体粘附而上浮至水面 生成泡沫层 然后将泡沫刮除 实现分离去除污染物质 18 特点 产生的气泡尺寸较小 降低BOD 氧化 脱色和杀菌 对废水负荷变化有较强的适应性 生成污泥量少 占地少 不产生噪声 应用 钢铁废水中铁粉的去除 含油废水中油的去除 电解气浮法 19
7、竖流式电解气浮池 电解气浮法的气浮装置 20 平流式电解气浮池 21 竖流式电解气浮池 22 平流式电解气浮池 23 分散空气气浮法 分散空气气浮法 24 分散空气气浮法 压缩空气 微孔板 分散成细小气泡 微孔曝气浮上法 25 叶轮气浮法 26 1 叶轮 2 固定盖板 3 转轴 4 轴套 5 轴承 6 进气管 7 进水槽 8 出水槽 9 泡沫槽 10 刮沫板 11 整流板叶轮气浮结构示意图 分散空气气浮法 空气 高速旋转的混合器 切割成细小气泡 27 28 分散空气气浮法 29 从溶解空气和析出条件来看 加压溶气浮上法 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需要溶气罐
8、空压机或射流器 水泵等设备 真空浮上法 空气在常压下溶解 真空条件下释放优点 无压力设备缺点 溶解度低 气泡释放有限 需要密闭设备维持真空 运行维护困难 溶气气浮法 溶气气浮法 30 加压溶气浮上法的基本原理 空气在水中的溶解度与压力的关系 空气在水中的溶解度的表示 加压溶气气浮 溶气气浮法 31 空气从水中析出的过程分两个步骤 即气泡的形成过程与气泡的增长过程 气泡核的形成过程起决定性作用 有了相当数量的气泡核 就可以控制气泡数量的多少与气泡直径的大小 溶气气浮法要求在这个过程中形成数目众多的气泡核 溶解同样空气 如形成的气泡核的数量越多 则形成的气泡的直径也就越小 越有利于满足浮上工艺的要
9、求 空气在水中的溶解度与温度 压力有关 在一定范围内 温度越低 压力越大 其溶解度越大 一定温度下 溶解度与压力成正比 溶气气浮法 32 加压溶气气浮 在常压下析出 应用最多加压溶气气浮按溶气水不同有全部进水溶气 部分进水溶气 部分处理水溶气三种基本流程 部分进水溶气和处理水溶气流程 用于加压溶气的水量只占总水量的30 35 或10 20 溶气压力高 气泡小 均匀 不破坏絮体关键设备 溶气罐 操作压力0 3 0 5MPa 水泵吸水管进气 出水射流吸气或空压机供气 释放器 释放效果好 不易堵塞 溶气气浮法 33 全部进水加压式压力溶气气浮工艺 全溶气流程 将全部废水进行加压溶气 再经减压释放装置
10、进入气浮池进行固液分离 特点 电耗高 但气浮池容积小 34 部分溶气方式加压气浮法流程 部分废水进行加压溶气 其余废水直接送入气浮池 该流程比全溶气 省电 另外因为部分废水经溶气罐 所以溶气罐的容积比较小 但因部分废水加压溶气所能提供的空气量较小 因此 若想提供同样的空气量 必须加大溶气罐的压力 35 回流加压气浮法流程 将部分出水进行回流加压 废水直接进入气浮池 该法使用于含悬浮物浓度高的废水的固液分离 但气浮池的容积较前两者大 36 压力溶气浮上法系统的组成 加压溶气气浮工艺的主要设备 37 压力溶气系统 38 压力溶气系统 39 因装有填料可加剧紊动程度 提高液相的分散程度 不断更新液相
11、与气相的界面 从而提高了溶气效率 填料有各种形式 研究表明 阶梯环的溶气效率最高 可达90 以上 拉西环次之 波纹片卷最低 这是由于填料的几何特征不同造成的 压力溶气罐 40 压力溶气系统 溶气罐 41 压力溶气系统 溶气罐 42 压力溶气系统 溶气罐 43 压力溶气系统 溶气罐设计 44 压力溶气系统 溶气罐设计 45 压力溶气系统 溶气罐设计 46 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 47 空气供给系统 水泵吸气式在经济和安全方面都不理想 已很少使用 48 空气供给系统 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污染和噪声 49 空气供给系统
12、空压机供气是较早使用的一种供气方式 使用较广泛 其优点是能耗相对较低 50 空气释放系统 51 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 溶气释放喷嘴 释放器等 空气释放系统 52 空气释放系统 53 空气释放系统 TS型溶气释放器 0 15Mpa 释放溶气量的99 TJ型溶气释放器 在0 2Mpa以上低压下工作 净水效果良好TV型溶气释放器 气泡微细20 40um 54 空气释放系统 55 空气释放系统 56 空气释放系统 57 气浮池的功能是提
13、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 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 平流式气浮池的优点是池深浅 造价低 构造简单 运行方便 缺点是分离部分的容积利用率不高等 竖流式气浮池的基本工艺参数与平流式气浮池相同 其优点是接触室在池中央 水流向四周扩散 水力条件较好 缺点是与反应池较难衔接 容积利用率较低 有经验表明 当处理水量大于150 200m3 h 废水中的可沉物质较多时 宜采
14、用竖流式气浮池 气浮池 竖流式气浮池 平流式气浮池 58 气浮系统工作原理 1 2bar压缩空气 1 2bar压缩空气 59 气浮池的构造及类型 气浮池的基本构造 60 气浮池的刮渣装置 气浮池的构造及类型 61 气浮池类型 气浮池的构造及类型 平流式气浮池 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 平流式气浮池的优点是池深浅 造价低 构造简单 运行方便 缺点是分离部分的容积利用率不高等 62 气浮池的构造及类型 气浮池类型 竖流式气浮池的
15、基本工艺参数与平流式气浮池相同 其优点是接触室在池中央 水流向四周扩散 水力条件较好 缺点是与反应池较难衔接 容积利用率较低 有经验表明 当处理水量大于150 200m3 h 废水中的可沉物质较多时 宜采用竖流式气浮池 63 气浮池的构造及类型 废水从池下部进入气浮接触区 保证气泡与废水有一定的接触时间 废水经隔板进入气浮分离区进行分离后 从池底集水管排出 浮在水面上的浮渣用刮渣设备刮入集渣槽后排出 优点是池身浅 造价低廉 构造简单 管理方便 缺点是分离区容积利用率不高 64 气浮池的构造及类型 1 溶气水管 2 减压释放器 3 原水管 4 接触区 5 分离区 6 集水器 7 刮渣机 8 水位
16、调节器 9 排渣器 竖流式气浮池 这种形式的气浮池的优点是接触区在池中央 水流向四周扩散 水力条件比平流式好 缺点是构造复杂 65 气浮池的构造及类型 气浮池类型 反应 气浮池 平流式气浮池 反应 气浮 66 反应 气浮 沉淀池 气浮池的构造及类型 组合一体化气浮池 反应 气浮 沉淀 67 气浮池的构造及类型 反应 气浮 过滤池 组合一体化气浮池 反应 气浮 过滤 68 2 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 0 005 0 060 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 气固比采用0 03 0 04 1 3 1mL空气的质量 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 si 入流废水的悬浮固体浓度 mg L 压力溶气浮上法的设计计算 气浮所需空气量 69 溶气罐高h 式中 h1 罐顶 底封头高度 根据罐直径而定 m h2 布水区高度 一般取0 2 0 3
