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1、第三节 气浮设备 Air Flotation,教学内容 一 气浮类型 电解气浮法：原理和设备 分散空气气浮法：原理和设备 溶解空气气浮法：原理和设备 重点 二 加压溶气浮上法的基本原理 难点 三 压力溶气气浮法系统的组成和设计 难点,概述,气浮的定义 在水中形成微小气泡，使水中的悬浮物与微小气泡粘附在一起形成密度小于水漂浮絮体，絮体上浮至水面形成浮渣被刮除，实现固液分离。,实现气浮分离的必要条件,必须向水中提供足够数量的细微气泡。 （气泡理想尺寸为1530m） 必须使悬浮物呈悬浮状态。 必须使气泡与悬浮物产生粘附作用。 （悬浮物具有疏水性质）,气浮法的应用,固液或液液分离： 含油废水的油水分离
2、； 回收有用物质：如纸浆、细小纤维等； 代替二沉池：不易沉淀或易膨胀的活性污泥； 密度接近于1的工业废水的预处理； 剩余污泥浓缩,一 气浮类型,电解气浮法 (electrolyzed flotation) 分散空气气浮法 (diffused air flotation) 溶解空气气浮法 （dissolved air flotation）,电解气浮法,原理： 正负电极侵入水中，向水中通入直流电，废水电解产生H2、O2微细气泡。 特点： 气泡微细，适用于脆弱的絮状悬浮物； 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（10-20m3/h）的工业废水处理。,分散空气气浮法,特点： 适用
3、于矿物浮选及含油脂、羊毛表面活性剂的废水初级处理。 分类： 微孔曝气气浮法 剪切气泡气浮法（叶轮气浮法）,原理： 压缩空气通过具有细孔隙的扩散板或微孔管，使空气以细小气泡的形式进入水中。 优点： 简单易行 缺点： 微孔板（管）容易堵塞，气泡较大，效果不高。,微孔曝气气浮法,剪切气泡气浮法,原理： 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，将空气吸入并切割粉碎为细小气泡。 特点： 剪切气泡气浮法适用于处理水量不大、但污染物质浓度较高的废水； 用于除油时除油效果达80%左右。,叶轮高速旋转时，在盖板下形成负压，从空气管吸入空气,在叶轮的搅动下，空气被粉碎成细小的气泡，并与水充分混合
4、成为水气混合体，甩出导向叶片之外，在池体内平稳地垂直上升，进行浮选,溶解空气气浮法,原理： 使空气在一定压力下溶于水中呈过饱和状态，然后减压条件下析出溶解空气，形成微气泡。 分类： 溶气真空气浮 加压溶气气浮,真空气浮,原理： 空气在常压下溶于水中，在负压下析出 特点： 常压下溶解，溶解度小，气泡的释放量小； 设备密闭，运行维护都较困难，生产中应用不多。,加压溶气气浮,原理： 加压下溶于水中，在常压下析出 主要设备： 空气饱和设备，空气释放设备，气浮池等。 流程： 全加压溶气流程 部分加压溶气流程 回流加压溶气流程，最常用。,全部原水由泵压入溶气罐； 用空压机或射流器向溶气罐压入空气进行溶气；
5、 然后经减压释放装置进入气浮池进行固液分离。,全加压溶气流程,0.30.5MPa,部分加压溶气流程,特点：部分入流废水进行加压溶气，其余部分直接进入气浮池。 优点：节省电能，溶气水量与溶气罐的容积比全溶气方式小。 缺点：如提供同样的空气量，就必须在较高的压力下运行。,部分回流加压溶气流程,入流废水直接进入气浮池，将部分澄清液进行回流加压,二 加压溶气气浮的基本原理,空气在水中的溶解度与压力及温度的关系 在一定范围内，温度越低，压力越大，溶解度越大。一定温度下，溶解度与压力成正比 。 空气从水中析出：气泡核的形成过程与气泡的增长过程 。 同样的溶解空气，形成的气泡核数量越多，则形成的气泡直径越小
6、，气浮处理效果越好。 颗粒气泡”复合体的上浮速度,接触吸附原理,LSLGcosGS,在三相接触点上，三个界面的张力总是处于平衡状态：,界面能 E=S ：界面张力，N/cm2； S ：界面面积，cm2。,在气泡与颗粒附着前，单位界面面积上的界面能之和为： W1=LS+LG 附着后，单位面积上的界面能：W2=GS,其界面能降低的数值为： W=W1W2=LS+LGGS 将LSLGcosGS代入上式得： W LG(1-cos) W越大，颗粒与气泡粘附得越牢固,挤开气泡与颗粒之间水膜所做的功,讨论： 当0，cos1，E0，颗粒不能与气泡相粘附，颗粒完全被水润湿，不能用气浮法分离； 当180，cos-1，
7、E2LG,颗粒不被水润湿时，与气泡粘附紧密，最易于用气浮法去除； 当90时，颗粒表面疏水性占优势，容易气浮分离。,W LG(1 cos),总结： 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，就必须投加合适的药剂，改变颗粒的表面性质，可用气浮法分离。,化学药剂的投加对气浮效果的影响,一般的疏水性或亲水性的物质，均需投加化学药剂，以改变颗粒的表面性质，增加气泡与颗粒的吸附。这些化学药剂分为下述几类：,各种无机或有机高分子混凝剂，它们不仅可以改变污水中的悬浮颗粒的亲水性能，而且还能使污水中的细小颗粒絮凝成较大的絮状体以吸附、截留气泡，加速颗粒上浮。,浮选剂大多数由极性-非极性分子
8、组成。 当浮选剂的极性基被吸附在亲水性悬浮颗粒的表面后，非极性基则朝向水中，这样就可以使亲水性物质转化为疏水性物质，从而能使其与微细气泡相粘附。 浮选剂的种类有松香油、石油、表面活性剂、硬脂酸盐等。,化学药剂的投加对气浮效果的影响,一般的疏水性或亲水性的物质，均需投加化学药剂，以改变颗粒的表面性质，增加气泡与颗粒的吸附。这些化学药剂分为下述几类：,化学药剂的投加对气浮效果的影响,一般的疏水性或亲水性的物质，均需投加化学药剂，以改变颗粒的表面性质，增加气泡与颗粒的吸附。这些化学药剂分为下述几类：,作用是提高悬浮颗粒表面的水密性，以提高颗粒的可浮性，如聚丙烯酰胺。,化学药剂的投加对气浮效果的影响,
9、一般的疏水性或亲水性的物质，均需投加化学药剂，以改变颗粒的表面性质，增加气泡与颗粒的吸附。这些化学药剂分为下述几类：,作用是暂时或永久性地抑制某些物质的浮上性能，而又不妨碍需要去除的悬浮颗粒的上浮，如石灰、硫化钠等。,化学药剂的投加对气浮效果的影响,一般的疏水性或亲水性的物质，均需投加化学药剂，以改变颗粒的表面性质，增加气泡与颗粒的吸附。这些化学药剂分为下述几类：,主要是调节污水的pH，改进和提高气泡在水中的分散度以及提高悬浮颗粒与气泡的粘附能力，如各种酸、碱等。,三 压力溶气气浮法系统的组成和设计,压力溶气气浮法系统的组成和工艺参数 加压溶气气浮的设计计算,压力溶气气浮法系统的组成,压力溶气
10、系统,空气释放系统,气浮池,压力溶气气浮法系统的组成和工艺参数,加压水泵,压力溶气灌,空气供给设备,提升污水，将水、气送至压力溶气灌,在一定的压力(一般0.20.5MPa)下，保证空气能充分地溶于废水中，并使水、气良好混合,空压机和射流器,溶气罐形式,耐压密封钢罐。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。,填料溶气罐的主要工艺参数： 过流密度：2500-5000 m3/m2.d ； 填料高度：0.8-1.3m ； 液位高度：0.6-1.0m（从罐底计）； 承压能力：大于0.6MPa ； 工作压力：0.30.5MPa 。,溶气罐供气方式： 水泵吸水管吸入空气； 水泵出水管
11、射流溶气； 采用空气压缩机供气。,水泵吸水管吸入空气,优点: 设备简单; 缺点: 吸入的空气量不能过多，一般不大于吸水体积的10;气泡在水泵内破碎的不够完全，粒径大，气浮效果不好。,水泵出水管射流溶气：,射流器构造示意图,由喷嘴射出的高速废水使吸入室形成负压，并从气管吸入空气，在水气混合体进入扩压段动能转化为势能，增大了空气在水中的溶解度。,采用空气压缩机供气,使用广泛，能耗较低,压力溶气气浮法系统的组成,压力溶气系统,空气释放系统,气浮池,压力溶气气浮法系统的组成和工艺参数,加压水泵,压力溶气灌,空气供给设备,提升污水，将水、气送至压力溶气灌,在一定的压力(一般0.20.5MPa)下，保证空
12、气能充分地溶于废水中，并使水、气良好混合,空压机和射流器,减压阀、溶气释放器等,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,平流式气浮池,竖流式气浮池,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，并使带气絮体与水分离。,入流速度小于0.1m/s,平流式气浮池,反应池：废水和混凝剂混合，形成絮体。 515min,气浮接触池：絮体与气泡接触 12min,气浮分离室：1020min,池身浅，构造简单，运行方便； 分离室容积利用率不高。,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
13、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。,平流式气浮池,竖流式气浮池,池高可取4-5m，长宽或直径一般在9-10m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。,反应池,气浮接触池,气浮分离室,接触室在中央，水流向四周扩散，水力条件比平流式单侧出流好，但容积利用率低。,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
14、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,加压溶气气浮的设计计算,设计内容： 气浮所需空气量 加压溶气水量 溶气罐尺寸 气浮池主要尺寸,基本参数,回流比： 525。 平流式： 池深一般为1.5-2.5m，池长L15米，单格宽b10 米， L/b（12）：1 ，池深与池宽之比大于0.3。 竖流式： 池高可取4-5m，长宽或直径一般在9-10m以内。 接触室： 上升流速10-20mm/s，停留时间60s。 分离室： 表面负荷通常取5-10m3/m2h。 停留时间为10-40min。,加压溶气气浮的设计计算,气浮所需空气量,回流比取530 式中：Q气浮池设计
15、水量，m3/h； R试验条件下的回流比，%； c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）。,有试验资料时,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； 1.31mL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
16、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。,加压溶气水量:,式中： QP加压容器水量，m3/h; p 选定的溶气压力，Mpa； KT 溶解度系数，可根据水温查表4-14； 溶气效率，对装阶梯环填料的压力溶气罐可查表4-15。,接触室表面积 Ac=(Q+QP)/Vc Vc:接触室水流上升流速，1020mm/s,分离室表面积 As=(Q+QP)/Vs Vs:分离室向下平均水流速度，1.53mm/s 矩形池：长宽比取（12）：1,气浮池净容积 H：平均水深，即分离室深一般取1.52.5米； 水力停留时间一般1020min； 单格宽度不超过10米，长度不超过15米。,溶气罐直径 I：过流密度 空罐：10002000m3/m2.d 填料罐：25005000m3/m2.d,溶气罐高: Z=2Z1+Z2+Z3+Z4,空压机额定气量,式中： Z压力溶气罐高度，m; Z1 罐顶、底封头高度（根据罐直径而定），m； Z2 布水区高度，一般取0.2-0.3m； Z3 注水区高度，m,一般取1.0m； Z
