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1、水污染控制方法,气浮法地球科学与环境工程 周嘉婧 10141067,气浮法简介,1.概念 气浮法又称浮选法，即设法使水中产生大量的微气泡，以形成水、气、及被去除物质的三相混合体，在界面张力、气泡上升浮力和静水压力差等多种力的共同作用下，促进微细气泡粘附在被去除的微小颗粒上后，因粘合体密度小于水而上浮到水面，从而使水中油粒被分离去除。,气浮法简介,2.发展历史 在20 世纪80 年代, 气浮分离技术被列入美国十大化工新技术之一。气浮分离方法最早用于矿物浓集或选择性分离, 从20 世纪60 年代起, 气浮分离技术开始广泛应用于工业中, 如从工业水、海水、饮用水中去除有毒物质、悬浮固体、大分子有机物
2、等领域, 因为该技术比传统分离方法( 如溶剂萃取、离子交换、共沉淀方法等) 使用更简单, 而且可处理大批量试样。 在分析化学方面的应用开始于20 世纪70 年代中期, 对这方面的研究尚少。,气浮法简介,2.含油废水的水质特点 （1）含油废水的来源石油的开采及炼制涂装行业（汽车油漆等）食品行业,气浮法简介,（2）特点及危害特点：比重较小，一般比水轻.对水体的危害：阻碍氧气的溶解，妨碍水生生物的生长。.对土壤的危害：含油废水浸入土壤孔隙间形成油膜，产生堵塞作用，致使空气、水分及肥料均不能渗入土中，破坏土层结构，不利于农作物的生长 。.对输送沟道的危害。,气浮法简介,（3）存在状态呈悬浮状态：这些油
3、滴的粒径较大，可以依靠油水比重差而从水中分离出来。对于石油炼厂废水而言，这种状态的油一般占废水中含油量的60%80%左右。呈乳化状态：由于乳化油滴表面上有一层由乳化剂形成的稳定薄膜，阻碍油滴合并，因而油滴非常细小。去除方法破乳。呈溶解状态的溶解油：含量少，可用生物法去除,气浮法简介,2.原理 （1）固体颗粒的亲水性（润湿性）固体颗粒的亲水性可用接触角(以对着水的角为准）来衡量：当90，视为疏水性物质。,气浮法简介,（2）水中的悬浮颗粒与微小气泡相粘附的原理.气泡与悬浮颗粒粘附的条件 在气浮过程中存在着液、气、颗粒三相介质，在各个不同介质的表面都因受力不平衡而产生表面张力（称界面张力），即具有表
4、面能（称界面能）。表面能：E=S,气浮法简介,（3）气泡与颗粒的结合形势微细气泡与悬浮颗粒的粘附形式有气颗粒吸附、气泡顶托以及气泡裹夹等三种形式,气浮法的基本条件,气浮法处理工艺必须满足下列基本条件才能完成气浮处理过程，达到污染物质从水中去除的目的：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；必须使气泡与悬浮的物质产生粘附作用。,气浮法特点,主要针对比重小于1.0的细小颗粒或油类物质 浮选技术广泛应用于石油化工含油污水的处理，特别是部分回流溶气气浮法，兼备全回流、全溶气气浮的工艺优点，而相比布气气浮法具有处理污水量大，处理效果高的特点；相比电解气浮法具有节省电能和运行
5、费用较低的优点，适合现代企业节能、环保、减耗、增效的要求。,气浮法使用范围,1.浮法通常作为对含油污水隔油后的补充处理。即为二级生物处理之前的预处理，隔油池出水一般含有50150mg的乳化油，经过气浮处理，可将含油量降到30，再经过二级气浮处理，出水含有可达到10以下。主要目的：作为二级生物处理的预处理，保证生物处理进水水质的相对稳定，或是放在二级生物处理之后作为二级生物处理的深度处理，确保排放出水水质符合有关标准的要求。,气浮法的使用范围,2.除了用于去除污水中处于乳化状态的油以外，气浮法还广泛应用于除去污水中密度接近于水的微细悬浮颗粒状态的杂质。比如，气浮法可以有效地用于活性污泥的浓缩；污
6、水中悬浮杂质的去除。,气浮法的分类,1. 布气气浮法（分散空气气浮法）。该法利用机械剪切刀，将混合于水中得空气粉碎成细小气泡。例如 水泵吸水管吸气气浮，射流气浮，扩散板曝气气浮及叶轮气浮等，皆属此类。2. 电气浮法（电解凝聚气浮法）。 该法在水中设置正负电极，当通上直流电后，一个电极（阴极）上即产生初生态微小气泡，同时，还产生电解混凝等效应。3. 生物及化学气浮法。 该法利用生物的作用或在水中投加化学药剂絮凝后放出气体。4. 溶气气浮法（溶解空气气浮法）。该法在一定压力下使空气溶解于水并达到饱和状态，而后达到气浮作用。根据气泡析出于水时所处的压力情况，溶气气浮法又分压力溶气气浮法和溶气真空气浮
7、法两种。,气浮法的一般装置,( 1) 气体源。一般用小压缩空气机或压缩气体钢瓶, 常用气体是空气, 也有见用氮、氦、氩气的报道。 ( 2) 调节系统。用于控制气体压力与流速。 ( 3) 滤气装置。先通过玻璃棉滤去固体颗粒, 再通过装有NaOH 溶液的试瓶去除CO2, 并可使气体预先饱和, 从而使系统的体积不变。,( 4) 流量计。用于测量通过柱的气流速率, 常用皂膜流量计。 ( 5) 气浮柱。通常使用材质为玻璃, 尺寸和形状依需要而定, 一般用烧结玻璃板(G3 或G4) 作为布气板, 气体通过有孔的玻璃板而产生上升小气泡。辅助设备一般包括蠕动泵( 用于连续气浮过程) 、磁子搅拌器、收集上层液的
8、装置( 吸管等) 、侧阀( 用于监测溶剂气浮的动力学过程, 过程结束后, 放出液体) 、温度计、恒温槽等。,1.分散空气法 去除轻质、容易上浮的颗粒。,2.加压气浮法,全溶气工艺流程,全溶气工艺流程,气浮分离过程影响参数,1.收集剂浓度 在典型的离子气浮及溶剂气浮过程中要求投加一定量的收集剂。因为如果收集剂浓度太低则浮选离子未完全形成表面活性剂- 浮选离子( 离子对、络合物、吸附产物等) , 水相中自由的离子无法吸附到气泡上而达到分离; 另一方面, 若浓度太高, 则过量的表面活性剂将竞争气泡表面的吸附点, 一般要按二者的计量比投加。而在沉淀气浮中, 收集剂浓度须足够大, 以形成稳定而持久的泡沫
9、从而确保沉淀的悬浮, 收集剂浓度与计量比无关。,气浮分离过程影响参数,2. pH 溶液的pH 可以影响气浮离子存在的形式和表面电荷密度, 也可以影响收集离子的电荷及二者化学计量比。pH 还可以影响离子气浮及沉淀气浮过程中形成泡沫的稳定性,气浮分离过程影响参数,3.离子强度 离子强度的影响对不同的气浮技术有差异。但通常分离效率随离子强度的增加而降低, 这可能是由于气浮离子与其他离子竞争收集剂而引起的。但对于表面活性剂自身, 在气液界面的吸附随离子强度的增加而增加。离子强度对沉淀气浮影响较大, 除了竞争收集剂外, 离子强度增加还会使沉淀的溶解度变大而降低分离效率。在废水中常含高浓度盐, 一般需对其
10、进行稀释才可进行有效的气浮。,气浮分离过程影响参数,4.气流速率 气流速率是气浮过程中最重要的影响因素之一。在离子气浮和溶剂气浮中需用较小孔径的布气板, 在较低的气流速率下, 分离效率随速度的增加而增加, 但是在较高气流速率下, 分离效率的增加与气流速率并不成比例, 因为气泡的直径随气流速率增加而增大, 使单位体积的气液界面面积降低,同时大气泡具有更高的上浮速率而减少了气泡在柱中的停留时间, 太高的气流速率还可引起有机层的微扰, 故需在保证气泡尺寸较小的情况下, 提高气流速率。,气浮分离过程影响参数,5.陈化 陈化对于沉淀气浮过程有积极的影响。例如随时间的延长, 氢氧化物慢慢沉淀, 多核前体随
11、时间的延长而形成, 因此延长时间粒子可变成更大沉淀颗粒或发生共沉淀反应。但陈化不利于离子气浮及溶剂气浮过程, 如果表面活性剂超过CMC( 临界胶束浓度) 则可形成胶束, 气浮离子衰减, 中心阳离子与阴离子的络合物形成, 故一般使用新配溶液。,气浮分离过程影响参数,6.温度 温度能影响体系的物化性质。在离子气浮中, 温度的增加对不同的体系有不同的影响。当物理吸附占优势时, 因为吸附过程放热, 故吸附随温度升高而减少。但当化学吸附占优势时, 分离效率随温度升高而升高。在溶剂气浮中, 一般分离效率随温度升高而降低, 因为吸附是放热过程, 当温度降低时, 浮选物在气泡上的吸附增加, 分离效率提高。另外
12、, 水相的黏度随温度的升高而升高, 它对气泡的速度影响也较大, 这些变化反过来影响气泡穿越两相界面的速率及它们在水相的停留时间。在沉淀气浮中, 温度的升高利于粒子的长大, 但另一方面却增加沉淀的溶解度, 降低泡沫的稳定性, 不利于沉淀气浮过程。,气浮分离过程影响参数,7.醇的存在 少量醇的加入可以避免胶束的形成, 降低气泡尺寸而改善分离, 大量醇的加入可引起泡沫破裂或根本不形成泡沫。在溶剂气浮过程中, 加入少量的烷醇就可使气泡尺寸大大降低, 从而使柱中气- 水界面表面积增加, 也增加了气泡在柱中的停留时间, 使分离效率提高, 另外, 少量的烷醇可加强水的氢键结构，从而降低疏水物质的溶解度, 也
13、使分离效率增加。但是较高浓度的醇则使氢键破坏, 使溶液相极性减弱,同时也增加了疏水物的溶解度, 从而使分离效率降低。,气浮分离过程影响参数,8.有机溶剂的影响 对于溶剂气浮过程来说, 气泡穿过水相- 有机相界面的动力是一个重要因素, 故水- 有机相界面张力是一个决定因素。 若气泡遇到高表面张力, 它将会与其他气泡聚合后穿越界面, 从而降低单位气体体积的界面面积,故需选择具较低表面张力的溶剂。同时有机溶剂还需具有低的溶解度, 而对浮选物有较高溶解度, 且无毒、挥发性小。溶剂气浮中常用的有机溶剂为月桂醇、异戊醇、2 - 辛醇、矿物油,化学药剂投加对气浮效果的影响,（1）浮选剂 投加浮选剂使亲水性物
14、质转化为疏水性物质，从而能使其与微细气泡相粘附。 （2）助凝剂 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。 （3）抑制剂 作用是暂时或永久性地抑止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。 （4）调节剂 调节剂主要是调节污水的pH值，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。,气浮法与沉淀法比较,1.气浮法(DAF)是在水中通入大量微细气泡，使其粘附于杂质颗粒上造成整体密度1的状态，靠浮力使其上升至水面而使固液分离的一种净水法。作为过滤工艺的预处理，对于低浊度的原水，溶气气浮工艺要优于沉淀工艺，而当原水
15、浊度100NTU时，则不宜 采用气浮法。DAF工艺的主要设计参数包括停留时间、表面负荷率、回流比、溶气压力等。,气浮法与沉淀法比较,2.气浮池的水力停留时间大致为515 min；表面负荷率为512m3/(m2h)，处理饮用水时溶气压力范围为200600kPa，回流比为5%10%。优化溶气压力和回流比 能够有效地降低水厂的运行和维护费用。此外由于停留时间短，气浮池的基建费用比沉淀池少，但却能获得更好的处理效果。,3. 气浮过程中增加了水中的溶解氧，浮渣含氧，不易腐化，有利于后续处理;气浮池表面负荷高，水力停留时间短，池深浅，体积小;浮渣含水率低，排渣方便;投加絮凝剂处理废水时，所需的药量较少。
16、4.缺点：（1）耗电多，比每立方米废水比沉淀法多耗电0.020.04KWh，运营费用偏高;（2）废水悬浮物浓度高时，减压释放器容易堵塞，管理复杂。,气浮法的使用范围,应用实例,例一,例二,气浮法的发展方向,气浮法净水在国内外均处在推广和技术提高阶段。技术上先进、经济上合理是气浮法推广的支柱。回顾气浮法净水从20世纪20年代着手小试以来，始终少为人们接受，就起原因，在于该技术的关键未能突破。 当70年代改善了溶气方法，解决了溶气释放中产生的气泡尺寸及数量这个关键性难题后，气浮法净水在发达国家得以采用和逐步推广 我国在短短的几十年时间里，就能使欺负净水技术在国内迅速推广使用，主要原因在于改进了溶气
17、罐构造，提高了溶气效率；研制成功了高效的溶气释放器。 。,气浮法的发展方向,尽管气浮法净水因其独特优点而日露锋芒，但要充分发挥其特点，更全而深入地推广此项技术，还须不断加以完善和提高。 当前重点应放在三个方面： 1.气泡进一步细微化； 2.直接切割气体制造微气泡； 3.固、液分离技术的提高,气浮法的发展方向,众所周知，在相等的释气量条件下，所产生的微气泡越细，则气泡个税越多越密集，粘附的絮粒也能越小，净水效果也就越好，而且形成的浮渣也越稳定。 研究气泡平均直径更小的溶气释放器是当前提高气浮净水技术的一个途径。它不仅能提高现有净水对象的去除效果，而且还能开拓气浮法净水的应用范围。 另外，为充分发挥气浮净水的优势，改善固、液分离效果也是一个重要方面。,
