第四章第四章 自然上浮与气浮自然上浮与气浮第一节第一节 自然上浮自然上浮第二节第二节 气气 浮浮★ 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” 第一节第一节 自然上浮自然上浮★ 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 （书P57）① 悬浮状态(可浮油，细分散油）：油珠粒径较大，靠其与水的密度差，可用自 然上浮法分离② 溶解状态：油在水中的溶解度很小，一般为几个mg/L；③ 乳化状态：油珠粒径小于10微米，一般为0.1－2.0微米 ★ 油品对环境的危害： （书P58）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5X106m2 油膜★ 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4，H/B>0.4(8) 去除油粒的最小粒径：100～150μm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：0.2mm/s(2) 停留时间：不大于0.5h(3) 去除油粒的最小粒径为80μm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70-80%，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，一般难以直接达标四、乳化油及破乳方法 （书P43）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;油田；火电厂等含油（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 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 （书P61）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 (书P61)A、必须向水中提供足够数量的微细气泡气泡理想尺寸为15～30μm）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5～10V直流电，废水电解 产生H2、O2和CO2等，气泡微细，密度小，直径约10～60μm ，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15～30μm）表面负荷通常低于4m3/m2.h铝板或钢板作阳极，会溶蚀产生的Fe2+和Al3+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（10-20m3/h）的工业废水处理电解气浮（3） 分散空气法微孔气浮法剪切气浮法溶解空气法 ① 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1～10mm）缺点：微孔板（管）容易堵塞 ② 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1mm左右 特点：适用于处理水量不大，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 ③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20～100μm；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： （书P64）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：溶气量小，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：①全部进水溶气②部分进水溶气 ③部分处理水溶气①全部进水溶气全部原水由泵加压至0.3～0.5MPa，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②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③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①全部进水溶气相比，②部分进水溶 气和③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，③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，③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2～4min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0.3～0.5MPa ）D、压力溶气罐： (书P72-74)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：(书P72)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：0.3～0.5MPa 。
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；• 射流器，也称文丘里射流器，是一种成本低廉、简 单易用的气体和水的混合装置基本工作原理：在射流器内，有2个相对应的锥体 结构，对应的部位称为喉管，在水高速流过射流器时 ，在吼管部位形成真空负压，将气体吸入，瞬间完成 气体和水的混合c、 采用空气压缩机供气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：①气泡核的形成过程；②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。
O2O2O2O2N2N2N2N2N2N2N2N2H2OH2OH2OO2O2O2O2N2N2N2N2N2N2N2N2H2OH2OH2OH2OH2OH2OO2O2O2O2N2N2N2N2N2N2N2N2σ 垂直于界面 指向内部表面张力的概念溶气释放气泡的大小可由下式计算：r=2σLG /(p1-p2)式中：r——析出气泡的最小半径，cm；p1、p2——分别为溶气水释放前后的压力 ，10-5N/cm2；σLG——气水界面张力由上式可见，p1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p1值的选取应适当(0.3-0.5MPa) 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=σ·S式中：σ——界面张力，N/cm2；S ——界面面积，cm2界面能和界面张力一样也有降低到最小的趋势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θ表示 θ90°者为疏水性物质σLS=σLGcos(180°-θ)+σGS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：σLS=σLGcos(180°-θ)+σGS （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：E1=σLS+σLG，附着后，单。