东华大学水污染控制第六次作业答案以及总结

1.气泡与颗粒的黏附条件是什么？如何提高气浮效果？目前有哪些手段？

（1）液体表面分子所受的分子引力与液体内部分子所受的分子引力不同

表面分子所受的作用力是不平衡的，这种不平衡的力有把表面分子拉向液体内部、缩小液体表面积的趋势，这种力称为液体的表面张力。要使表面分子不被拉向液体内部，就需要克服液体内部分子的吸引力而做功，可见液体表面分子具有更多的能量，这种能量称为表面能。

在气浮过程中存在着气、水、颗粒三相介质，在各个不同介质的表面也都因受力不平衡而具有表面能。当气泡与悬浮颗粒黏附后，界面能缩小，这部分能量差即为挤开气泡和颗粒之间的水膜所做的功，此值越大，气泡与颗粒黏附越牢固。

气泡与颗粒黏附与该物质的接触角有关，当θ→0时，cosθ→1，ΔE→0，这类物质亲水性强，无力排开水膜，不易与气泡黏附，当θ→180°时，cosθ→-1，ΔE→2σ水-气，这类物质疏水性强，易与气泡黏附。

（2）疏水性很强的物质（如植物纤维、油滴以及碳粉末等），不投加化学药剂即可获得满意的固液、液液分离效果。一般的疏水性或亲水性的悬浮物质，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。

（3）

①投加化学药剂提高气浮效果，如混凝剂、浮选剂、助凝剂、抑制剂、调节

剂等；

②在黏附絮凝过程中，合适的搅拌速度和接触时间有利于加速絮凝过程和提

高絮凝效果；

③控制好气泡尺寸；

④保持适当的溶气压力，一般选择0.25Mpa-0.44Mpa；

⑤选择合适的空气量；

⑥合理控制回流量。

2.请画出回流加压溶气气浮工艺的流程图。

部分回流加压溶气流程示意图

① 废水进入；②加压水泵；③空气注入；④压力溶气罐；⑤减压释放阀；⑥气浮池；⑦泄气阀；⑧刮渣机；⑨集水管及回流清水管

部分回流溶气气浮法是取一部分出水回流进行加压和溶气，减压后直接进入气浮池，与来自絮凝池的含油废水混合和气浮。回流量一般为含油废水的25%-100%。其特点为：①加压的水量少，动力消耗少；②气浮过程中不促进乳化；③矾花形成好，出水中絮凝也少；④气浮池的容积较前两种流程大。为了提高气浮的处理效果，往往向废水中加入混凝剂或气浮剂，投加量因水质不同而异。

3. 某工业废水，处理水量q v =1200m 3/d ，Sa=800mg/d 。采用回流加压溶气气浮法处理，选用经验气固比A/s=0.005，在最不利水温下，测得如下参数值，f=0.98，ρ=1.092g/l ，Cs=1

4.2ml/l ，计算溶气所需的最大回流量。

解：设采用常用压力P=3atm(表压). a=s

A =QSa 1/fp ρCs θR Q p ）（ 其中A/s=0.005，Cs=14.2ml/l ，ρ=1.092g/l ，f=0.98，θ/p p ，q v =1200m3/d ，Sa=800mg/d

则有 Q R =s A

·QSa/[ρCs(f θ/p p -1)]=0.005×1200×800/[1.092×14.2×

（0.98×4-1）]=106.01m3/d

思考题

1.请查气浮在造纸、石油、纺织废水中的应用。

（1）高效浅层气浮技术在造纸废水处理中的应用

原理：高效浅层气浮系统是一个先进的快速气浮系统, 改传统气浮的静态进水、动态出水为动态进水、静态出水, 即把含有附有微气泡悬浮颗粒的混合污水进入气浮池内的时候, 使出流装置移动, 混合废水的水平流速相对出流装置为零, 从而抑制了槽内的紊流, 因而能进行平稳的气浮分离( 即所谓的“零速度原理”), 浮选体上升速度达到或接近理论升速, 极大地提高了处理效率, 使废水在浅层气浮槽中的停留时间由传统的30～60 min 减至3 min, 并且集凝聚、撇渣、排水、排泥为一体, 是一种高效的废水处理装置。

图2 表示了该原理。原水从图中的整流区被放入浮选区的气浮槽时, 整流区自身以原水的出流速度并与其相反的方向周转, 此时, 就创造了水流速为零的零流速状态。

特点：( 1) 待处理水停留时间较短, 仅为3 min；( 2)处理效率高, 尤其是处理高浊度水；( 3) 单位面积的处理量为250 m3/ ( m2·d) , 处理能力大；( 4)

可以设置为多层, 并可以直接设置在地面上或架空设置,占地面积小；( 5) 有效水深约0. 4 m, 且与处理能力基本无关, 构筑物总高度降低。

（2）涡凹气浮(CAF) 在石化废水处理中的应用

原理：涡凹气浮(CAF) 系统是世界独创的专利水处理设备, 也是美国商务部和环保局的出口推荐技术。CAF是专门为去除工业和城市污水中的油脂、胶状物及固体悬浮物( SS) 而设计的系统。整个气浮系统共由五部分组成：

A: 充气段(专利曝气机);B: 气浮段(气浮槽);C: 刮泥系统(链条式刮泥机);D: 固体废物排放系统(螺旋推进式固体排放机);E:部分水回流系统(槽底

回流管路)

经过予处理后的污水流入装有涡凹曝气机的小型充气段, 污水在上升的过程中通过充气段与曝气机产生的微气泡充分混合, 曝气机将水面上的空气通过抽风管道转移到水下。曝气机的工作原理是利用空气输送管底部散气叶轮的高速转动在水中形成一个真空区,液面上的空气通过曝气机输入水中,填补真空,微气泡随之产生并螺旋型地上升到水面,空气中的氧气也随之溶入水中。

由于气水混合物和液体之间密度的不平衡, 产生了一个垂直向上的浮力,将SS 带到水面。上浮过程中, 微气泡会附着到SS 上, 到达水面后SS 便依靠这些气泡支撑和维持在水面。浮在水面上的SS间断地被链条刮泥机清除。

刮泥机沿着整个液面运动, 并将SS 从气浮槽的进口端推到出口端的污泥排放管道中。污泥排放管道里有水平的螺旋推进器, 将所收集的污泥送入集泥池中。净化后的污水流入溢流槽再自流至生化处理部分。

开放的回流管道从曝气段沿着气浮槽的底部伸展。在产生微气泡的同时, 涡凹曝气机会在有回流管的池底形成一个负压区, 这种负压作用会使废水从池底回流至曝气区, 然后又返回气浮段。这个过程确保了40% 左右的污水回流及没有进水的情况下气浮段仍可进行工作。

（2）水解-气浮-曝气生物滤池工艺在印染废水处理中的应用

从国内印染厂运行经验教训来看，单纯的物化或生化处理很难达到甚至根本不能达到《纺织染整工业水污染物排放标准》（GB4287 - 92）。特别是单纯的物化处理运行费用高，污泥（浮渣）较难处理，在经济上不合理，运行不稳定，其处理效果随染料的变化而有很大波动。印染废水的可生化性较差，单纯生化处理工艺（特别是单纯好氧处理工艺）可以将BOD 降到很低，但COD 及色度却很难达标。

从该厂废水所含染料分析：硫化染料不溶于水多以胶体状态存在，单位织物染料的用量较大；还原染料为非离子型的疏水性染料，在水中溶解度小，主要以悬浮微粒形态存在，稳定性较差；直接染料是具有磺酸基或羧基的偶氮染料，能溶于水，但其结构具有直线展开和芳环排列同平面的特点，在水溶液中有较大聚集倾向性；活性染料的特点是分子中含有一个或几个活性基，以单偶氮型为主，易溶于水。直接染料，硫化染料，还原染料经过物化处理（混凝沉淀或气浮）有较高的去除率，COD 及色度会大大降低，但活性染料经物化处理，若要达到满意的脱色效果，投药量很大［1］。根据厂内实际情况及染料特点（无法实现染料的回收与分质处理），确定将该厂废水采取物化-生化工艺，工艺流程见图1。处理过程中产生的浮渣及污泥进入干化场干化后外运。

气浮设备的溶气方式采用水泵吸水管吸气溶气方式。在水泵压水管上接一支管，支管上安装射流器，并与水泵吸水管相连，支管中的压力水通过射

流器时把空气吸入并送入水泵吸水管，再经水泵送入溶气罐，此方式省去了空压机，噪声大大降低。

溶气回流水取处理水量的25%，控制进气量为4 . OL / min，约占水泵流量5 . 7%，水泵运行稳定，溶气罐压力在O . 3Mpa 左右，在水射器吸气管上装设流量计及阀门，以调节进气流量。在调试中发现，当进气量增大，则溶气罐的压力迅速下降，且不稳定，气浮无法正常运行，因此，采用水泵吸水管射流溶气方式，必须严格控制水泵的气水比，若要增加总进气量，必须相应增大溶气水回流比及回流泵，对于悬浮物非常高的污水，因空气用量较大，不宜采用吸水管吸气的方式。

在混凝剂的选用上，对易购到的聚合氯化铝与硫酸亚铁进行了试验，结果发现，两种混凝剂对该厂废水的处理效果相差不大。投加量基本相同，聚铝的投加量为5O ~ 1OOmg / L，硫酸亚铁的投加量为1OOmg / L。由于聚铝价格较高，而硫酸亚铁非常便宜，因此在运行中选择了硫酸亚铁。在调试中还发现，当车间使用活性染料比例很高时，气浮池形成的浮渣少，这说明活性染料难于单纯用物化法处理。对活性染料，要获得满意的去除效果，混凝剂的投加量非常大，如FGSO4投加量达75O ~ 95Omg / L，聚铝加聚丙烯酰胺混凝处理时，聚丙烯酰胺投加量2mg/ L，聚铝投加量需控制在7OO ~

9OOmg / L。

2.请介绍一种最新的气浮设备与工艺，并附资料来源。

一种新型气浮

CETCO 公司设计的新型气浮装置（CrudeSep）是一种组合型高效废水处理装置，它将旋流离心技术和气浮分离技术有效结合，对采出油田水有着良好的处理效果[3]。CrudeSep 的结构示意如图4 所示。

原理：该气浮主要包括一个圆柱形垂直罐、内筒、入口管嘴、净水出口、污油出口、水平圆板及其他附属设施，如循环泵、喷射器、密封气系统等。圆柱形垂直罐11 的高度和直径的比率在5︰1～1.5︰1，最佳比率为2.5︰1。圆柱罐内部设置了收油内筒，内筒上部设有收油桶状装置，其与罐顶之间留有一定的空间，为罐中的浮油和密封气提供通道。内筒可向下延伸至罐身的2/3 处，与罐体底部的一个污油出口相连。气浮罐可设置一个或多个污水入口，图4 表示的是2 个入口（P1-2）。入口沿罐体的切线导入，并与罐体成一定角度，如图5 所示，一般为小于或等于45°。这样可以加强流体在罐内的旋转分离，有助于喷射气与流体的混合。无论有几个口，它们的高度都一致，靠近罐体顶部，低于收油桶状装置1 英尺。

循环水/气混合物喷射入口也可以有1 个或多个，图4 所示为4 个喷射

入口（R1-3，R4），其中R1，R2，R3 的布置在图5 中可以看出，3 个喷射入口（R1，R2，R3）围绕罐体成120°角平均分布，P1-2，R1-3 的布置会加强流体在罐内的旋转，而R4 垂直向上布置（见图4），是为了增强流体紊流效果，增大释放的气泡与油滴/悬浮物的接触面积。罐体内的部分水（约占处理量的30%），流经回流管线16 被循环泵17 增压后，与管线19 的气体混合，再通过管嘴R1，R2，R3，R4 喷射到罐内。出口26 用于排出处理后的净水，液位变送器37 传输液位信号控制净水出口的调节阀36。气浮罐的操作压力以5～10 psig为宜，最小操作压力为0.3 barg。可以选取惰性气体或平台上的燃料气作为密封气。由以上气浮装置的结构不难看出它的工作原理：待处理污水从切向入口进入罐中，在容器内形成旋流，由于旋转产生的离心力作用，使密度较大的水向罐壁移动，而密度较小的油滴和气泡被压向罐中间的内筒壁。同时一部分水经循环泵增压、喷射器溶气、喷射后，气体在罐内释放出来，一方面增强了罐内流体的旋转、离心效果；另一方面释放出来的气泡吸附着细小的油滴和悬浮物，不断结合产生较大的油滴沿内筒壁上升至顶部的收油桶状装置，最终由收油内筒底部的油出口排出。处理过的水流至罐体底部经过水平圆板缓流后，由罐底部的出口排出。

特点：该气浮设备内部没有填料，故有更大的缓冲容积，能够满足流量大范围波动的要求；没有堰板或者挡油板，故减少了维修时间、停机时间以及人为干预；没有电机或者转子等耗能设备，故更节能；容器内部静止空间小，故处理的有效空间大；没有空气进入，减少了结垢的可能性。通常除油效率为80%～90%，可除去25um 以上的固体颗粒；借助化学药剂除油效率可达95%，可除去5um 以上的固体颗粒。该气浮最大的优势是体积小、重量轻，特别适合应用于空间限制较严格的领域，在海上生产平台或浮式生产储油轮上有较好的应用前景。与常规气浮相比，CETCO 提供的设备具有以下优点，见表1。

来源：1566 第十四届中国海洋（岸）工程学术讨论会论文

总结：

本次作业的完成情况整体来说还是不错的，因为基本上都是一些开放性问题，只要动手查阅相关资料的基本都没问题。

第一道题目计算题：课本中公式已经给出，相应的数值题目中都有给出，所以代入求未知数就可以了，基本上都可以作对，就是出现几个同学得出

4.42m3/h，但是结果答的却是3.3，我不知道是怎么回事。

第二道题目：关于气泡与颗粒的黏附问题，课本中说的很清楚，有的同学就是有点懒，抄几句就完事了，应该对其进行总结，不好总结的应将其相关的都写一下。对于处理手段，很多同学只写了添加各种化学药剂，其实这只是一种手段而已，查一些资料我们可以知道有很多手段的。

第三道题目：回流加压溶气气浮工艺流程图，课本67页画的很详尽了，大多数同学还是都认真画了。最好还是带有一些文字性的说明。

思考一与思考二都是开放性的题目，认真查资料就可以，很多人还是好好查

过的，基本没什么问题。