水质工程学电子课件__第13章__气浮

调节剂
浮选剂：
它们大多是链状有机表面
活性剂。分子的一端含有极
性基(如-OH、-COOH、-SO3H、NH3、≡N等)，显示出亲水性，
称为亲水基；另一端为非极性 基(如-R、等)，显示出疏水性， 称为疏水基。
捕收剂：松香油、煤油、黄
药、黑药、氧化石螃、十八胺 等；
稳泡剂：十二烷基磺酸钠、
十二统基苯磁醋钠、月桂醋二 乙醇酰胺、月桂醇硫酸酯钠等。
气浮的实质是 体系界面能的变化值△E的大小。
气泡与悬浮颗粒的粘附形式
微细气泡与悬浮颗粒的粘附形式： 气颗粒吸附、气泡顶托以及气泡裹夹
“颗粒-气泡”复合体的上浮速度
当流态为层流时，即Re<1时，则“颗粒-气泡”复合体 的上升速度可按斯托克斯公式计算：
g v上 ( L S ) d 2 18
水质工程学（下）
电子教案
辽宁工程技术大学 土建学院市政系
第13章 污水的物理化学处理
13.1 混凝
13.2 气浮
13.3 吸附 13.4 离子交换 13.5 电渗析 13.6 扩散渗析 13.7 反渗透 13.8 超滤
13.2 气浮
一、 概述
水和废水的气浮法处理是将空气以微小气泡形式通入水 中，使微小气泡与在水中悬浮的颗粒粘附，形成水-气-颗粒三 相混合体系，颗粒粘附上气泡后，密度小于水即上浮水面，从 水中分离，形成浮渣层。
压力溶气系统
压力溶气罐 空气供给设备 附属设备
加压溶气 气浮法系 统的组成
空气释放系统
溶气释放装置 溶气水管路
气
浮
池
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
加压水泵的作用是提升污水，将水、气以一定压力送至压 力溶气罐，其压力的选择应考虑溶气罐压力和管路系统的水力损 失两部分。
压力溶气系统
①气粒吸附：属物理吸附。吸附放热，低温吸附效果较好；极性相
同，吸附效果较好；物理性质相同，吸附效果较好。
②吸附对象：吸附疏水性物质 疏水性物质－难为水润湿的物质，可以直接吸附。
亲水性物质－容易被水润湿的物质，需要转为疏水性物质。
③表面活性剂：可以使疏水、亲水相互转移，表面活性剂由极性和非极 性分子组成，分子一端呈亲水性，另一端呈疏水性，也叫二亲分子。
加 压 溶 气 的 两 种 方 式
存在问题： 填料长膜； 压缩气题： 设备较复杂； 造价偏高。
全加压溶气气浮法
部分加压溶气气浮法
加压溶气法的三种基本流程： • 全加压溶气流程 • 部分加压溶气流程 • 回流加压溶气流程
回流加压溶气气浮法
部分加压溶气气浮法
加压水泵
m3/(m2· d)
罐内液位高
布水方式 温度
填料层高度：0.8~1.3m 液位的控制高：0.6~1.0m （从罐底计） 溶气罐承压能力：>0.6MPa
压力溶气系统
加压水泵
压力溶气罐
空气供给设备 溶气方式有三种
附属设备
水 泵 吸 气 式
水泵压水管装 射流器挟气式 空压机供气式
水泵吸气式在经济和安全方面都不理 想，已很少使用 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 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
这部分能量差ΔE即为挤开气泡和颗粒之间的水膜所做的功，此值越大，气 泡与颗粒粘附得越牢固。 水中的悬浮颗粒是否能与气泡粘附，与水、气、颗粒间的界面能有关。当三 者相对稳定时，三相界面张力的关系式为：
水-粒 水-气 cos(180 ) 粒-气
式中：θ——接触角（也称湿润角）。 带入上式得： E 水-粒 水-气 水-粒 水-气 cos ) （
加压水泵
压力溶气罐
空气供给设备
附属设备
压力溶气罐的作用是使水与空气充分接触，促进空气的溶解。 溶气罐的形式有多种，如下图所示，其中以罐内填充填料的溶 气罐效率最高。
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
影响填料溶气罐效率的 主要因素为： 填料特性 填料层高度
填料溶气罐的主要工艺 参数为： 过流密度：2500~5000
气浮法处理工艺必须满足下述基本条件：
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。
污水处理技术中，气浮法固-液或液-液分离技术应用的几 方面：
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。
真空气浮法
加压溶气气浮法
工艺流程：全加压溶气，部分加压溶气、回流加压
溶气
加压溶气气浮法的基本原理
空气在水中的溶解度与压力的关系 单位体积水 溶液中溶入 的空气体积: mL(气)/L(水) 空气在水中的 溶解度的表示
单位体积水 溶液中溶入 的空气质量: g(气)/m3(水)
空气在纯水中的饱和溶解度
微气泡曝气气浮法
剪切气泡浮上法
3.溶解空气气浮法
从溶解空气和 析出条件来看
真空气浮法：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 加压溶气气浮法：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、空压机 或射流器、水泵等设 备
空气释放系统
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。
四、气
浮
池
气浮池的功能是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、粘附，并使带气颗粒与水分 平流式气浮池 离。 竖流式气浮池
式中：d——“颗粒-气泡”复合体的直径； ρs——“颗粒-气泡”复合体的表观密度。
上述公式表明，v上取决于水与复合体的密度差与复合体 的有效直径。 “颗粒-气泡”复合体上粘附的气泡越多，则 ρs越小，d越大，因而上浮速度亦越快。
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： 混凝剂 浮选剂 助凝剂 抑制剂 调节剂 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。
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： 混凝剂
浮选剂
助凝剂 抑制剂
浮选剂大多数由极性-非极性分子组成。 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。
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。
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求。
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： 混凝剂
浮选剂
助凝剂 抑制剂 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。
调节剂
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： 混凝剂
E S 同样，在液、气、固三相介质的 表面也存在界面张力和界面能。 界面能与界面张力的关系如下：
σ——界面张力系数； S——界面面积
界面能E与界面张力的关系如下： E S 式中：σ ——界面张力系数； S ——界面面积。 气泡未与悬浮颗粒粘附前,颗粒与气泡的单位面积上的界面能分别为σ水-粒 ×1和σ水-气×1，这时单位面积上的界面能之和E1为： E1 水-粒 水-气 当气泡与悬浮颗粒粘附后，界面能缩小，粘附面的单位面积上的界面能E2及 其缩小值ΔE分别为： E E1 E2 水-粒 水-气 粒-气 E2 气-粒
调节剂
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、气浮工艺
1.电 解 气 浮 法
电解废水可同时产生三种作用： 电解氧化还原；
电解混凝；
电气浮。
电 解 气 浮 法
电解气浮法是将正负极相间的多组电极浸泡 在废水中，当通以直流电时，废水电解，正负两 级间产生的氢和氧的细小气泡粘附于悬浮物上， 将其带至水面而达到分离的目的。 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。
a. 表面活性剂对于亲水性物质有利，使亲水性物质转为疏水性。