气浮的原理及类型

稳定性，又能保证良好的气浮效果。
本章小结
2
（1）疏水性物质有利于气浮，亲水性物质的气浮效果较差； （2）当润湿接触角 θ→0 时，不能采用气浮处理；
当 0<θ<90 时，颗粒能够附着在气泡上，但是附着不牢，不利于气浮； 当 90<θ<180 时，颗粒与气泡附着比较牢固，比较容易气浮； 当 θ→180，颗粒最易被气浮。
5
2.3.1 溶气真空浮上法 物料在常压下被曝气，使其充分溶气。然后在真空的条件下，压力骤然降低，
从而使物料中的溶气析出，形成大量细微的气泡，气泡粘附在颗粒杂质上，使其 浮于水面，从而形成泡沫浮渣，再用刮渣机将其除去，最终达到固液分离的目的。 真空气浮系统的结构示意图如图 2.6 所示。
图 2.6 溶气真空气浮设备结构图
亲水性的；（2）疏水性：如果颗粒不易被水润湿，则是疏水性的；（3）润湿接触
角：在静止状态下，当气、液、固三相接触时，气—液界面张力线和固—液界面
张力线之间的夹角（包含液相的）称为平衡接触角，用 θ 表示。具体如图 1.1 所
示。
水对各种物质润湿性的大小，可以利用它们与水的接触角来衡量。当接触角
θ<90 时，则该物质为亲水性物质；当 θ>90 时，则该物质为疏水性物质。另外，
二、气浮工艺的类型与特点
按照产生气泡的方法不同，气浮可以分为电解浮上法、分散空气浮上法和溶
解空气浮上法三种。下面具体的来分析各种气浮工艺以及它们的优缺点。
2.1 电解浮上法 电解浮上法是利用不溶性的阳极和阴极，通入 5-10 V 的直流电，直接将废
水电解。阳极和阴极分别产生氢气和氧气，形成大量的微小气泡，将废水中的悬
△ W = σ 水气(Байду номын сангаас-cosθ)
水
σLG
σLG σGS
θ σLS
气泡 颗粒 σGS
颗粒
θ σLS
被水湿润的面 积
被水湿润的面 积
（2） （3）
图 1 气泡与颗粒的作用过程图
由于任何体系均存在力图使界面能减少到最小的趋势。因此，悬浮物与气泡
附着的条件必须满足△ W > 0
即：
σ 水气(1-cosθ) > 0
2.3.2 加压溶气浮上法 物料在加压的条件下被曝气，使其充分溶气。然后在常压的条件下，压力骤
然降低，从而使物料中的溶气析出，形成大量细微的气泡，气泡粘附在颗粒杂质 上，使其浮于水面，从而形成泡沫浮渣，再用刮渣机将其除去，最终达到固液分 离的目的。其结构示意图如图 2.7 所示。
图 2.7 加压溶气气浮的结构示意图
图 3.8 平流式气浮池和竖流式气浮池的结构示意图
平流式气浮池和竖流式气浮池的优缺点如表 3.2 所示。
类型
表 3.2 平流式和竖流式气浮池的优缺点 优点
缺点
平流式
池深较浅，构造简单，造价 低，运行管理方便
分离室容积利用率不高
竖流式
水力条件较好，池深较大
整体容积利用率不高，与反 应池衔接较困难
12
四、气浮的应用及预处理
浮颗粒或先经混凝处理所形成的絮凝体粘附而上浮至水面，产生泡沫层，然后用
刮渣机将泡沫刮除，从而达到固液分离的目的。该方法主要用于中小规模的工业
废水处理。电解气浮池如图 2.1 所示。
10
9
出水
5
7 进水
4 35
2 1 8 排泥 6
图 竖流式电解气浮池
1-入流室；2-整流栅；3-电极组；4-出流孔；5-分离室；6-集水孔； 7-出水管；8-排沉泥管；9-刮渣机；10-水位调节器 图 2.1 竖流式电解气浮池
图 2.3 叶轮气浮结构示意图
4
图 2.4 叶轮盖板的构造
1—叶轮；2—盖板；3—转轴；4—轴套； 5—叶轮叶片；6—导向叶片；7—循环进水孔 2.3 溶解空气浮上法 空气在水中的溶解度与温度成反比；空气在水中的溶解度与压力的关系如图 2.5 所示。
图 2.5 空气在水中的溶解度与压力的关系图
从图中可以看出，在一定温度下，压力越大，空气在水中的溶解度越高。 溶解空气浮上法是在降压的条件下，使空气过饱和水中的空气以微细气泡的 形式释放出来，悬浮物粘附在气泡上，通过气泡的上浮，达到固液分离的目的。 溶解空气浮上法根据产生气泡的方法不同可以分为溶气真空浮上法和加压 溶气浮上法两种。
压力溶气系统主要包括溶气方式和溶气设备两个部分。 1、溶气方式 压力溶气系统的溶气方式主要有 3 种，分别是水泵吸气式、水泵压水管装射 流器挟气式和空压机供气式。 （1）水泵吸气式 该溶气方式的吸气量受水泵气蚀性能的影响，空气溶解量很低，一般不超过 5%。其结构示意图如图 3.1 所示。
图 3.1 水泵吸气式溶气系统
2.2 分散空气气浮法 分散空气气浮法根据产生气泡的方法不同又可以分为微气泡曝气气浮法和
叶轮气浮法两种。下面分别来阐述这两种气浮法的定义。
3
2.2.1 微气泡曝气气浮法 该方法主要是将压缩空气引入到靠近气浮池底部的微孔扩散板，并通过微孔
扩散板将空气分散成细小的气泡，气泡附着在悬浮颗粒上，达到气浮的效果。微 孔曝气气浮法如图 2.2 所示。
一般疏水性物质的气浮效果较好，而亲水性物质的气浮效果较差。下面将对悬浮
物与气泡的附着条件进行深入的探讨。
1.3 悬浮物与气泡的附着条件
按照物理化学的热力学理论，任何体系均存在力图使界面能减少到最小的趋
势，下面来具体地分析悬浮物与气泡附着的条件。气泡与颗粒的作用过程如图
1.1 所示。
界面能：W = σS；（其中，S 为界面面积；σ 为界面张力）
（2）易堵塞，流量小，单个服务范围小（作用直径 25-70cm）
孔口—单孔室 （1）溶气释放率高（99%以上），微气泡密集尺寸小（20-40μm），
TJ —大平行圆盘
工作压力低（0.2MPa）；
型 缝隙—舌簧— （2）易清洗（水射器），单个服务范围大（作用直径 50-110cm）
管嘴
（1）溶气释放率高（99%以上），微气泡密集尺寸小（20-40μm），
附着前：W1 =σ 水气+σ 水粒（假设 S 为 1）； 附着后：W2=σ 气粒 ； 最终界面能的减少量为：
△ W = σ 水气+σ 水粒－σ 气粒；
（1）
σ 水气、σ 水粒、σ 气粒三个力之间的关系如图 1 所示。从图中可以得出：
1
σ 水粒 = σ 气粒+σ 水气 cos（180－θ） 由（1）式和（2）式可以得出：
图 3.5 填充式溶气罐结构示意图 阶梯环
拉西环
波纹片卷
图 3.6 各种填料的示意图
3.1.2 溶气水减压释放系统 溶气水的减压释放应能产生足够的微细气泡，减压释放设备关系到产生气泡
的数量和尺度。常用的减压释放设备有 TS、TJ、TV 型溶气释放器、减压阀、截 止阀等。各种释放器如图 3.7 所示。
同时，cosθ＝（σ 气粒－σ 水粒）/σ 水气，水中颗粒 θ 与表面张力 σ 水气有关。σ 水气
增加，θ 增大，有利于气浮。为了增加气泡的稳定性，有时会添加一些表面活性
剂；但是如果表面活性剂过多，则会导致 σ 水气下降，润湿接触角 θ 减小，从而影
响到气浮的效果。因此，必须选择适宜的表面活性剂添加量，才能既保证气泡的
1、耗电量大，投资成本高；
絮状悬浮物；2、对废水负荷变化有 2、操作运行管理较复杂，操作不方便；
较强的适应性；3、生成的污泥量少、 3、电极板容易结垢，使用寿命短。
占地少。不产生噪声。
分 微气 散 泡曝 空 气气 气 浮法
设备简单、易行
扩散板上的孔容易堵塞，导致气泡量少 而不均匀，气浮效果不是很好。
孔口—单孔室
工作压力低（0.2MPa）；
TV
—上下大平行 （2）易清洗（压缩空气），单个服务范围大（作用直径 40-80cm）
型
圆盘缝隙
11
3.1.3 气水混合系统 微细气泡产生后，气泡与水能否充分混合直接影响到气浮的效果。常用的气
水混合设备有固定混合设备与管式混合设备，通常在气浮分离池的前端设一接触 区以确保气水充分混合。 3.1.4 气浮分离设备
气 叶轮
设备简单、易行
1、形成的气泡尺度较大（d>1mm），2、
浮 气浮
气泡上升速度快，比表面积小，与悬浮
法法
溶气 溶
真空 解
气浮 空
法 气
物的接触时间较短，气浮效果不好。
1、常压下，空气溶解度低，气泡的数量
有限；2、需要密闭设备维持真空，运行
无压力设备，节省动力消耗和动力 设备。
维护比较困难。3、所有设备在密封的气 浮池内，使气浮池构造复杂，运行管理、
图 2.2 微孔曝气浮上法 1—入流液；2—空气进入；3—分离柱；4—微孔扩散板；
5—浮渣；6—出流液
2.2.2 叶轮气浮法 叶轮气浮法是指将空气引入到一个高速旋转的混合器或者叶轮机附近，通过
高速旋转混合器或者叶轮机的高速剪切力，将引入的空气切割成很多细小的气 泡，从而实现气浮的过程。具体的叶轮气浮装置如图 2.3 所示。叶轮盖板的构造 如图 2.4 所示。
10
TJ 型
TS 型
TV 型
减压阀
图 3.7 各种释放器的示意图
常用溶气释放器的主要特性如表 3.1 所示。
表 3.1 溶气释放器的主要特性
名 基本构造
称
主要特性
孔口—多孔室 （1）溶气释放率高（99%以上），微气泡密集尺寸小（20-40μm），
TS
—小平行圆盘
工作压力低（0.2MPa）；
型
缝隙—管嘴
气浮的原理及应用
一、气浮的基本原理
1.1 气浮简介
气浮是气 浮 机 的一种简称，也可以作为一种专有名词使用，其主要目的是
利用高度分散的微小气泡为载体去粘附废水中疏水性颗粒，将小气泡和颗粒视为
一个整体，其整体密度小于水而上浮到水面，从而实现固—液或者液—液分离的
过程。
1.2 界面张力与润湿接触角
首先介绍几个基本概念。（1）亲水性：如果颗粒易被水润湿，则称该颗粒为
气浮法在工业上的应用十分广泛。主要包括以下几个方面： 1、石油、化工及机械制造业中的含油污水的油水分离； 2、工业废水处理； 3、污水中有用物质的回收； 4、取代二次沉淀池，特别是用于易于产生活性污泥膨胀的情况； 5、剩余活性污泥的浓缩。 在实际的气浮过程中，往往需要添加适当的化学药剂，提高气浮的效果。主 要的预处理方法有以下几种。 1、混凝剂：各种无机或有机高分子混凝剂，它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。如硫酸铝、三氯化铁、聚合氯化铝。 2、乳化：一种液体以极微小液滴均匀地分散在互不相溶的另一种液体中的 作用。 乳化是液-液界面现象，两种不相溶的液体，如油与水，在容器中分成两 层，密度小的油在上层，密度大的水在下层。若加入适当的表面活性剂在强烈的 搅拌下，油被分散在水中，形成乳状液，该过程叫乳化。 3、浮选剂：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。促进起泡，形成稳定的浮 渣层，维持气泡的分散度。如松香油、石油、表面活性剂、硬脂酸盐等。 4、助凝剂：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。 5、抑制剂：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。 6、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。
（4）
由式 4 可以得出：
当 θ→0 时，cosθ→1，△ W = 0；因此不能气浮；
当 0<θ<90 时，0<cosθ<1，△ W < σ 水气；此时，虽然颗粒能够附着在气泡上，
但是附着不牢；
当 90<θ<180 时，△ W > σ 水气；此时，颗粒与气泡附着比较牢固，比较容易
气浮；
当 θ→180，△ W = 2σ 水气；此时，△ W 达到最大值，颗粒最易被气浮。
6
本章小结
不同的气浮方法的优缺点如表 2.1 所示。从表 2.1 中可以看出，加压溶气气 浮法产生的气泡多而均匀，而且粒径小，是目前应用最广泛的一种气浮方法。下 一章将对加压气浮法做详细的阐述。
表 2.1 各种气浮方法的优缺点比较
类型
优点
缺点
1、电解气浮法产生的气泡小于其它
电解气浮 法
方法产生的气泡，特别适用于脆弱
维护不便。
气 加压 1、加压条件下，水中空气的溶解度
浮 溶气 大，能提供足够的微气泡；2、气泡 需要溶气罐、空压机或射流器、水泵等
法 气浮
粒径小，均匀。
设备，
法
7
三、加压溶气气浮法
3.1 加压溶气气浮系统的构造 加压溶气气浮法系统主要由压力溶气系统、溶气水减压释放系统、气水混合
系统和气浮分离设备 4 部分组成。 3.1.1 压力溶气系统
图 3.3 空压机供气式溶气系统
2、溶气设备 常用的溶气设备为压力溶气罐。它的作用是使水与空气充分地接触，促进空 气的溶解。溶气罐的形式多种多样，不同种类的溶气罐的结构示意图如图 3.4 所 示。其中，应用较多的是罐内填充填料的溶气罐，因为它的溶气效率最高。
图 3.4 不同种类的溶气罐
9
填充式溶气罐装有填料，因而可以加剧紊动程度，提高液相的分散程度，不 断更新液相与气相的界面，从而提高了溶气效率。其结构示意图如图 3.5 所示。 其中，填料有各种形式，研究表明，阶梯环的溶气效率最高，可达 90%以上，拉 西环次之，波纹片卷最低，这是由于填料的几何特征不同造成的。其图片如图 3.6 所示。
常用的气浮分离设备有平流式气浮池和竖流式气浮池。气浮池包括进水区、 分离区、出水区和浮渣区。其结构示意图如图 3.8 所示。
进水区：常为接触区，保证气水充分混合； 分离区：须具有一定的有效容积，保证气粒粘合体能上升到液面； 出水区：底部出水，常设穿孔集水管； 浮渣区：设有刮渣设备和渣槽，确保浮渣顺利排除。
（2）水泵压水管装射流器挟气式 压力水（约 0.3 MPa）经水射器高速喷射，在喉管内形成负压吸入空气，从 而使空气溶解的方式。其结构示意图如图 3.2 所示。
8
图 3.2 射流器挟气式溶气系统
（3）空压机供气式 该方法通过空压机将空气打入溶气罐，再通过气泡释放器将空气释放成微小 气泡。其结构示意图如图 3.3 所示。