任務(wù)二

氣

浮利用高度分散的微小氣泡作為載體粘附于廢水中的懸浮污染物，使其浮力大于重力和阻力，從而使污染物上浮至水面，形成泡沫，然后用刮渣設(shè)備自水面刮除泡沫，實現(xiàn)固液或液液分離。氣浮法氣浮實現(xiàn)的條件及應(yīng)用范圍條件：向水中提供足夠量的細微氣泡污水中的污染物質(zhì)能行成懸浮狀態(tài)氣泡與懸浮物質(zhì)產(chǎn)生黏附作用一、氣浮原理1、界面張力和潤濕接觸角2、顆粒與氣泡的附著條件3、氣泡的穩(wěn)定性4、乳化現(xiàn)象與脫乳親水性：如果顆粒易被水潤濕，則稱該顆粒為親水性的。

疏水性：如顆粒不易被水潤濕，則是疏水性的。

接觸角：在靜止狀態(tài)下，當氣、液、固三相接觸時，氣－液界面張力線和固液界面張力線之間的夾角(包含液相的)稱為平衡接觸角，用

表示?；靖拍顚崿F(xiàn)氣浮分離的過程的必要條件是使污染物能夠粘附在氣泡上。顯然，這是一個涉及氣、液、固三相介質(zhì)的問題。1、界面張力和潤濕接觸角1、界面張力和潤濕接觸角1、界面張力和潤濕接觸角結(jié)論：接觸角θ>90°疏水物質(zhì)，易于氣??；

θ<90°親水物質(zhì)1、界面張力和潤濕接觸角

由粒子的三相接觸角（θ）來衡量θ<90o，稱為親水性物質(zhì)；θ>90o，稱為疏水性物質(zhì)。θ愈大，疏水性愈強。

由三相體系表面張力的平衡原理來看當

=0時，固體表面完全被潤濕；

=180，則固體表面完全被氣體覆蓋；θ→90o，顆粒物質(zhì)附著氣體不牢。θθσLGσLGσGSσGSσLSσLS被水濕潤的面積被水濕潤的面積水氣泡顆粒顆粒液氣表面張力不同懸浮顆粒與水的潤濕情況θ愈大，疏水性愈強。粒子與水的接觸面積愈小。2、顆粒與氣泡的附著條件

界面能W=σS（S-界面面積）(在恒溫恒壓下使體系增加單位表面積，外界必須對體系做功，增加單位表面積的最小功就等于σ，能量變化考慮)

顆粒附著氣泡前：W1=σLG+σLS（假設(shè)S=1cm2)

附著后單位附著面積上的界面能：W2=σGS

界面能變化△W=W1-W2=σLG+σLS-σGS

據(jù)熱力學定律，氣泡和顆粒的附著過程，是向該體系界面能減小的方向自發(fā)地進行，附著后的總界面能小于附著前顆粒處于平衡時，水、氣、固三相界面張力應(yīng)是σLS

＝σLGcos(180°-θ)-σGS代入上式，：得△W=σLG(1-COSθ）

液體固體氣泡2、顆粒與氣泡的附著條件得出結(jié)論：①當顆粒完全被水濕潤時，θ→0,COSθ→1,△W→0,顆粒與氣泡不能粘附，不能用氣浮處理；②0°<θ<90°0<△W<σLG氣浮效果不夠好；③90°<θ<180°,△W>σLG氣浮效果較好，易氣浮④θ→180°,△W＝2σLG，最易氣浮。2、顆粒與氣泡的附著條件△W=σLG(1-COSθ）2、顆粒與氣泡的附著條件2、顆粒與氣泡的附著條件微氣泡的數(shù)量和分散度對氣浮效果的影響氣泡越多,分散度越高，則氣泡與懸浮物接觸、黏附的機會越多,氣浮效果越好;氣泡直徑在100μm以下才能很好地附著在懸浮物顆粒上;污水中應(yīng)含有一定濃度的表面活性物質(zhì)使氣泡保持穩(wěn)定；大氣泡為什么不利于氣??？大氣泡,在上升過程中將產(chǎn)生劇烈的擾動,產(chǎn)生的慣性撞擊力不僅不能使氣泡很好地附著在顆粒表面,反而會撞碎絮體顆粒,甚至把已附著的小氣泡也撞開。3、氣泡的穩(wěn)定性氣泡的穩(wěn)定性：潔凈氣泡本身具有自動降低表面自由能的傾向，即所謂氣泡合并導致表面張力大的潔凈水中的氣泡粒常常不能達到氣泡操作要求的極細分散度。表面活性物質(zhì)很少，則氣泡壁表面由于缺少兩親分子吸附層的包裹，泡壁變簿，氣泡浮升到水面以后，水分子很快蒸發(fā)，因而極易破滅，---在水面上得不到穩(wěn)定的氣浮泡沫層。解決的辦法：加入一定量的起泡劑；適量投加，加多了可能起泡好，但是氣—粒粘附不好，同樣影響處理效果。二、氣浮法處理對象石油、化工及機械制造業(yè)中的含油污水的油水分離;工業(yè)廢水處理;污水中有用物質(zhì)的回收;取代二次沉淀池，特別是用于易產(chǎn)生活性污泥膨脹的情況;剩余活性污泥的濃縮。廢水：1、含油廢水的處理，主要去除乳化油

2、造紙廢水回收纖維

3、毛紡廢水：含有羊毛脂，洗滌劑

4、染色廢水

5、污泥濃縮：比一般重力濃縮效果好給水：除藻，與沉淀法比較：可同時去除多種污染物，

污泥濃度高缺點：耗電，維修復雜三、工藝類型按產(chǎn)生細微氣泡的方法分微氣泡曝氣氣浮法葉輪氣浮法加壓溶氣氣浮法真空溶氣氣浮法電解氣浮法充氣氣浮法溶氣氣浮法氣浮法的類型電解氣浮法

電解氣浮法產(chǎn)生的氣泡小于其他方法產(chǎn)生的氣泡，故特別適用于脆弱絮狀懸浮物。電解浮上法的表面負荷通常低于4m3/(m2·h)。電解氣浮法主要用于工業(yè)廢水處理方面，處理水量約在10~20m3/h。由于電耗高、操作運行管理復雜及電極結(jié)垢等問題，較難適用于大型生產(chǎn)。有豎流式和平流式裝置。

電解氣浮法是用不溶性陽極和陰極，通以直流電，直接將廢水電解。陽極和陰極產(chǎn)生氧氣和氫氣的微細氣泡，將廢水中的污染物顆粒或先經(jīng)混凝處理所形成的絮凝體粘附而上浮至水面，生成泡沫層，然后將泡沫刮除，實現(xiàn)分離去除污染物質(zhì)。

特點:

產(chǎn)生的氣泡尺寸較小;

降低BOD、氧化、脫色和殺菌；

對廢水負荷變化有較強的適應(yīng)性；

生成污泥量少，占地少，不產(chǎn)生噪聲；

應(yīng)用

鋼鐵廢水中鐵粉的去除；

含油廢水中油的去除；電解氣浮法電解氣浮法去除鋼鐵廢水中鐵粉案例分析案例背景廢水處理挑戰(zhàn)鋼鐵廢水處理現(xiàn)狀日產(chǎn)生鋼鐵廢水300噸，成分復雜，鐵粉含量高，直接排放將嚴重污染環(huán)境。傳統(tǒng)處理方法效果不佳，難以滿足環(huán)保要求，廢水中的鐵粉導致處理設(shè)備磨損。電解氣浮法引入針對鐵粉含量高的問題，工廠決定采用電解氣浮法，以提高廢水處理效率和達標排放。電解氣浮法原理通入直流電，陰陽極電化學反應(yīng)，產(chǎn)生微小氣泡。氣泡吸附廢水中的懸浮顆粒，如鐵粉，形成浮渣實現(xiàn)分離。電解氣浮法基本原理電極表面反應(yīng)可將重金屬離子轉(zhuǎn)化為易沉淀形態(tài)，同時電場促進膠體顆粒凝聚，提高去除效率。電極反應(yīng)與污染物形態(tài)變化處理工藝流程廢水預處理深度處理與回用后續(xù)沉淀過濾電解氣浮處理調(diào)節(jié)池均衡水質(zhì)，調(diào)節(jié)pH值，混凝池中絮凝劑去除懸浮物和膠體。廢水通過電極板產(chǎn)生氣泡，氣-固混合體上浮刮除，優(yōu)化電流密度和電解時間。二次沉淀池去除殘留懸浮物，過濾單元采用石英砂和活性炭去除細小顆粒和有機物。過濾后水部分回用于生產(chǎn)，剩余部分經(jīng)離子交換、反滲透等技術(shù)確保達到排放標準。處理效果鋼鐵廢水鐵粉處理效果98%以上去除率，廢水中鐵粉濃度降至10mg/L以下，滿足排放標準。懸浮固體去除COD去除效果COD去除率60%-70%，從800-1200mg/L降至300mg/L以下，符合排放要求。去除率95%左右，SS從1000-1500mg/L降至50mg/L以下，廢水清澈。重金屬離子去除鋅、鉻、鎳離子去除率分別超90%、92%和85%，均低于國家標準。成本分析電解氣浮處理設(shè)備初期投資約350萬，包括全套設(shè)施，預計使用壽命12-15年，年均折舊23-29萬。初期投資01每日電費960-1800元，化學藥劑500-800元，維護保養(yǎng)267-400元，人工成本500元，總計2227-3500元。運行成本02每日節(jié)約水資源150-200噸，節(jié)約水費600-1200元，避免超標排放罰款，創(chuàng)造經(jīng)濟與社會效益。收益分析03經(jīng)驗總結(jié)與展望調(diào)整pH值與選擇高效絮凝劑，提升廢水處理效率，減輕后續(xù)處理壓力。預處理階段關(guān)鍵因素實時監(jiān)測調(diào)節(jié)處理參數(shù)，確保工藝穩(wěn)定性，提高處理效果可靠性。自動化控制系統(tǒng)應(yīng)用采用耐腐蝕電極并定期維護，保證運行穩(wěn)定性，降低運行成本。電極板選擇與維護密切關(guān)注水質(zhì)變化，及時調(diào)整工藝參數(shù)，適應(yīng)不同水質(zhì)處理需求。應(yīng)對廢水水質(zhì)變化01020304經(jīng)驗總結(jié)與展望研發(fā)高效節(jié)能設(shè)備，降低能耗，提高去除效率和選擇性。電解氣浮技術(shù)展望研究浮渣、污泥資源化，減少二次污染，提高資源利用率。資源循環(huán)與污染減量化結(jié)合生物處理、膜分離等技術(shù)，實現(xiàn)廢水深度處理和資源化利用。綜合廢水處理技術(shù)豎流式電解氣浮池電解氣浮法的氣浮裝置豎流式電解氣浮池平流式電解氣浮池充氣氣浮法用于礦物浮選，也用于含油脂、羊毛等污水的初級處理及含有大量表面活性劑的污水處理微氣泡曝氣氣浮法葉輪氣浮法壓縮空氣引入到靠近池底處的微孔板，并被微孔板的微孔分散成細小氣泡將空氣引入到一個高速旋轉(zhuǎn)混合器或葉輪機的附近，通過高速旋轉(zhuǎn)混合器的高速剪切，將引入的空氣切割成細小氣泡充氣氣浮法

充氣氣浮法充氣氣浮法壓縮空氣

微孔板

分散成細小氣泡微孔曝氣氣浮法葉輪氣浮法1-葉輪；2-固定蓋板；3-轉(zhuǎn)軸；4-軸套；5-軸承；6-進氣管；7-進水槽；8-出水槽；9-泡沫槽；10-刮沫板；11-整流板葉輪氣浮結(jié)構(gòu)示意圖充氣氣浮法空氣

高速旋轉(zhuǎn)的混合器

切割成細小氣泡充氣氣浮法應(yīng)用案例從溶解空氣和析出條件來看加壓溶氣氣浮法：

空氣在加壓條件下溶解，常壓下使過飽和空氣以微小氣泡形式釋放出來。需要溶氣罐、空壓機或射流器、水泵等設(shè)備真空溶氣氣浮法：

空氣在常壓下溶解，真空條件下釋放優(yōu)點：無壓力設(shè)備缺點：溶解度低，氣泡釋放有限，需要密閉設(shè)備維持真空，運行維護困難溶氣氣浮法

溶氣氣浮法加壓溶氣氣浮法的基本原理空氣在水中的溶解度與壓力的關(guān)系空氣在水中的溶解度的表示單位體積水溶液中溶入的空氣質(zhì)量:g(氣)/m3(水)單位體積水溶液中溶入的空氣體積:mL(氣)/L(水)加壓溶氣氣浮溶氣氣浮法

空氣從水中析出的過程分兩個步驟，即氣泡的形成過程與氣泡的增長過程。氣泡核的形成過程起決定性作用，有了相當數(shù)量的氣泡核，就可以控制氣泡數(shù)量的多少與氣泡直徑的大小。溶氣氣浮法要求在這個過程中形成數(shù)目眾多的氣泡核，溶解同樣空氣，如形成的氣泡核的數(shù)量越多，則形成的氣泡的直徑也就越小，越有利于滿足浮上工藝的要求。

空氣在水中的溶解度與溫度、壓力有關(guān)。在一定范圍內(nèi)，溫度越低、壓力越大，其溶解度越大。一定溫度下，溶解度與壓力成正比。溶氣氣浮法加壓溶氣氣浮—在常壓下析出—應(yīng)用最多加壓溶氣氣浮按溶氣水不同有全部進水溶氣、部分進水溶氣、部分處理水溶氣三種基本流程。部分進水溶氣和處理水溶氣流程，用于加壓溶氣的水量只占總水量的30%—35%或10%—20%，溶氣壓力高、氣泡小、均勻、不破壞絮體關(guān)鍵設(shè)備：溶氣罐，操作壓力0.3-0.5MPa，水泵吸水管進氣、出水射流吸氣或空壓機供氣。釋放器，釋放效果好，不易堵塞溶氣氣浮法全部進水加壓式壓力溶氣氣浮工藝全溶氣流程：將全部廢水進行加壓溶氣，再經(jīng)減壓釋放裝置進入氣浮池進行固液分離；特點：電耗高、但氣浮池容積??；部分溶氣方式加壓氣浮法流程

部分廢水進行加壓溶氣，其余廢水直接送入氣浮池。該流程比全溶氣。省電，另外因為部分廢水經(jīng)溶氣罐，所以溶氣罐的容積比較小。但因部分廢水加壓溶氣所能提供的空氣量較小，因此，若想提供同樣的空氣量，必須加大溶氣罐的壓力?；亓骷訅簹飧》鞒?/p>

將部分出水進行回流加壓，廢水直接進入氣浮池。該法使用于含懸浮物濃度高的廢水的固液分離，但氣浮池的容積較前兩者大。加壓溶氣氣浮系統(tǒng)的組成壓力溶氣系統(tǒng)氣浮池

空氣釋放系統(tǒng)壓力溶氣罐溶氣釋放裝置加壓水泵附屬設(shè)備溶氣水管路空氣供給設(shè)備加壓溶氣氣浮工藝的主要設(shè)備壓力溶氣系統(tǒng)壓力溶氣罐附屬設(shè)備加壓水泵空氣供給設(shè)備

加壓水泵的作用是提升污水，將水、氣以一定壓力送至壓力溶氣罐，其壓力的選擇應(yīng)考慮溶氣罐壓力和管路系統(tǒng)的水力損失兩部分。壓力溶氣系統(tǒng)壓力溶氣罐附屬設(shè)備加壓水泵空氣供給設(shè)備壓力溶氣罐的作用是使水與空氣充分接觸，促進空氣的溶解。溶氣罐的形式有多種，如下圖所示，其中以罐內(nèi)填充填料的溶氣罐效率最高。

因裝有填料可加劇紊動程度，提高液相的分散程度，不斷更新液相與氣相的界面，從而提高了溶氣效率。填料有各種形式，研究表明，階梯環(huán)的溶氣效率最高，可達90%以上，拉西環(huán)次之，波紋片卷最低，這是由于填料的幾何特征不同造成的。壓力溶氣罐壓力溶氣系統(tǒng)——溶氣罐壓力溶氣系統(tǒng)——溶氣罐

影響填料溶氣罐效率的主要因素為：填料特性填料層高度罐內(nèi)液位高布水方式溫度

填料溶氣罐的主要工藝參數(shù)為：過流密度：2500~5000m3/(m2·d)填料層高度：0.8~1.3m液位的控制高：0.6~1.0m（從罐底計）溶氣罐承壓能力：>0.6MPa壓力溶氣系統(tǒng)——溶氣罐壓力溶氣系統(tǒng)——溶氣罐設(shè)計壓力溶氣系統(tǒng)——溶氣罐設(shè)計壓力溶氣系統(tǒng)——溶氣罐設(shè)計壓力溶氣系統(tǒng)加壓水泵壓力溶氣罐空氣供給設(shè)備附屬設(shè)備水泵壓水管裝射流器挾氣式溶氣方式有三種水泵吸氣式在經(jīng)濟和安全方面都不理想，已很少使用空壓機供氣是較早使用的一種供氣方式，使用較廣泛，其優(yōu)點是能耗相對較低壓力管裝射流器進行溶氣的優(yōu)點是不需另設(shè)空壓機，沒有空壓機帶來的油污染和噪聲水泵吸氣式空壓機供氣式空氣供給系統(tǒng)水泵吸氣式在經(jīng)濟和安全方面都不理想，已很少使用空氣供給系統(tǒng)

壓力管裝射流器進行溶氣的優(yōu)點是不需另設(shè)空壓機，沒有空壓機帶來的油污染和噪聲空氣供給系統(tǒng)

空壓機供氣是較早使用的一種供氣方式，使用較廣泛，其優(yōu)點是能耗相對較低空氣釋放系統(tǒng)

空氣釋放系統(tǒng)是由溶氣釋放裝置和溶氣水管路組成。

溶氣釋放裝置的功能是將壓力容器水減壓，使溶氣水中的氣體以微氣泡的形式釋放出來，并能迅速、均勻地與水中的顆粒物質(zhì)粘附。常用的溶氣釋放裝置有減壓閥、溶氣釋放噴嘴、釋放器等。

空氣釋放系統(tǒng)空氣釋放系統(tǒng)空氣釋放系統(tǒng)TS型溶氣釋放器

·>0.15Mpa，釋放溶氣量的99%TJ型溶氣釋放器

·在0.2Mpa以上低壓下工作，凈水效果良好TV型溶氣釋放器

·氣泡微細20～40um空氣釋放系統(tǒng)空氣釋放系統(tǒng)空氣釋放系統(tǒng)

氣浮池的功能是提供一定的容積和池表面積，使微氣泡與水中懸浮顆粒充分混合、接觸、粘附，并使帶氣顆粒與水分離。目前最常用，其反應(yīng)池與氣浮池合建。廢水進入反應(yīng)池完全混合后，經(jīng)擋板底部進入氣浮接觸室以延長絮體與氣泡的接觸時間，然后由接觸室上部進入分離室進行固液分離。池面浮渣由刮渣機刮入集渣槽，清水由底部集水槽排出。平流式氣浮池的優(yōu)點是池深淺、造價低、構(gòu)造簡單、運行方便。缺點是分離部分的容積利用率不高等。豎流式氣浮池的基本工藝參數(shù)與平流式氣浮池相同。其優(yōu)點是接觸室在池中央，水流向四周擴散，水力條件較好。缺點是與反應(yīng)池較難銜接，容積利用率較低。有經(jīng)驗表明，當處理水量大于150~200m3/h、廢水中的可沉物質(zhì)較多時，宜采用豎流式氣浮池。氣浮池

豎流式氣浮池平流式氣浮池氣浮池的構(gòu)造及類型氣浮池的基本構(gòu)造氣浮池的刮渣裝置氣浮池的構(gòu)造及類型氣浮池類型氣浮池的構(gòu)造及類型平流式氣浮池最常用，其反應(yīng)池與氣浮池合建。廢水進入反應(yīng)池完全混合后，經(jīng)擋板底部進入氣浮接觸室以延長絮體與氣泡的接觸時間，然后由接觸室上部進入分離室進行固液分離。池面浮渣由刮渣機刮入集渣槽，清水由底部集水槽排出。平流式氣浮池的優(yōu)點是池深淺、造價低、構(gòu)造簡單、運行方便。缺點是分離部分的容積利用率不高等。氣浮池的構(gòu)造及類型氣浮池類型豎流式氣浮池的基本工藝參數(shù)與平流式氣浮池相同。其優(yōu)點是接觸室在池中央，水流向四周擴散，水力條件較好。缺點是與反應(yīng)池較難銜接，容積利用率較低。有經(jīng)驗表明，當處理水量大于150~200m3/h、廢水中的可沉物質(zhì)較多時，宜采用豎流式氣浮池。氣浮池的構(gòu)造及類型

廢水從池下部進入氣浮接觸區(qū)，保證氣泡與廢水有一定的接觸時間，廢水經(jīng)隔板進入氣浮分離區(qū)進行分離后，從池底集水管排出。浮在水面上的浮渣用刮渣設(shè)備刮入集渣槽后排出。優(yōu)點是池身淺，造價低廉，構(gòu)造簡單，管理方便。缺點是分離區(qū)容積利用率不高。氣浮池的構(gòu)造及類型1-溶氣水管；2-減壓釋放器；3-原水管；4-接觸區(qū)；5-分離區(qū)；6-集水器；7-刮渣機；8-水位調(diào)節(jié)器；9-排渣器豎流式氣浮池這種形式的氣浮池的優(yōu)點是接觸區(qū)在池中央，水流向四周擴散，水力條件比平流式好。缺點是構(gòu)造復雜。氣浮池的構(gòu)造及類型氣浮池類型反應(yīng)——氣浮池平流式氣浮池（反應(yīng)——氣?。┓磻?yīng)——氣浮——沉淀池氣浮池的構(gòu)造及類型組合一體化氣浮池（反應(yīng)——氣浮——沉淀）氣浮池的構(gòu)造及類型反應(yīng)——氣浮——過濾池組合一體化氣浮池反應(yīng)——氣浮——過濾2.無試驗資料時，可根據(jù)氣固比（A/S）進行估算式中：A/S

——氣固比,g(釋放的氣體)/g(懸浮固體)，0.005~0.060，一般為

0.005~0.006，當懸浮固體濃度較高時取上限，如剩余污泥氣浮濃縮時，氣固比采用0.03~0.04；

1.3——1mL空氣的質(zhì)量，mg；

ca——某一溫度下的空氣溶解度；

f

——壓力為p時，水中的空氣溶解系數(shù)，0.5~0.8（通常0.5）；

p0——表壓，kPa；qvR——加壓水回流量，m3/h；

qv——

設(shè)計水量，m3/h；ρsi——入流廢水的懸浮固體濃度,mg/L。壓力溶氣氣浮法的設(shè)計計算——

氣浮所需空氣量1.有試驗資料時式中：qv——氣浮池設(shè)計水量，m3/h；

R′——試驗條件下的回流比，%；

ac——試驗條件下的釋氣量，L/m3；

Φ——水溫校正系數(shù)，取1.1~1.3（主要考慮水的粘滯度影響，試驗時水溫與冬季水溫相差大者取高值）。溶氣罐高h：式中：h1—罐頂、底封頭高度（根據(jù)罐直徑而定），m；

h2—布水區(qū)高度，一般取0.2~0.3m；h3—貯水區(qū)高度，一般取1.0m；h4—填料層高度，當采用階梯環(huán)時，可取1.0~1.3m。壓力溶氣氣浮法的設(shè)計計算——

溶氣罐

溶氣罐直徑Dd選定過流密度I后，溶氣罐直徑按下式計算：一般對于空罐，I選用1000~2000m3/(m2·d)，對填料罐，I選用2500~5000m3/(m2·d)。壓力溶氣氣浮法的設(shè)計計算