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【清华大学】水环境处理讲义 NO 5

省部重点实验室

2012/01/06

第五章气浮(Flotation)
第1节理论基础

是一种固－液和液－液分离的方法。

具体过程：通入空气→产生微细气泡→SS附着在气泡上→上浮

应用：自然沉淀或上浮难于去除的悬浮物，以及比重接近1的固体颗粒

一、界面张力和润湿接触角

任何不同介质的相表面上都因受力不均衡而存在界面张力

气浮的情况涉及：气、水、固三种介质，每两个之间都存在界面张力σ。

三相间的吸附界面构成的交界线称为润湿周边。通过润湿周边作水、粒界面张力作用线和水、气界面张力作用线，二作用线的交角称为润湿接触角θ。见图13－3和13－4。

θ>90，疏水性,易于气浮

θ<90, 亲水性

二、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为最小的趋势。

界面能 W =σS S：界面面积； σ：界面张力

附着前 W1 =σ_水气+σ_水粒（假设S 为1）

附着后 W2=σ_气粒

界面能的减少△Ｗ=σ_水气+σ_水粒－σ_气粒

又图13－4，σ_水粒 =σ_气粒+σ_水气COS(180°-θ)

所以: △Ｗ=σ_水气(1-COSθ)

按照热力学理论, 悬浮物与气泡附着的条件：△Ｗ>0

△Ｗ越大，推动力越大，越易气浮。

(1) θ®0, COSθ--1, △Ｗ= 0 不能气浮

θ<90, COSθ<1, △Ｗ<σ_水气颗粒附着不牢

θ>90, △Ｗ>σ水气易气浮――疏水吸附

θ®180 △Ｗ=2σ水气最易被气浮

(2) 同时, COS θ ＝（σ_气粒－σ_水粒）/σ_水气（由图13-4）

σ_水气增加，θ增大, 有利于气浮

如石油废水, 表面活性物质含量少, σ_水气大,乳化油粒疏水性强，直接气浮效果好。

而煤气洗涤水中的乳化焦油，由于水中表面活性物质含量多，σ_水气小，直接气浮效果差。

对于亲水性颗粒的气浮，表面需改性为疏水性 → 投加浮选剂

浮选剂：松香油、煤油、脂肪酸，起连接颗粒和气泡之间作用。

三、气泡的稳定性

气浮中要求气泡具有一定的分散度和稳定性。气泡粒径在100m左右为好。

洁净水中：

·气泡常达不到气浮要求的细小分散度

®洁净水表面张力大，气泡有自动降低自由能的倾向，即气泡合并。

·稳定性不好。

®缺乏表面活性物质的保护，气泡易破灭，不稳定。

即使悬浮物已附着在气泡上也易重新脱落会水中

↓

加入起泡剂（一种表面活性物质），保护气泡的稳定性。见图13－5

对于有机污染物含量不多的废水在进行气浮时，气泡的稳定性可能成为重要的影响因素。适当的表面活性剂是必要的。

但表面活性物质过多太多 → σ_水气降低，同时 → 此时，尽管气泡稳定，

污染粒子严重乳化但颗粒－气泡附着不好

如何控制最佳的投加量？

影响三个因素：稳定性、表面张力、乳化效果

四、乳化现象与脱乳

疏水性颗粒易气浮，但多数情况下并不好，主要是由于乳化现象。以油粒为例：

▲表面活性物质存在：非极性端吸附在油粒，极性端则伸向水中→乳化油（图13－6）→电离后带电→双电层现象→稳定体系

▲废水中含有亲水性固体粉末（固体乳化剂），如粉砂、粘土等（θ<90）：一小部分与油接触，大部分为水润湿，见图13－7。

→乳化油稳定体系

带电的稳定体系是不利于气浮的，应

→ 脱稳、破乳→ 投加混凝剂→压缩双电层

混凝剂包括：硫酸铝、聚合氯化铝、三氯化铁等

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省部重点实验室

第1楼2012/01/06

第2节气浮分类与工艺过程

一、气浮分类

1．电解气浮法：

直流电的电解作用下，正极产生氢气，负极产生氧气，微气泡。气泡小于溶气法和散气法。具有多种作用：除BOD、氧化、脱色等，去除污染物范围广，污泥量少，占地少。但电耗大。

有竖流式和平流式装置。见图13－9和图13－10。

2．散气气浮法：扩散板曝气气浮和叶轮气浮法两种

扩散板曝气气浮：压缩空气通过扩散装置以微小气泡形式进入水中。简单易行，但容易堵塞，气浮效果不高。见图13－11。

叶轮气浮法：适用于处理水量不大,污染物浓度高的废水。见图13－12。

3.溶气气浮法

根据气泡析出时所处的压力不同，分为：溶气真空气浮和加压溶气气浮

一、加压溶气气浮

特点：水中空气的溶解度大，能提供足够的微气泡

气泡粒径小（20～100um）、均匀，

设备流程简单

1．气浮工艺

▲全溶气法：图13－15，电耗高，但气浮池容积小。

▲部分溶气法：图13－16，省电，溶气罐小。但若溶解空气多，需加大溶气罐压力

▲回流加压溶气法：图13－17，适用于SS高的原水，但气浮池容积大。

2．加压溶气气浮工艺的主要设备

工艺组成：

压力溶气系统、空气释放系统、气浮池

1)压力溶气系统：

包括加压水泵、压力溶气罐、空气供给设备及其他附属设备

加压水泵：提升污水，将水、气以一定压力送至压力溶气罐。

加压泵压力应适当，过高：溶解到水中的空气增加，经减压后释放的空气多，会促进微气泡的聚集，不利气浮；太低：增加溶气水量，气浮池容积增加。

压力溶气罐：使水与空气充分接触，促进空气溶解。形式多样，一般采用填充式。

空气在水中的溶解度遵循亨利定律：

V＝K_T P （L-气/m³-水, 或g-气/ m³-水）

P：空气所受的绝对压力, 以mmHg计。

K_T：溶解常数，与温度有关

实际气浮操作中，空气量应适当，气水比：1－5％，气固比（重量比）：0.5－1％。

溶气方式：水泵吸气式，图13－18，简单，但空气量不能太大

水泵压水管射流，图13－19，射流器能量损失大

水泵－空压机（常用），图13－22，能耗少，但噪音大

2〕释放设备：将空气以极细小（20－100m）的气泡释放。

3）气浮池

平流式，竖流式――图13－27和图13－28。

HRT…10－20分

组合式：见图13-29～图13-31。

重要参数：气固比a

采用质量比时，

A＝Cs (f P-1) R /1000

S=QSa

Cs：一定温度下，一个大气压时的空气溶解度，mg/L。

P：溶气绝对压力，绝对压力

f：溶气效率，与溶气罐结构、压力和时间有关，0.5～0.8

R：加压溶气水量，m³/d

Sa：废水中的悬浮颗粒浓度，kg/m³

Q：进行气浮处理的废水量，m³/d

a的选择影响气浮效果（出水水质, 浮渣浓度）, 应作试验确定。

无资料时，可选取0.005－0.06。

剩余污泥气浮浓缩时一般采用0.03－0.04

二、气浮法在水处理中的应用

废水：

含油废水（石油化工、机械加工、食品工业废水等）：悬浮油（>10m,隔油池）

乳化油（<10m,一般0.1-2m气浮）

溶解性

造纸厂白水回收纤维：时间短，SS去除率90％以上，COD去除率80％，浮渣浓度5％。

染色废水等

毛纺工业洗毛废水――羊毛脂及洗涤剂

浓缩污泥（效果比沉淀法高）

给水：

高含藻水源的净化：武汉东湖水厂，气浮替代沉淀，藻类去除率达80％以上。

低温、低浊水的净化：沈阳市自来水厂。

对受污染水体的净化：对水体产生曝气，减轻嗅味与色度。

优点：处理能力比沉淀池高，气浮污泥浓度高，可以同时去除多种污染物（表面活性剂、嗅味物质等）

缺点：耗电、维修

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马踏飞燕

第2楼2012/01/07

应助达人

谢谢资料的分享

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tangtang

第3楼2012/01/07

用于污水处理是个巧妙的方法。

0

马踏飞燕

第4楼2012/01/07

应助达人

比较新的理论，气浮。很陌生，看了看才明白了一点。

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马踏飞燕

第5楼2012/01/07

应助达人

原来是自然沉淀或上浮难于去除的悬浮物，比较有创意。

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马踏飞燕

第6楼2012/01/07

应助达人

SS去除率90％以上，COD去除率80％，浮渣浓度5％，这样的效率还是很高的，不过貌似实用性不是很大啊。

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马踏飞燕

第7楼2012/01/07

应助达人

自然沉淀或上浮难于去除的悬浮物，以及比重接近1的固体颗粒的去除法，通过通入空气→产生微细气泡→SS附着在气泡上→上浮的过程除去方法，看来污水处理厂不容易。
都有技术攻关啊。

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小虾米

第8楼2012/01/08

SS去除率90％以上？

实际应用不知道怎么样？

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