第十章 污水物理處理 6節(jié)

第六節(jié)氣浮池

水和廢水的浮上法處理是將空氣以微小氣泡形式通入水中，使微小氣泡與在水中懸浮的顆粒粘附，形成水-氣-顆粒三相混合體系，顆粒粘附上氣泡后，密度小于水即上浮水面，從水中分離出去，形成浮渣層。由此可知，浮上法處理工藝必須滿足下述基本條件：必須向水中提供足夠量的細微氣泡；必須使污水中的污染物質(zhì)能形成懸浮狀態(tài)；必須使氣泡與懸浮的物質(zhì)產(chǎn)生粘附作用。污水處理技術中，浮上法固-液或液-液分離技術應用的幾方面：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，特別是用于易于產(chǎn)生活性污泥膨脹的情況剩于活性污泥的濃縮按生產(chǎn)細微氣泡的方法分微氣泡曝氣浮上法剪切氣泡浮上法加壓溶氣浮上法真空浮上法電解浮上法分散空氣浮上法溶解空氣浮上法浮上法的類型

電解廢水可同時產(chǎn)生三種作用：電解氧化還原電解混凝電氣浮電解浮上法

電解浮上法是將正負極相間的多組電極浸泡在廢水中，當通以直流電時，廢水電解，正負兩級間產(chǎn)生的氫和氧的細小氣泡粘附于懸浮物上，將其帶至水面而達到分離的目的。電解浮上法產(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。

電解浮上法主要用于工業(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垢問題，難用于大型生產(chǎn)。電解浮上法

電解浮上法

微氣泡曝氣浮上法剪切氣泡浮上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。分散空氣浮上法用于礦物浮選，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。分散空氣浮上法

微氣泡曝氣浮上法剪切氣泡浮上法從溶解空氣和析出條件來看加壓溶氣浮上法：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、水泵等設備真空浮上法：空氣在常壓下溶解，真空條件下釋放。優(yōu)點：無壓力設備缺點：溶解度低、氣泡釋放有限，需要真空設備，運行維護困難。溶解空氣浮上法

真空浮上法加壓溶氣氣浮加壓溶氣浮上法的基本原理空氣在水中的溶解度與壓力的關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重量:g(氣)/m3(水)單位體積水溶液中溶入的空氣體積:mL(氣)/L(水)空氣在純水中的飽和溶解度

空氣在水中的溶解度與溫度、壓力有關。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。

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。

氣泡核的形成過程是起著決定性作用，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。從溶氣氣浮上的要求來看，應當在這個過程中形成數(shù)目眾多的氣泡核，因為同樣的溶解空氣，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，就越有利于浮上工藝的要求。

液體表面分子所受的分子引力與液體內(nèi)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，這不平衡的力有把表面分子拉向液體內(nèi)部、縮小液體表面積的趨勢，這種力稱為流體的表面張力。要使表面分子不被拉向液體內(nèi)部，就需要克服液體內(nèi)部分子的吸引力而作功，可見液體表層分子具有更多的能量，這種能量稱表面能。在氣浮過程中，存在著液、氣、顆粒三相介質(zhì)，在各個不同介質(zhì)的表面也都因受力不平衡而產(chǎn)生表面張力（稱界面張力），即具有表面能（稱界面能）。氣泡與懸浮顆粒粘附的條件

界面能E與界面張力的關系如下：式中：σ-界面張力系數(shù)；S-界面面積。氣泡未與懸浮顆粒粘附之前，顆粒與氣泡的單位面積上的界面能分別為σ水-?！?和σ水-氣×1，這時單位面積上的界面能之和E1為：

當氣泡與懸浮顆粒粘附后，界面能縮小，粘附面的單位面積上的界面能E2及其縮小值ΔE分別為：這部分能量差即為擠開氣泡和顆粒之間的水膜所作的功，此值越大，氣泡與顆粒粘附得越牢固。水中的懸浮顆粒是否能與氣泡粘附，與水、氣、顆粒間的界面能有關。當三者相對穩(wěn)定時，三相界面張力的關系如圖10-51所示，其關系式為：式中：θ-接觸角（也稱濕潤角）上式帶入式（10-58）得：

上式表明，并不是水中所有的污染物質(zhì)都能與氣泡粘附，是否能粘附與該類物質(zhì)的接觸角有關。當θ→0時，cosθ→1，ΔE→0，這類物質(zhì)親水性強（稱親水性物質(zhì)），無力排開水膜，不易與氣泡粘附，不能用氣浮法去除。當θ→180°時，cosθ→-1，ΔE→2σ水-氣，這類物質(zhì)憎水性強（稱憎水性物質(zhì)），易與氣泡粘附，宜用氣浮法去除。微細氣泡與懸浮顆粒的粘附形式有氣顆粒吸附、氣泡頂托以及氣泡裹夾等三種形式，見圖10-52所示。氣泡與懸浮顆粒的粘附形式氣粒吸附氣泡頂托氣泡裹夾“顆粒-氣泡”復合體的上浮速度，當流態(tài)為層流時，即Re<1時，則“顆粒-氣泡”復合體的上升速度可按斯托克斯公式計算：式中：d-為“顆粒-氣泡”復合體的直徑；

ρS-為“顆粒-氣泡”復合體的表觀密度。上述公式表明，“顆粒-氣泡”復合體的上浮速度v上取決于水與復合體的密度差與復合體的有效直徑。如果“顆粒-氣泡”復合體上粘附的氣泡越多，則ρS越小，d越大，因而上浮速度亦越快?！邦w粒-氣泡”復合體的上浮速度化學藥劑的投加對氣浮效果的影響一般的疏水性或親水性的物質(zhì)，均需投加化學藥劑，以改變顆粒的表面性質(zhì)，增加氣泡與顆粒的吸附。這些化學藥劑分為下述幾類：混凝劑浮選劑助凝劑抑制劑調(diào)節(jié)劑

各種無機或有機高分子混凝劑，它不僅可以改變污水中的懸浮顆粒的親水性能，而且還能使污水中的細小顆粒絮凝成較大的絮狀體以吸附、截留氣泡，加速顆粒上浮。

浮選劑大多數(shù)由極性-非極性分子組成。當浮選劑的極性基被吸附在親水性懸浮顆粒的表面后，非極性基則朝向水中，這樣就可以使親水性物質(zhì)轉(zhuǎn)化為疏水性物質(zhì)，從而能使其與微細氣泡相粘附。圖10-53表示親水性懸浮顆粒在加入極性-非極性物質(zhì)后轉(zhuǎn)化為疏水性與微小氣泡粘附的情形。浮選劑的種類有松香油、石油、表面活性劑、硬脂酸鹽等?；瘜W藥劑的投加對氣浮效果的影響一般的疏水性或親水性的物質(zhì)，均需投加化學藥劑，以改變顆粒的表面性質(zhì)，增加氣泡與顆粒的吸附。這些化學藥劑分為下述幾類：混凝劑浮選劑助凝劑抑制劑調(diào)節(jié)劑化學藥劑的投加對氣浮效果的影響一般的疏水性或親水性的物質(zhì)，均需投加化學藥劑，以改變顆粒的表面性質(zhì)，增加氣泡與顆粒的吸附。這些化學藥劑分為下述幾類：混凝劑浮選劑助凝劑抑制劑調(diào)節(jié)劑

作用是提高懸浮顆粒表面的水密性，以提高顆粒的可浮性，如聚丙烯酰胺?；瘜W藥劑的投加對氣浮效果的影響一般的疏水性或親水性的物質(zhì)，均需投加化學藥劑，以改變顆粒的表面性質(zhì)，增加氣泡與顆粒的吸附。這些化學藥劑分為下述幾類：`混凝劑浮選劑助凝劑抑制劑調(diào)節(jié)劑

作用是暫時或永久性地抑制某些物質(zhì)的浮上性能，而又不妨礙需要去除的懸浮顆粒的上浮，如石灰、硫化鈉等。化學藥劑的投加對氣浮效果的影響一般的疏水性或親水性的物質(zhì)，均需投加化學藥劑，以改變顆粒的表面性質(zhì)，增加氣泡與顆粒的吸附。這些化學藥劑分為下述幾類：混凝劑浮選劑助凝劑抑制劑調(diào)節(jié)劑

主要是調(diào)節(jié)污水的pH值，改進和提高氣泡在水中的分散度以及提高懸浮顆粒與氣泡的粘附能力，如各種酸、堿等。壓力溶氣浮上法壓力溶氣工藝溶氣方式部分溶氣加壓水泵-空壓機全溶氣加壓水泵-水射器部分回流加壓加壓溶氣的兩種方式存在問題：填料長膜；壓縮氣含油；調(diào)節(jié)不便；時而需放氣。存在問題：設備較復雜；造價偏高。全溶氣加壓氣浮法部分溶氣加壓氣浮法部分回流加壓溶氣氣浮法壓力溶氣浮上法系統(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備溶氣水管路空氣供給設備壓力溶氣系統(tǒng)壓力溶氣罐附屬設備加壓水泵空氣供給設備

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)壓力溶氣罐附屬設備加壓水泵空氣供給設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，如圖10-54所示，其中以罐內(nèi)填充填料的溶氣罐效率最高。圖10-43壓力溶氣系統(tǒng)壓力溶氣罐附屬設備加壓水泵

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空氣供給設備壓力溶氣系統(tǒng)加壓水泵壓力溶氣罐空氣供給設備附屬設備水泵壓水管裝射流器挾氣式空壓機供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?？諌簷C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)點是不需另設空壓機，沒有空壓機帶來的油污染和噪聲。水泵吸氣式圖10-44圖10-45圖10-46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?？諝忉尫畔到y(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，其反應池與氣浮池合建。廢水進入反應池完全混合后，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。氣浮池的有效水深通常為2.0~2.5m，一般以單格寬度不超過10m，長度不超過15m為宜。廢水在反應池中的停留時間與混凝劑種類、投加量、反應形式等因素有關，一般為5~15min。為避免打碎絮體，廢水經(jīng)擋板底部進入氣浮接觸室時的流速應小于0.1m/s。廢水在接觸室中的上升流速一般為10~20mm/s，停留時間應大于60s。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圖10-47圖10-48氣浮池：

1.當有試驗資料時，可用下述公式計算：式中：Q-氣浮池設計水量，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）。

2.當無試驗資料時，可根據(jù)氣固比（A/S）進行估算，計算式如下：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；空氣的密度；cs-某一溫度下的空氣溶解度；f-壓力為p時，水中的空氣溶解效率，0.5~0.9（表10-7）；p

-表壓，kPa；QR-加壓水回流量，m3/h；Q

-設計水量，m3/h；Sa-入流廢水的懸浮固體濃度，mg/L。壓力溶氣浮上法的設計計算——氣浮所需空氣量

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)。

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。壓力溶氣浮上法的設計計算——溶氣罐壓力溶氣浮上法的設計計算——氣浮池接觸池的表面積Ac選定接觸室中水流的上升流速uc后，按下式計算：接觸室的容積一般應按停留時間大于60s進行復核。分離室的表面積As選定分離速度（分離室的向下平均水流速度）us后按下式計算：對矩形池子分離室的長寬比一般取1:1~2:1。氣浮池的凈容積V選定池的平均水深H（指分離室深），按下式計算：同時以池內(nèi)停留時間（t）進行校核，一般要求t為10~20min。水量調(diào)節(jié)水質(zhì)調(diào)節(jié)水量水質(zhì)調(diào)節(jié)第七節(jié)水質(zhì)和水量調(diào)節(jié)(補充)

水量調(diào)節(jié)

水量調(diào)節(jié)池是一座變水位的貯水池，來水重力流，出水用泵抽，貯存盈余，補充短缺。水量調(diào)節(jié)池對角線出水調(diào)節(jié)池折流調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)池類型廢水流量變化曲線生產(chǎn)周期T內(nèi)廢水總量WT（m3）