氣浮的基本原理

（優(yōu)選）氣浮的基本原理當(dāng)前第1頁\共有31頁\編于星期二\9點8.1氣浮的基本原理1、基本概念利用高度分散的微小氣袍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)固液或液液分離的過程稱為氣浮。懸浮顆粒與氣泡粘附的原理：水中懸浮固體顆粒能否與氣泡粘附主要取決于顆粒表面的性質(zhì)。顆粒表面易被水濕潤，該顆粒屬親水性；如不易被水濕潤，屬疏水性。親水性與疏水性可用氣、液、固三相接觸時形成的接觸角大小來解釋。在氣、液、固三相接觸時，固、液界面張力線和氣液張力線之間的夾角稱為濕潤接觸角以θ表示。為了便于討論，氣、液、固體顆粒三相分別用1，2，3表示。當(dāng)前第2頁\共有31頁\編于星期二\9點如圖所示。如θ<90?為親水性顆粒，不易與氣泡粘附，θ>90??為疏水性顆粒，易于與氣泡粘附。在氣、液、固相接觸時，三個界面張力總是平衡的。以σ表示界面張力，有：σ1.3=σ1.2cos(180?－θ)+σ2.3(2-11-17)式中：σ1.3——水、固界面張力；σ1.2——液、氣界面張力；σ2.3——氣、固界面張力；θ——接觸角。水中氣泡與顆粒粘附之前單位界面面積上的界面能為W1=σ1.3十σ1.2，而粘附后則減為W2=σ2.3界面能減少的數(shù)值為：?W＝W1—W2＝σ1.3十σ1.2一σ2.3

（2—11—18)將式(2—11—17)代入式(2—11—18)得；?W＝σ1.2(1-cosθ)親水性和疏水性物質(zhì)的接觸，當(dāng)θ→0?，即顆粒完全被水濕潤cosθ→l，?W→0，顆粒不與氣泡粘附，就不宜用氣浮法處理。當(dāng)θ→180?，顆粒完全不被水濕潤，cosθ→-1，?W→2σ1.2，顆粒易于與氣泡粘附，宜于氣浮法處理。此外如σ1.2很小，?W亦小，也不利于氣泡與顆粒的粘附。當(dāng)前第3頁\共有31頁\編于星期二\9點親水性和疏水性物質(zhì)的接觸當(dāng)前第4頁\共有31頁\編于星期二\9點2．投加化學(xué)藥劑對氣浮效果的促進(jìn)作用(1)投加表面活性劑維持泡沫的穩(wěn)定性(2)利用混凝劑脫穩(wěn)以油的顆粒為例，表面活性物質(zhì)的非極性端吸附于油粒上，極性端則伸向水中，極性端在水中電離，使油粒被包圍了一層負(fù)電荷，產(chǎn)生了雙電層現(xiàn)象，增大了ζ-電位，不僅阻礙油粒兼并，也影響抽粒與氣泡粘附。(3)投加浮選劑改變顆粒表面性質(zhì)當(dāng)前第5頁\共有31頁\編于星期二\9點8.2氣浮的分類與特點根據(jù)氣泡產(chǎn)生的方式氣浮法分為：電解氣浮法；散氣氣浮法：擴(kuò)散板曝氣氣浮、葉輪氣浮。溶氣氣浮法：溶氣真空氣浮加壓溶氣氣浮：全溶氣流程、部分溶氣流程、回流加壓溶氣流程。當(dāng)前第6頁\共有31頁\編于星期二\9點電解氣浮法8．2．1．1工作原理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)生氫氣和氧的微細(xì)氣泡，將廢水中的污染物顆?；蛳冉?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)。

在直流電作用下，正負(fù)兩極產(chǎn)生的氫和氧的微氣泡，將廢水中呈顆粒狀的污染物帶至水面以進(jìn)行固液分離。

當(dāng)前第7頁\共有31頁\編于星期二\9點8.2.1.2.電解氣浮法的氣浮裝置1、豎流式電解氣浮池（圖8—4）當(dāng)前第8頁\共有31頁\編于星期二\9點2、平流式電解氣浮池（圖8—5）平流式電解氣浮裝置的工藝設(shè)計①電流板塊數(shù)式中：B——電解池的寬度，mml——極板面與池壁的凈距，取100mme——極板凈距，mm；e=15~20mmφ——極板厚度，mm；δ=6~10mm當(dāng)前第9頁\共有31頁\編于星期二\9點

當(dāng)前第10頁\共有31頁\編于星期二\9點②電極作用表面積（8—7）式中：Q——廢水設(shè)計流量，m3/h。E——比流量，A·h/m3

i——電極電流密度，A/m3③極板面積（8—8）④極板高度b=h1（氣浮分離室澄清層高度）極板長度L=A/b（m）⑤電極室長度L2=L+2l（m）（8—9）當(dāng)前第11頁\共有31頁\編于星期二\9點⑥電極室總高度H=h1+h2+h3（8—10）式中：h1——澄清層高度m，取1.0~1.5mh2——浮渣層高度m，取0.4~0.5mh3——保護(hù)高度m，取0.3~0.5m⑦電極室容積V1=BHL2（m3）⑧分離室容積V2=Qt，t——氣浮分離時間，試驗定，一般為0.3~0.75h⑨電解氣浮池容積V=V1+V2（m3）當(dāng)前第12頁\共有31頁\編于星期二\9點8.2.2散氣氣浮法微孔曝氣氣浮法（圖8—6）當(dāng)前第13頁\共有31頁\編于星期二\9點剪切氣泡氣浮法（1）葉輪氣浮設(shè)備構(gòu)造（圖8—7、8）

當(dāng)前第14頁\共有31頁\編于星期二\9點

當(dāng)前第15頁\共有31頁\編于星期二\9點2）葉輪氣浮池的設(shè)計總?cè)莘eW=αQt（m3）式中：Q——處理廢水量，m3/mint——氣浮時間，為16~20minα——系數(shù)一般1.1~1.4總面積式中：h——氣浮池工作水深1.5~2m，而<3m式中：H——氣浮池中的靜水壓力ρ——氣水混合體的容重，0.67kg/L式中：φ——壓力系數(shù)，等于0.2~0.3U——葉輪的圓周線速度10~15m/s當(dāng)前第16頁\共有31頁\編于星期二\9點每座氣浮池的表面積f（m2）采用正方形，邊長L=6D（D——葉輪直徑200~400mm）所以：f=36D2氣浮池數(shù)目一個葉輪能吸入的水氣混合體量q為：式中：α——曝氣系數(shù)，試驗確定，可取0.35葉輪轉(zhuǎn)速葉輪所需功率式中：η約等于0.2~0.3當(dāng)前第17頁\共有31頁\編于星期二\9點8.2.3溶氣氣浮法根據(jù)氣泡析出時所處壓力不同，溶氣氣浮法分為：溶氣真空氣浮：空氣在常壓或加壓下溶入水中，在負(fù)壓下析出。加壓溶氣氣?。嚎諝庠诩訅合氯苋胨?，在常壓下析出。1、溶氣真空氣浮廢氣在常壓下被曝氣，使其充分溶氣，然后在真空條件下，使廢水中溶氣析出，形成細(xì)微氣泡，粘附顆粒雜質(zhì)上浮于水面形成泡沫浮渣而除去。此法優(yōu)點是：氣泡形成、氣泡粘附于微粒以及絮凝體的上浮都處于穩(wěn)定環(huán)境，絮體很少被破壞。氣浮過程能耗小。其缺點是：容氣量小，布、不適于處理含懸浮物濃度高的廢水；氣浮在負(fù)壓下運(yùn)行，刮渣機(jī)等設(shè)備都要在密封氣浮池內(nèi)，所以氣浮池的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)運(yùn)行困難，故此法應(yīng)用較少當(dāng)前第18頁\共有31頁\編于星期二\9點2、加壓溶氣氣?。?）工作原理在加壓條件下，使空氣溶于水，形成空氣過飽和狀態(tài)。然后減至常壓，使空氣析出，以微小氣泡釋放于水中，實現(xiàn)氣浮，此法形成氣泡小，約20～100μm，處理效果好，應(yīng)用廣泛。（2）加壓溶氣氣浮工藝流程加壓溶氣氣浮可分為：全溶氣流程、部分溶氣流程、回流加壓溶氣流程。全溶氣流程（圖8—9）當(dāng)前第19頁\共有31頁\編于星期二\9點部分溶氣流程（圖8—10）當(dāng)前第20頁\共有31頁\編于星期二\9點回流加壓溶氣流程（圖8—11）當(dāng)前第21頁\共有31頁\編于星期二\9點3、加壓溶氣氣浮系統(tǒng)的設(shè)計（1）溶氣方式水泵吸入管溶氣方式：水泵吸水管吸氣、水泵壓力管上的支管射流器吸氣吸氣量<水泵流量的（7~8）%（體積比）當(dāng)前第22頁\共有31頁\編于星期二\9點水泵壓水管射流溶氣方式：（圖8—13）一般形式內(nèi)循環(huán)式射流加壓溶氣（圖8—14）當(dāng)前第23頁\共有31頁\編于星期二\9點（3）空氣飽和設(shè)備：作用：在一定壓力下將空氣溶解于水中而提供溶氣水的設(shè)備加壓泵：溶入空氣量V=KTP（L/m3水）式中：P——空氣所受的絕對壓力（Pa）KT——溶解常數(shù)，見表13—4設(shè)計空氣量V’=1.25V（L/m3水）空氣在水中的溶解量與加壓時間關(guān)系溶氣罐填充式溶氣罐（圖8—15）當(dāng)前第24頁\共有31頁\編于星期二\9點（3）溶氣水的減壓釋放設(shè)備：要求微氣泡的直徑20~100um●減壓閥（截止閥）每個閥門流量不同，氣泡合并現(xiàn)象，閥芯、閥桿、螺栓易松動?！駥Ｓ冕尫牌鳎▓D8—16）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(xì)20~40um當(dāng)前第25頁\共有31頁\編于星期二\9點（4）氣浮池●平流式氣浮池（圖8—17）當(dāng)前第26頁\共有31頁\編于星期二\9點●豎流式氣浮池（圖8—18）當(dāng)前第27頁\共有31頁\編于星期二\9點●反應(yīng)——氣浮池（圖8—19）●反應(yīng)——氣浮——沉淀池（圖8—20）當(dāng)前第28頁\共有31頁\編于星期二\9點●反應(yīng)——氣浮——過濾池（圖8—21）當(dāng)前第29頁\共有31頁\編于星期二\9點（5）平流式矩形氣浮池的設(shè)計設(shè)計參數(shù)：●H有效=2.0~2.5m；q=5~10m3/m2·h；t停留=10~20min；L/B=1：（1~1.5）●U上升（接觸區(qū)下端）=20mm/s；U上升（接觸區(qū)上端）=5~10mm/s；t停留≥2min；隔板角度600，隔板直段高度300~500mm●分離區(qū)U下=1~3mm/s（含溶氣水回流量）式中：rCs相當(dāng)于（8—15）式中的Sa[空氣在水中的溶解度（L/L）與空氣容重（mg/L）的乘積]r——空氣容重，（mg/L）Cs——空氣在水中的溶解度（mL/L，L/L）P——溶氣壓力，絕對壓力；RQ——壓力水回流量或加壓溶氣水量，m3/df——回流加壓水空氣飽合度，一般為（50~80）%當(dāng)前第30頁\共有31頁\編于星期二\9點S=QSa（kg/d）（8—17）式中：Sa—