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第四章 气 浮 (Flotation)

第四章 气 浮 (Flotation). 第 1 节 理论基础. 气浮 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 给水处理 中除藻等 废水处理 中去除纤维、悬浮物、油类、脂肪等. 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 三相介质，每两相之间都存在界面张力。. 气.  气粒.  水气. 粒. .  水粒.

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第四章 气 浮 (Flotation)

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  1. 第四章 气 浮 (Flotation)

  2. 第1节 理论基础 • 气浮是一种固－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 • 给水处理中除藻等 • 废水处理中去除纤维、悬浮物、油类、脂肪等

  3. 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。

  4. 气浮的情况涉及：气、水、固三相介质，每两相之间都存在界面张力。气浮的情况涉及：气、水、固三相介质，每两相之间都存在界面张力。 气 气粒 水气 粒  水粒 三相间的吸附界面构成的交界线称为润湿周边。 ：润湿接触角 >90, 疏水性,易于气浮 <90,亲水性

  5. 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

  6. 气粒 水气  水粒 界面能的减少△Ｗ=σ水气+σ水粒－σ气粒 三个力之间的关系： σ水粒=σ气粒+σ水气COS(180-θ) △Ｗ=σ水气(1-COSθ) 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。

  7. θ0, COSθ1, △Ｗ= 0 不能气浮 • θ<90, COSθ<1, △Ｗ<σ水气 颗粒附着不牢 • --亲水性 θ>90, △Ｗ>σ水气 易气浮―疏水性 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 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

  8. 例如： • 石油废水中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。

  9. 气-颗粒吸附 气泡顶托 气泡裹夹 气泡与颗粒的粘附形式

  10. 对于亲水性颗粒的气浮，表面需改性为疏水性 • → 投加浮选剂（松香油、煤油、脂肪酸）

  11. 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100左右为好。 • 空气从水中析出过程分两个步骤： • 气泡核的形成 • 气泡的增长

  12. 洁净水中： • 气泡常不能达到气浮要求的极细分散度。 • 洁净水表面张力大，气泡有自动降低表面自由能的倾向，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 。

  13. 气 加入起泡剂（一种表面活性物质），保护气泡的稳定性。 • 有机物含量不多的废水气浮时，气泡的稳定性可能成为重要的影响因素。 • 适当表面活性剂是必要的。

  14. 表面张力σ水气降低 • 污染粒子严重乳化，表面电位增高。 此时，尽管气泡稳定，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 但表面活性物质过多

  15. COO-H O-H 油 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。 • 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 →极性端电离后带电→双电层现象 →稳定体系（阻碍细小油珠之间，油珠和气泡之间的粘附）

  16. 亲水性固体粉末（固体乳化剂）存在：如粉砂、粘土等亲水性固体粉末（固体乳化剂）存在：如粉砂、粘土等 一小部分与油接触，大部分为水润湿。

  17. 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→降低电位 混凝剂： 硫酸铝、聚合氯化铝、三氯化铁等

  18. 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。

  19. 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。

  20. 2. 散气气浮法： • 扩散板曝气气浮 • 叶轮气浮法 简单易行，但容易堵塞，气浮效果不高。

  21. 叶轮气浮法 适用于处理水量不大，污染物浓度高的废水。

  22. 3.溶气气浮法 • 溶气真空气浮 • 加压溶气气浮

  23. 二、加压溶气气浮 工艺组成： 空气释放系统、气浮池、压力溶气系统

  24. 全溶气方式加压溶气气浮法流程 • 气浮工艺 • 全溶气法：电耗高，但气浮池容积小。

  25. 部分溶气方式加压溶气气浮法流程 • 部分溶气法：省电，溶气罐小。但若溶解空气多，需加大溶气罐压力。

  26. 回流加压溶气气浮法流程 • 回流加压溶气法：适用于SS高的原水，但气浮池容积大。

  27. 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

  28. 2. 加压溶气气浮工艺的主要设备 工艺组成： 空气释放系统、气浮池、压力溶气系统

  29. 压力溶气系统： • 加压水泵 • 压力溶气罐 • 空气供给设备 • 其他附属设备

  30. 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。

  31. 压力溶气罐：使水与空气充分接触，促进空气溶解。形式多样。压力溶气罐：使水与空气充分接触，促进空气溶解。形式多样。

  32. 空气在水中的溶解度遵循亨利定律： • V＝KT P（L-气/m3-水, 或g-气/ m3-水） • P：空气所受的绝对压力，以mmHg计 • KT：溶解常数，与温度有关

  33. 空气在水中的溶解量与加压时间的关系

  34. 一般水中空气含量约为饱和含量的50－80％。 • 实际气浮操作时，空气量应适当 • 气水比：1－5％ • 气固比（重量比）：0.5－1％ • 空气量与压力有关，所以应选择适当的压力。

  35. 溶气方式：a. 水泵吸气式

  36. b. 水泵压水管射流

  37. c. 水泵－空压机（常用）

  38. 2) 空气释放设备：将空气以极细小（20－100）的气泡释放。

  39. 平流式加压溶气气浮工艺流程 1：混合器；2：反应室；3：入流室；4：分离室； 5：泵；6：射流器；7：气体流量计；8：溶气罐； 9：释放器；10：浮渣槽；11：刮渣机 3) 气浮池 平流式和竖流式（HRT：10－20分）

  40. 竖流式气浮池

  41. 组合方式：

  42. 重要工艺参数：气固比a

  43. 采用质量比时 • A＝Cs (f P-1) R /1000 • S=QSa • Cs：一定温度一个大气压时空气溶解度，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

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