1、气浮原理及设备气浮是一个技术气浮是一个技术集成度较高的单集成度较高的单元元1 气浮工艺条件及应用范围条件：条件：o 向水中提供足够量的细微气泡向水中提供足够量的细微气泡o 污水中的污染物质能行成悬浮状态污水中的污染物质能行成悬浮状态o 气泡与悬浮物质产生黏附作用气泡与悬浮物质产生黏附作用范围：范围：o 分离地面水中的细小悬浮物、藻类及微絮体分离地面水中的细小悬浮物、藻类及微絮体o 回收工业中的有用物质（纸浆、填料等）回收工业中的有用物质（纸浆、填料等）o 替代二沉池，分离和浓缩剩余活性污泥替代二沉池，分离和浓缩剩余活性污泥o 分离含有废水中的乳化油、悬浮油分离含有废水中的乳化油、悬浮油o 回收
2、分子或离子形态的目的物（表面活性剂、金属离子）回收分子或离子形态的目的物（表面活性剂、金属离子）2亲水性：亲水性：如果颗粒易被水润湿，则称该颗粒为亲如果颗粒易被水润湿，则称该颗粒为亲水性的。水性的。疏水性：疏水性：如颗粒不易被水润湿，则是疏水性的。如颗粒不易被水润湿，则是疏水性的。接触角：接触角：在静止状态下，当气、液、固三相接触在静止状态下，当气、液、固三相接触时，气液界面张力线和固液界面张力线之间的夹时，气液界面张力线和固液界面张力线之间的夹角角(包含液相的包含液相的)称为平衡接触角，用称为平衡接触角，用 表示。表示。基本概念基本概念3一、气浮原理一、气浮原理o 1 1、界面张力和润湿接触
3、角、界面张力和润湿接触角o 2 2、颗粒与气泡的附着条件、颗粒与气泡的附着条件o 3 3、气泡的稳定性、气泡的稳定性o 4 4、乳化现象与脱乳、乳化现象与脱乳4n实现气浮分离的过程的必要条件是使污染物能够粘附在实现气浮分离的过程的必要条件是使污染物能够粘附在气泡上。显然，这是一个涉及气、液、固三相介质的问题。气泡上。显然，这是一个涉及气、液、固三相介质的问题。1 1、界面张力和润湿接触角、界面张力和润湿接触角51 1、界面张力和润湿接触角、界面张力和润湿接触角61 1、界面张力和润湿接触角、界面张力和润湿接触角7o 结论：结论：接触角接触角90疏水物质，易于气浮；疏水物质，易于气浮；90亲水物
4、质亲水物质1 1、界面张力和润湿接触角、界面张力和润湿接触角由粒子的三相接触角（由粒子的三相接触角（）来衡量）来衡量90 90 90 o o，称为疏水性物质。，称为疏水性物质。愈大，疏水性愈强。愈大，疏水性愈强。由三相体系表面张力的平衡原理来看由三相体系表面张力的平衡原理来看 当当=0=0时，固体表面完全被润湿；时，固体表面完全被润湿；=180=180，则固体表面完全，则固体表面完全被气体覆盖；被气体覆盖；990 0o o，颗粒物质附着气体不牢。，颗粒物质附着气体不牢。8LGLGGSGSLSLS被水湿润的面积被水湿润的面积水气泡颗粒颗粒液气表面张力不同悬浮颗粒与水的润湿情况不同悬浮颗粒与水的润
5、湿情况愈大，疏水性愈强。粒子与水的接触面积愈小。92 2、颗粒与气泡的附着条件、颗粒与气泡的附着条件 界面能界面能W=SW=S（S-S-界面面积）界面面积）(在恒温恒压下使体系增在恒温恒压下使体系增加单位表面积，外界必须对体系做功，增加单位表面积的加单位表面积，外界必须对体系做功，增加单位表面积的最小功就等于最小功就等于，能量变化考虑，能量变化考虑)颗粒附着气泡前：颗粒附着气泡前：W1=LG+LSW1=LG+LS（假设（假设S=1cm2)S=1cm2)附着后单位附着面积上的界面能：附着后单位附着面积上的界面能：W2=GS W2=GS 界面能变化界面能变化W=W1-W2=LG+LS-GS W=W
6、1-W2=LG+LS-GS 据热力学定律，据热力学定律，气泡和颗粒的附着过程，是向该体系气泡和颗粒的附着过程，是向该体系界面能减小的方向自发地进行，附着后的界面能减小的方向自发地进行，附着后的总界面能小于附总界面能小于附着前着前10颗粒处于平衡时，水、气、固三相界面张力应是 LS LGcos(180-)-GS 代入上式，：得W=LG(1-COS）LGLSGS液体固体气泡GSLSLGW2 2、颗粒与气泡的附着条件、颗粒与气泡的附着条件11得出结论：得出结论：p当颗粒完全被水湿润时，当颗粒完全被水湿润时，0,COS 1,0,COS 1,W0,W0,颗颗粒与气泡不能粘附，不能用气浮处理；粒与气泡不能
7、粘附，不能用气浮处理；p 0 0909000W LGW LG气浮效果不够好；气浮效果不够好；p 9090180 LGW LG气浮效果较好，易气浮气浮效果较好，易气浮p 180180,W W2 LG2 LG，最易气浮。，最易气浮。2、颗粒与气泡的附着条件、颗粒与气泡的附着条件W=LG(1-COS）122、颗粒与气泡的附着条件、颗粒与气泡的附着条件132、颗粒与气泡的附着条件、颗粒与气泡的附着条件143、气泡的稳定性气泡的稳定性n 气泡的稳定性气泡的稳定性：洁净气泡本身具有自动降低表面自由能的倾向，即所谓气泡合并o 导致表面张力大的洁净水中的气泡粒常常不能达到气泡操作要求的极细分散度。o 表面活性
8、物质很少，则气泡壁表面由于缺少两亲分子吸附层的包裹，泡壁变簿，气泡浮升到水面以后，水分子很快蒸发，因而极易破灭，-在水面上得不到稳定的气浮泡沫层。o 解决的办法解决的办法：加入一定量的起泡剂；适量投加，加多了可能起泡好，但是气粒粘附不好，同样影响处理效果。15二、气浮法处理对象二、气浮法处理对象n石油、化工及机械制造业中的含油污水的油水分离石油、化工及机械制造业中的含油污水的油水分离;n工业废水处理工业废水处理;n污水中有用物质的回收污水中有用物质的回收;n取代二次沉淀池，特别是用于易产生活性污泥膨胀的情况取代二次沉淀池，特别是用于易产生活性污泥膨胀的情况;n剩余活性污泥的浓缩。剩余活性污泥的
9、浓缩。废水：废水：1 1、含油废水的处理，主要去除乳化油、含油废水的处理，主要去除乳化油 2 2、造纸白水回收纤维、造纸白水回收纤维 3 3、毛纺废水：含有羊毛脂，洗涤剂、毛纺废水：含有羊毛脂，洗涤剂 4 4、染色废水：、染色废水：5 5、污泥浓缩：比一般重力浓缩效果好、污泥浓缩：比一般重力浓缩效果好给水：除藻，与沉淀法比较：可同时去除多种污染物，污给水：除藻，与沉淀法比较：可同时去除多种污染物，污泥浓度高泥浓度高 缺点：耗电，维修复杂缺点：耗电，维修复杂16三、工艺类型三、工艺类型按生产细微气泡的方法分微气泡曝气浮上法 叶轮叶轮气浮法 加压溶气浮上法真空浮上法电解浮上法分散空气浮上法 溶解空
10、气浮上法 浮上法的类型17电解气浮法电解气浮法 电解浮上法产生的气泡小于其他方法产生的气泡，故特电解浮上法产生的气泡小于其他方法产生的气泡，故特别适用于脆弱絮状悬浮物。电解浮上法的表面负荷通常低于别适用于脆弱絮状悬浮物。电解浮上法的表面负荷通常低于4m3/(m2h)。电解浮上法主要用于工业废水处理方面，处理水量约在电解浮上法主要用于工业废水处理方面，处理水量约在1020m3/h。由于电耗高、操作运行管理复杂及电极结。由于电耗高、操作运行管理复杂及电极结垢等问题，较难适用于大型生产。垢等问题，较难适用于大型生产。有竖流式和平流式装置。有竖流式和平流式装置。电解气浮法是用不溶性阳极和阴极，通以直流
11、电，直接电解气浮法是用不溶性阳极和阴极，通以直流电，直接将废水电解。阳极和阴极产生氢气和氧的微细气泡，将废水将废水电解。阳极和阴极产生氢气和氧的微细气泡，将废水中的污染物颗粒或先经混凝处理所形成的絮凝体粘附而上浮中的污染物颗粒或先经混凝处理所形成的絮凝体粘附而上浮至水面，生成泡沫层，然后将泡沫刮除，实现分离去除污染至水面，生成泡沫层，然后将泡沫刮除，实现分离去除污染物质。物质。18 特点特点:产生的气泡尺寸较小产生的气泡尺寸较小;降低降低BOD、氧化、脱色和杀菌；、氧化、脱色和杀菌；对废水负荷变化有较强的适应性；对废水负荷变化有较强的适应性；生成污泥量少，占地少，不产生噪声；生成污泥量少，占地
12、少，不产生噪声；应用应用 钢铁废水中铁粉的去除；钢铁废水中铁粉的去除；含油废水中油的去除；含油废水中油的去除；电解气浮法电解气浮法19进水出水排泥558617234910 图 竖流式电解气浮池1-入流室；2-整流栅；3-电极组；4-出流孔；5-分离室；6-集水孔；7-出水管；8-排沉泥管；9-刮渣机；10-水位调节器竖流式电解气浮池电解气浮法的气浮装置电解气浮法的气浮装置201-入流室；2-整流栅；3-电极组；4-出口水位调节器；5-刮渣机；6-浮渣室；7-排渣阀；8-污泥排除口i8b12385674L2L2BLH1 双室平流式电解气浮池平流式电解气浮池平流式电解气浮池212223分散空气浮上
13、法用于矿物浮选，也用于含油脂、羊毛等污水的初级处理及含有大量表面活性剂的污水处理微气泡曝气气浮法叶轮气浮叶轮气浮法压缩空气引入到靠近池底处的微孔板，并被微孔板的微孔分散成细小气泡将空气引入到一个高速旋转混合器或叶轮机的附近，通过高速旋转混合器的高速剪切，将引入的空气切割成细小气泡分散空气气浮法分散空气气浮法 分散空气气浮法分散空气气浮法24分散空气气浮法分散空气气浮法压缩空气压缩空气微孔板微孔板分散成细小气泡分散成细小气泡25261-叶轮；2-固定盖板；3-转轴；4-轴套；5-轴承；6-进气管；7-进水槽；8-出水槽；9-泡沫槽；10-刮沫板；11-整流板叶轮气浮结构示意图叶轮气浮结构示意图分
14、散空气气浮法分散空气气浮法空气空气高速旋转的混合器高速旋转的混合器切割成细小气泡切割成细小气泡2728分散空气气浮法分散空气气浮法29从溶解空气和析出条件来看加压溶气浮上法：空气在加压条件下溶解，常压下使过饱和空气以微小气泡形式释放出来需要溶气罐、空压机或射流器、水泵等设备真空浮上法：空气在常压下溶解，真空条件下释放优点：无压力设备缺点：溶解度低，气泡释放有限，需要密闭设备维持真空，运行维护困难溶气气浮法 溶气气浮法溶气气浮法30加压溶气浮上法的基本原理空气在水中的溶解度与压力的关系空气在水中的溶解度的表示单位体积水溶液中溶入的空气质量:g(气)/m3(水)单位体积水溶液中溶入的空气体积:mL
15、(气)/L(水)加压溶气气浮溶气气浮法溶气气浮法31 空气从水中析出的过程分两个步骤，即气泡的形成过程与气泡的增长过程。气泡核的形成过程起决定性作用，有了相当数量的气泡核，就可以控制气泡数量的多少与气泡直径的大小。溶气气浮法要求在这个过程中形成数目众多的气泡核，溶解同样空气，如形成的气泡核的数量越多，则形成的气泡的直径也就越小，越有利于满足浮上工艺的要求。空气在水中的溶解度与温度、压力有关。p在一定范围内，温度越低、压力越大，其溶解度越大。p一定温度下，溶解度与压力成正比。溶气气浮法溶气气浮法32p加压溶气气浮加压溶气气浮在常压下析出在常压下析出应用最多应用最多p加压溶气气浮按溶气水不同有加压
16、溶气气浮按溶气水不同有全部进水溶气、部分进水全部进水溶气、部分进水溶气、部分处理水溶气溶气、部分处理水溶气三种基本流程。三种基本流程。p部分进水溶气和处理水溶气流程，用于加压溶气的水量部分进水溶气和处理水溶气流程，用于加压溶气的水量只占总水量的只占总水量的30%30%35%35%或或10%10%20%20%，溶气压力高、气泡小、，溶气压力高、气泡小、均匀、不破坏絮体均匀、不破坏絮体p关键设备：关键设备：溶气罐溶气罐，操作压力，操作压力0.3-0.5MPa0.3-0.5MPa，水泵吸水管，水泵吸水管进气、出水射流吸气或空压机供气。进气、出水射流吸气或空压机供气。释放器释放器，释放效果好，释放效果
17、好，不易堵塞不易堵塞溶气气浮法溶气气浮法33全部进水加压式压力溶气气浮工艺全部进水加压式压力溶气气浮工艺全溶气全溶气流程流程：将全部废水进行加压溶气，再经减压释放装置进入气浮池进行：将全部废水进行加压溶气，再经减压释放装置进入气浮池进行固液分离；固液分离；特点：电耗高、但气浮池容积小；特点：电耗高、但气浮池容积小；34部分溶气方式加压气浮法流程部分溶气方式加压气浮法流程 部分废水进行加压溶气，其余废水直接送入气浮池。该流程比全溶气。省电，另外因为部分废水经溶气罐，所以溶气罐的容积比较小。但因部分废水加压溶气所能提供的空气量较小，因此，若想提供同样的空气量，必须加大溶气罐的压力。35回流加压气浮
18、法流程回流加压气浮法流程 将部分出水进行回流加压，废水直接进入气浮池。该法使用于含悬浮物浓度高的废水的固液分离，但气浮池的容积较前两者大。36压力溶气浮上法系统的组成压力溶气系统气 浮 池 空气释放系统压力溶气罐溶气释放装置加压水泵附属设备溶气水管路空气供给设备加压溶气气浮工艺的主要设备加压溶气气浮工艺的主要设备37压力溶气系统压力溶气罐附属设备加压水泵空气供给设备 加压水泵的作用是提升污水，将水、气以一定压力送至压力溶气罐，其压力的选择应考虑溶气罐压力和管路系统的水力损失两部分。38压力溶气系统压力溶气罐附属设备加压水泵空气供给设备压力溶气罐的作用是使水与空气充分接触，促进空气的溶解。溶气罐
19、的形式有多种，如下图所示，其中以罐内填充填料的溶气罐效率最高。39图 填充式溶气罐进水出水 因装有填料可加剧紊动程因装有填料可加剧紊动程度，提高液相的分散程度，不度，提高液相的分散程度，不断更新液相与气相的界面，从断更新液相与气相的界面，从而提高了溶气效率。填料有各而提高了溶气效率。填料有各种形式，研究表明，阶梯环的种形式，研究表明，阶梯环的溶气效率最高，可达溶气效率最高，可达 90%以以上，拉西环次之，波纹片卷最上，拉西环次之，波纹片卷最低，这是由于填料的几何特征低，这是由于填料的几何特征不同造成的。不同造成的。压力溶气罐压力溶气罐40压力溶气系统压力溶气系统溶气罐溶气罐41压力溶气系统压力
20、溶气系统溶气罐溶气罐42 影响填料溶气罐效率的主要因素为：填料特性填料层高度罐内液位高布水方式温度 填料溶气罐的主要工艺参数为：过流密度：25005000 m3/(m2d)填料层高度：0.81.3m液位的控制高：0.61.0m（从罐底计）溶气罐承压能力：0.6MPa压力溶气系统压力溶气系统溶气罐溶气罐43压力溶气系统压力溶气系统溶气罐设计溶气罐设计44压力溶气系统压力溶气系统溶气罐设计溶气罐设计45压力溶气系统压力溶气系统溶气罐设计溶气罐设计46压力溶气系统加压水泵压力溶气罐空气供给设备附属设备水泵压水管装射流器挟气式溶气方式有三种水泵吸气式在经济和安全方面都不理想，已很少使用空压机供气是较早
21、使用的一种供气方式，使用较广泛，其优点是能耗相对较低压力管装射流器进行溶气的优点是不需另设空压机，没有空压机带来的油污染和噪声水 泵 吸 气 式空压机供气式47空气供给系统空气供给系统水泵吸气式在经济和安全方面都不理想，已很少使用水泵吸气式在经济和安全方面都不理想，已很少使用48空气供给系统空气供给系统 压力管装射流器进行溶气的优点是不需另设空压机，没压力管装射流器进行溶气的优点是不需另设空压机，没有空压机带来的油污染和噪声有空压机带来的油污染和噪声49空气供给系统空气供给系统 空压机供气是较早使用的一种供气方式，使用较广泛，空压机供气是较早使用的一种供气方式，使用较广泛，其优点是能耗相对较低
22、其优点是能耗相对较低50空气释放系统空气释放系统51 空气释放系统是由溶气释放装置和溶气水管路组空气释放系统是由溶气释放装置和溶气水管路组成。成。溶气释放装置的功能是将压力容器水减压，使溶气释放装置的功能是将压力容器水减压，使溶气水中的气体以微气泡的形式释放出来，并能迅溶气水中的气体以微气泡的形式释放出来，并能迅速、均匀地与水中的颗粒物质粘附。速、均匀地与水中的颗粒物质粘附。常用的溶气释放装置有减压阀、溶气释放喷嘴、常用的溶气释放装置有减压阀、溶气释放喷嘴、释放器等。释放器等。空气释放系统空气释放系统52空气释放系统空气释放系统53空气释放系统空气释放系统TS型溶气释放器 0.15Mpa，释放
23、溶气量的99%TJ 型溶气释放器 在0.2Mpa以上低压下工作，净水效果良好TV型溶气释放器 气泡微细2040um54空气释放系统空气释放系统55空气释放系统空气释放系统56空气释放系统空气释放系统57 气浮池的功能是提供一定的容积和池表面积，使微气泡与水中悬浮颗粒充分混合、接触、粘附，并使带气颗粒与水分离。目前最常用，其反应池与气浮池合建。废水进入反应池完全混合后，经挡板底部进入气浮接触室以延长絮体与气泡的接触时间，然后由接触室上部进入分离室进行固液分离。池面浮渣由刮渣机刮入集渣槽，清水由底部集水槽排出。平流式气浮池的优点是池深浅、造价低、构造简单、运行方便。缺点是分离部分的容积利用率不高等
24、。竖流式气浮池的基本工艺参数与平流式气浮池相同。其优点是接触室在池中央，水流向四周扩散，水力条件较好。缺点是与反应池较难衔接，容积利用率较低。有经验表明，当处理水量大于150 200m3/h、废水中的可沉物质较多时，宜采用竖流式气浮池。气浮池气浮池 竖流式气浮池平流式气浮池58气浮系统工作原理气浮系统工作原理1 2 bar压缩空气1 2 bar压缩空气59气浮池的构造及类型气浮池的构造及类型p气浮池的基本构造气浮池的基本构造60o 气浮池的刮渣装置气浮池的构造及类型气浮池的构造及类型61o 气浮池类型气浮池的构造及类型气浮池的构造及类型平流式气浮池平流式气浮池p最常用，其反应池与气浮池合建。废
25、水进入反应池完全混合后，经挡板底部进入气浮接触室以延长絮体与气泡的接触时间，然后由接触室上部进入分离室进行固液分离。池面浮渣由刮渣机刮入集渣槽，清水由底部集水槽排出。p平流式气浮池的优点是池深浅、造价低、构造简单、运行方便。p缺点是分离部分的容积利用率不高等。62气浮池的构造及类型气浮池的构造及类型o 气浮池类型气浮池类型p竖流式气浮池的基本工艺参数与平流式气浮池相同。p其优点是接触室在池中央，水流向四周扩散，水力条件较好。p缺点是与反应池较难衔接，容积利用率较低。p有经验表明，当处理水量大于150 200m3/h、废水中的可沉物质较多时，宜采用竖流式气浮池。63气浮池的构造及类型气浮池的构造
26、及类型1-溶气水管；2-减压释放及混合设备；3-原水管；4-接触区；5-分离区；6-集水管；7-刮渣设备；8-回流管；9-集渣槽；10-出水管1097654321860图 有回流的平流式气浮池 废水从池下部进入气浮接触区，保证气泡与废水有一定的接触时间，废水经隔板进入气浮分离区进行分离后，从池底集水管排出。浮在水面上的浮渣用刮渣设备刮入集渣槽后排出。优点是池身浅，造价低廉，构造简单，管理方便。缺点是分离区容积利用率不高。64气浮池的构造及类型气浮池的构造及类型1-溶气水管；2-减压释放器；3-原水管；4-接触区；5-分离区；6-集水器；7-刮渣机；8-水位调节器；9-排渣器竖竖流流式式气气浮浮
27、池池 这种形式的气浮池的优点是接触区在池中央，水流向四周扩散，水力条件比平流式好。缺点是构造复杂。65气浮池的构造及类型气浮池的构造及类型o 气浮池类型反应气浮池 平流式气浮池（反应气浮）66反应气浮沉淀池 气浮池的构造及类型气浮池的构造及类型组合一体化气浮池（反应气浮沉淀）67气浮池的构造及类型气浮池的构造及类型反应气浮过滤池 组合一体化气浮池反应气浮过滤682.无试验资料时，可根据气固比（A/S）进行估算式中：A/S 气固比,g(释放的气体)/g(悬浮固体)，0.0050.060，一般为 0.0050.006，当悬浮固体浓度较高 时取上限，如剩余污泥气浮浓缩时，气固比采用0.030.04；
28、1.31mL空气的质量，mg；ca 某一温度下的空气溶解度；f 压力为p时，水中的空气溶解系数，0.50.8（通常0.5）；p0 表压，kPa；qvR 加压水回流量，m3/h；qv 设计水量，m3/h；si 入流废水的悬浮固体浓度,mg/L。压压 力力 溶溶 气气 浮浮 上上 法法 的的 设设 计计 计计 算算 气浮所需空气量气浮所需空气量1.有试验资料时式中：q v气浮池设计水量，m3/h；R试验条件下的回流比，%；ac试验条件下的释气量，L/m3；水温校正系数，取1.11.3（主要考虑水的粘滞度影响，试验时水温与冬季水温相差大 者取高值）。cvgvaRqqSivvR0a7.14)7.147
29、.14(3.1qqffpcSA69溶气罐高h：式中：h1罐顶、底封头高度（根据罐直径而定），m；h2 布水区高度，一般取0.20.3m；h3 贮水区高度，一般取1.0m；h4 填料层高度，当采用阶梯环时，可取1.01.3m。压压 力力 溶溶 气气 浮浮 上上 法法 的的 设设 计计 计计 算算 溶溶 气气 罐罐 溶气罐直径Dd选定过流密度I后，溶气罐直径按下式计算：一般对于空罐，I选用10002000m3/(m2d)，对填料罐，I选用25005000 m3/(m2d)。IqD4VRd43212hhhhh70压压 力力 溶溶 气气 浮浮 上上 法法 的的 设设 计计 计计 算算 气气 浮浮 池池接触池的表面积Ac 选定接触室中水流的上升流速vc后，按下式计算：接触室的容积一般应按停留时间大于60s进行复核。cVRVcvqqAHAAV)(sc分离室的表面积As 选定分离速度(分离室的向下平均水流速度)vs后按下式计算：对矩形池子，分离室的长宽比一般取1:12:1。sVRVsvqqA气浮池的净容积V 选定池的平均水深H（指分离室深），按下式计算：以池内停留时间（t）进行校核，一般要求t为1020min。71
