北京科技大學(xué)環(huán)境工程課件.ppt

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1,第7章 氣 浮 Air Flotation,2,本章要回答的問(wèn)題：,什么是氣浮？ 比水密度大的物質(zhì)能上浮嗎？如何實(shí)現(xiàn)？ 氣浮在水處理中的作用是什么？ 氣浮在實(shí)際水處理中是如何應(yīng)用的？ 氣浮的工藝有幾種？氣浮池的結(jié)構(gòu)是怎樣的？為什么？????? 學(xué)完本章你會(huì)了解更多的知識(shí)！,3,氣浮,氣浮是利用廢水中的顆粒的疏水性，通過(guò)在氣浮池中向廢水中通入一定尺寸的氣泡，使廢水中的污染物吸附在氣泡上，隨氣泡的上浮，污染物也隨之浮到水面上而形成由氣泡、水和污染物形成的三相泡沫層（浮渣），收集泡沫層即可把污染物與水分離。,4,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,含懸浮物的廢水,空氣所產(chǎn)生的氣泡,氣泡在上升的過(guò)程中吸附固體顆粒,氣泡在水的表面形成三相泡沫層,氣浮后的水變清,以適當(dāng)方式收集泡沫層，完成懸浮物的去除，也可使懸浮物得到富集，為回收創(chuàng)造條件,氣浮過(guò)程示意圖,,5,第7章 氣 浮 的主要內(nèi)容,7.1 氣浮所用的設(shè)備 放映 7.2 氣浮所需氣泡的產(chǎn)生方式 鏈接 7.3 氣浮的原理 鏈接 7.4 氣浮的工藝流程 鏈接 7.5 氣浮的特點(diǎn)和應(yīng)用 鏈接,6,7．1氣浮池（flotation cell),氣浮池是氣浮過(guò)程的主要設(shè)備，它的作用是當(dāng)廢水從減壓閥流入水池后，由于壓力減至常壓，使溶解于廢水中的空氣以微小氣泡形式逸出。氣泡在上升過(guò)程中吸附乳化油和細(xì)小懸浮顆粒，上浮至水面形成浮渣，由刮渣機(jī)除去。 浮選池的種類較多，介紹平流式、豎流式、斜板式和葉輪式四種,7,平流式氣浮池,,,,,,,,,,,,,出水管,排空管,進(jìn)水管，進(jìn)入的是氣泡和水的混合物,集油槽,刮油機(jī),污油管,8,9,10,刮油機(jī),集油槽,蒸汽加熱,11,豎流式氣浮池,,,,,,,,,,,,,,,,,刮油機(jī),進(jìn)水管,出水管,沉渣排出管,浮渣排出口,溶氣罐,水射器,沉渣槽,12,13,14,刮渣板,浮渣槽,浮渣,15,斜板式氣浮池,池體,斜板,混合液入口,浮渣濃縮室,刮渣機(jī),出水管,16,葉輪氣浮設(shè)備構(gòu)造示意圖,,返回目錄,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,空氣管,進(jìn)水,出水,泡沫槽,刮渣機(jī),,泡沫出口,攪拌葉輪,17,7．2氣泡的產(chǎn)生方法,氣浮過(guò)程包括氣泡(bubble)的產(chǎn)生、氣泡與顆粒的附著及上浮分離等連續(xù)步驟。 產(chǎn)生數(shù)量和尺寸合適的氣泡是氣浮過(guò)程實(shí)現(xiàn)的重要條件。 廢水處理中采用的氣浮法，按水中氣泡產(chǎn)生的方法可分為溶氣法(dissolved air flotation,DAF)、布?xì)夥?diffused air flotation)和電解法(electrolyzed flotation) 三類。,18,7．2．1溶氣法,定義：溶氣法是使空氣在一定壓力的作用下溶解于水中，并達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài)，然后再突然使廢水減到常壓，這時(shí)溶解于水中的空氣便以微小氣泡的形式從水中逸出，以進(jìn)行浮選過(guò)程的方法。 分類：根據(jù)氣泡在水中析出時(shí)的所處壓力的不同，溶氣浮選又可分為:加壓溶氣浮選和溶氣真空浮選兩種類型。 加壓溶氣法需要有空氣壓縮機(jī)、溶氣罐、減壓閥或溶氣釋放器、水泵。 按空氣與水混合的位置又分為泵前進(jìn)氣與泵后進(jìn)氣兩種。,19,泵前進(jìn)氣：這是由水泵壓水管中引出一支管，在支管上按裝水力噴射器，由于水噴射時(shí)產(chǎn)生負(fù)壓，將空氣吸入，與廢水混合后，經(jīng)吸水管、水泵送入溶氣罐。,,,,,,,,,溶氣水 去浮選,水射器,水泵吸水管,溶氣罐,水泵壓水管,,,,,,空氣,20,特點(diǎn)： 比較簡(jiǎn)便，水氣混合均勻， 但水泵必須采用自吸式進(jìn)水，而且要保持1 m以上的水頭。 最大吸氣量不能大于水泵吸水量的10％，否則，水泵工作不穩(wěn)定，會(huì)產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象。,,,,,,,,,溶氣水 去浮選,水射器,水泵吸水管,溶氣罐,水泵壓水管,,,,,,空氣,21,泵后進(jìn)氣：一般是在壓水管上通入壓縮空氣。 這種方法使水泵工作穩(wěn)定，而且不必要求在正壓下工作。 但需要由空氣壓縮機(jī)供給空氣，為了保證良好的溶氣效果，溶氣罐的容積也比較大，一般需采用較復(fù)雜的填充式溶氣罐。,,,,,,,,,,,溶氣水 去浮選,空氣壓縮機(jī),水泵吸水管,溶氣罐,水泵壓水管,,22,溶氣罐：,溶氣罐（air receiver)的作用是在一定的壓力(一般0.2 ～ 0.6MPa)下，保證空氣能充分地溶于廢水中，并使水、氣良好混合。 混合時(shí)間一般為1～3min，混合時(shí)間與進(jìn)氣方式有關(guān): 即泵前進(jìn)氣混合時(shí)間可短些; 泵后進(jìn)氣混合時(shí)間要長(zhǎng)些。,23,溶氣罐形式,,,,（a）縱隔板式,(e)渦輪式,(d)填充式,(b)花板式,(c)橫隔板式,出水,出水,出水,出水,進(jìn)水,進(jìn)水,進(jìn)水,進(jìn)水,進(jìn)水,出水,電機(jī),放空,放空,多余空氣放空,24,25,減壓閥：,減壓閥的作用是保持溶氣罐出口處的壓力恒定，從而可以控制出罐后氣泡的粒徑和數(shù)量。 也可用低壓溶氣釋放器來(lái)代替減壓閥，溶氣水流經(jīng)釋放器時(shí)，由于形成強(qiáng)烈的攪動(dòng)和渦流，便產(chǎn)生微細(xì)氣泡。,26,7．2．2布?xì)鈿飧》?布?xì)飧∵x是利用機(jī)械剪切力，將混合于水中的空氣粉碎成細(xì)小的氣泡，以進(jìn)行浮選的方法。 按粉碎氣泡方法的不同，布?xì)鈿飧∮址譃樗姆N： 水泵水管吸氣浮選 射流浮選 擴(kuò)散曝氣浮選 葉輪氣浮,27,（1）水泵吸水管吸入空氣氣浮,這是最原始的也是最簡(jiǎn)單的一種氣浮方法。 這種方法的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單，其缺點(diǎn)主要是由于水泵工作特性的限制，吸入的空氣量不能過(guò)多，一般不大于吸水體積的10％，否則將破壞水泵吸水管的負(fù)壓工作。 此外，氣泡在水泵內(nèi)破碎的不夠完全，粒徑大，因此，氣浮效果不好。 這種方法用于處理通過(guò)除油池后的石油廢水，除油效率一般在50％～65％,28,（2）射流氣浮 這是采用以水帶氣射流器向廢水中混入空氣進(jìn)行氣浮的方法。,,,,,,,溶氣水 去浮選,水射器,水泵吸水管,水泵壓水管,,,,,,空氣,29,射流器構(gòu)造示意圖,由噴嘴射出的高速?gòu)U水使吸入室形成負(fù)壓，并從吸氣管吸入空氣，在水氣混合體進(jìn)入喉管段后進(jìn)行激烈的能量交換，然后進(jìn)入擴(kuò)壓段(擴(kuò)散段)，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能，進(jìn)一步壓縮氣泡，增大了空氣在水中的溶解度。,喉管段,擴(kuò)散段,吸氣管,噴嘴,漸縮段,吸入室,30,(3)擴(kuò)散板曝氣氣浮,壓縮空氣通過(guò)具有細(xì)孔隙的擴(kuò)散板或微孔管，使空氣以細(xì)小氣泡的形式進(jìn)入水中，進(jìn)行氣浮過(guò)程L。 這種方法的優(yōu)點(diǎn)是: 簡(jiǎn)單易行 但缺點(diǎn)較多: 主要的是空氣擴(kuò)散裝置的微孔易于堵塞; 氣泡較大，浮選效率不高等 因此這種方法近年已少用。,31,32,（4）葉輪浮選,在浮選池底部設(shè)有旋轉(zhuǎn)葉輪，在葉輪的上部裝著帶有導(dǎo)向葉片的固定蓋板，蓋板上有孔洞。 當(dāng)電動(dòng)帶動(dòng)動(dòng)葉輪高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，在蓋板下形成負(fù)壓，從空氣管吸入空氣，廢水由上面的小孔進(jìn)入，在葉輪的攪動(dòng)下，空氣被粉碎成細(xì)小的氣泡，并與水充分混合成為水氣混合體，甩出導(dǎo)向葉片之外，在池體內(nèi)平穩(wěn)地垂直上升，進(jìn)行浮選。L 形成的泡沫不斷地被刮板刮出槽外。這種氣浮池是從礦物浮選中直接移植過(guò)來(lái)的。,33,34,35,布?xì)飧∵x的特點(diǎn):,設(shè)備簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。 缺點(diǎn)是空氣被粉碎的不夠充分，形成的氣泡粒徑較大，一般不小于l0OO?m，這樣，在供氣量一定的情況下，氣泡的表面積小。 由于氣泡直徑大，運(yùn)動(dòng)速度快，氣泡與被去除污染物質(zhì)的接觸時(shí)間短促，這些因素都使布?xì)鈿飧》ㄐ瘦^低。,36,7．2．3電解氣浮法,電解浮選法是對(duì)廢水進(jìn)行電解，這時(shí)在陰極產(chǎn)生大量的氫氣泡，氫氣泡的直徑很小，僅有20～100?m。 廢水中的懸浮顆粒粘附在氫氣泡上，隨其上浮，從而達(dá)到了凈化廢水的目的。 與此同時(shí)，在陽(yáng)極上電離形成的氫氧化物起著混凝劑的作用，有助于水中的污泥上浮或下沉。,37,38,返回目錄,39,7 ．3氣浮的原理與氣泡與固體的作用形式,7.3.1 氣浮的原理 親水性(hydrophilicity)：如果顆粒易被水潤(rùn)濕，則稱該顆粒為親水性的。 疏水性(hydrophobicity)：如顆粒不易被水潤(rùn)濕，則是疏水性的。 物質(zhì)的親水性強(qiáng)弱可以用接觸角來(lái)衡量。 接觸角(contact angle)：在靜止?fàn)顟B(tài)下，當(dāng)氣、液、固三相接觸達(dá)到平衡時(shí)，氣－液界面張力線和固液界面張力線之間的夾角(包含液相的)稱為平衡接觸角，用?表示。,40,,,接觸角示意圖,,,,,固體,,固體疏水,固體親水,固體,水滴,水滴,,接觸角?,,接觸角?,當(dāng)氣泡與顆粒共存于水中時(shí)，顆粒是否能附著在氣泡上和附著的牢固程度，取決于附著前后界面能的變化。 如果總能量降低，則能附著，且能量降低越多，附著越牢固； 如果能量增加，則不能附著。,平衡時(shí)有： ?LS＋?LGcos?＝?GS,41,接觸前后的能量變化： ?W=W2－W1=?GS－?LS－?LG 因?yàn)椋? ?LS＋?LGcos?＝?GS ?W＝?LG(cos?－1),在顆粒與氣泡附著前，單位界面面積上的界面能W1等于氣－液界面能和液－固界面能之和： 即W1=?LS＋?LG。 附著后，由于附著部分沒有了固液界面，所以單位附著面積上的界面能相應(yīng)變?yōu)閃2＝?GS。,42,?W＝?LG(cos?－1),（a）當(dāng)顆粒完全被水潤(rùn)濕時(shí)，?＝0?，cos?＝1，?W＝0，顆粒不能與氣泡粘附。 （b）當(dāng)顆粒完全不被水潤(rùn)濕時(shí)，?＝180?，cos?＝－l，?W＝－2?LG，顆粒與氣泡粘附的動(dòng)力大，易于用氣浮法處理。 （c）固體的接觸角越大，越易于與氣泡的粘附。但對(duì)于?LG很小的體系，雖然有利于固體向氣泡的粘附，但由于粘附動(dòng)力較小，顆粒向氣泡的粘附困難。,43,7．3．2 顆粒與氣泡的作用形式,顆粒與氣泡的作用有氣泡與顆粒吸附、氣泡頂托和絮凝體中裹夾三種形式,,氣泡與顆粒吸附,44,氣泡頂托,氣泡在絮凝體中裹夾,45,7．3．2氣浮過(guò)程的調(diào)節(jié),污染物的顆粒是否與氣泡粘附及粘附的牢固程度，與污染物的疏水性強(qiáng)弱有關(guān)。 有時(shí)污染物的疏水性較弱，用氣浮法處理時(shí)效率很低。為了增加廢水中懸浮顆粒的疏水性，提高浮選效果，需向廢水中投加化學(xué)藥劑，這些化學(xué)藥劑稱為浮選劑。 浮選劑（flotation reagent)根據(jù)其作用的不同可分為以下幾種：,46,浮選藥劑的分類：,捕收劑(collector)：能夠提高顆?？筛⌒缘乃巹┓Q為捕收劑。 起泡劑(frother)：它的作用是降低液體表面自由能，產(chǎn)生大量微細(xì)且均勻的氣泡，防止氣泡相互兼并，形成相當(dāng)穩(wěn)定的泡沫層。 因此起泡劑是作用在氣－液界面上，用以分散空氣，形成穩(wěn)定的氣泡。,47,調(diào)整劑：,調(diào)整劑包括抑制劑、活化劑和介質(zhì)調(diào)整劑三大類。 （1）抑制劑(depressant)：能降低物質(zhì)可浮性的藥劑稱為抑制劑。 （2）活化劑(activator)：能夠消除抑制作用的藥劑稱為活化劑。 （3）介質(zhì)調(diào)整劑(regulator)：介質(zhì)調(diào)整劑的主要作用是調(diào)整廢水的pH值。,返回目錄,48,7．4 加壓溶氣浮選法的流程,流程：根據(jù)廢水加壓方式的不同，基本流程有以下三種： 1）全部廢水溶氣浮選法（DAF with total aeration of flow) 2）部分廢水溶氣浮選法(DAF with partial aeration of flow) 3）部分回流溶氣浮選法（DAF with recycle aeration of flow),49,全部廢水加壓溶氣浮選(泵前加氣),減壓閥,氣浮池,,,50,全部廢水加壓溶氣浮選(泵后加氣),,進(jìn)水,空氣,泵,溶氣罐,減壓閥,氣浮池,出水,混凝劑,,,51,部分進(jìn)水加壓溶氣氣浮法流程,,浮選池,出水,52,部分回流溶氣浮選流程,減壓閥,浮選池,,,,回流率25%～50%，即回流水的流量與進(jìn)水量之比,53,全部廢水加壓溶氣浮選流程的特點(diǎn),進(jìn)水,空氣,泵,溶氣罐,減壓閥,氣浮池,出水,混凝劑,,,（a）溶氣量大，增加了油?；驊腋☆w粒與氣泡的接觸機(jī)會(huì)；,（b）在處理水量相同的條件下，它較部分回流溶氣氣浮法所需的浮選池小，從而減少了基建投資。,（c）但由于全部廢水經(jīng)壓力泵，所以增加了含油廢水的乳化程度，而且壓力泵和溶氣罐均較其它兩種流程大，因此投資和運(yùn)轉(zhuǎn)動(dòng)力消耗較大。,54,部分進(jìn)水加壓溶氣氣浮法流程的特點(diǎn),,浮選池,出水,（a）較全流程溶氣浮選法所需的壓力泵小，故動(dòng)力消耗低；,（b）壓力泵所造成的乳化油量較全部溶氣法低；,（c）氣浮池的大小與全部溶氣法相同，但較部分回流溶氣法小。但溶氣量小。,兩種流程的共同缺點(diǎn)是減壓閥或溶氣釋放器易堵塞！,55,部分回流溶氣浮選流程的特點(diǎn),減壓閥,浮選池,,,回流25%～50%,（a）加壓的水量少，動(dòng)力消耗??；,（b）浮選過(guò)程中不促進(jìn)乳化；,（e）缺點(diǎn)是浮選池的容積較前兩種流程大。,（c）減壓閥或溶氣釋放器不易堵塞；,（d）礬花形成好,返回目錄,56,7．5氣浮法的應(yīng)用及特點(diǎn),(a)分離廢水中的細(xì)小懸浮物、藻類及微絮體； (b)回收工業(yè)廢水中的有用物質(zhì)，如造紙廠廢水中的紙漿纖維及填料等； (c)代替二次沉淀池，分離和濃縮剩余活性污泥，特別適用于那些易于產(chǎn)生污泥膨脹的生化處理工藝中；L (d)分離回收含油廢水中的懸浮油和乳化油； (e)分離回收以分子或離子狀態(tài)存在的污染物，如表面活性物質(zhì)和金屬離子。,57,氣浮法的特點(diǎn)：,(a)由于氣浮池的表面負(fù)荷有可能高達(dá)l2m3/m2·h，水在池中停留時(shí)間只需10～20min，而且池深只需2m左右，故占地較少，節(jié)省基建投資； (b)氣浮池具有預(yù)曝氣作用，出水和浮渣都含有一定量的氧，有利于后續(xù)處理或再用，泥渣也不易腐化； (c)對(duì)那些很難用沉降法去除的低濁度含藻水，氣浮法處理效率高，甚至還可去除原水中的浮游生物，出水水質(zhì)好；,58,氣浮法的特點(diǎn)：,(d)浮渣含水率低，一般在96%以下，比沉淀池污泥體積少50％～80％，這對(duì)污泥的后續(xù)處理有利，而且表面刮渣也比池底排泥方便； (e)可以回收利用有用物質(zhì)； (f)氣浮法所需藥劑量比沉淀法節(jié)省。 (g)氣浮法的缺點(diǎn)： 氣浮法電耗較大，處理每噸廢水比沉淀法多耗電約0.02 ～ 0.04kWh； 目前使用的溶氣水減壓釋放器易堵塞； 浮渣怕較大的風(fēng)雨襲擊。,返回目錄,59,自然沉降1h，清水占總體積的1％,添加聚丙烯酰胺后沉降1h，清水占總體積的10％,添加新氣浮劑后氣浮濃縮10min，清水占總體積的65％,,