上海交大环境课程 5

水处理工程第五讲气浮原理和工艺固液分离的方法总结：•固液重力分离•固液重力沉淀分离•固液离心力分离•固液浮力分离•固液气浮分离•固液过滤分离•固液膜分离内容提要气浮的概念气浮的应用气浮的过程及基本原理气浮药剂气浮法的分类和流程气浮的概念气浮是一种有效的固-液或液-液分离的方法。

常用于对那些颗粒密度接近或小于水的细小颗粒的分离。

水和污水的气浮法是往水中通入空气，产生高度分散的微小气泡，（有时还需要投加混凝剂或浮选剂），使水中的悬浮物与空气泡粘附在一起，靠气泡的浮力（视密度<1）一起上浮到水面，形成浮渣而加以去除，实现固液或液液分离的过程。

气浮的概念实现气浮分离的必要条件A、必须向水中提供足够数量的微细气泡。

（气泡理想尺寸为15～30μm）B、必须使悬浮物呈悬浮状态C、必须使气泡与悬浮物产生粘附作用，从而附着于气泡上浮升。

（悬浮物具有疏水性质）内容提要气浮的概念气浮的应用气浮的过程及基本原理气浮药剂气浮法的分类和流程气浮法的应用气浮法广泛应用于:（1）分离水中的细小悬浮物、藻类及微絮体；（2）回收有用物质：如纸浆、细小纤维等；（3）代替二沉池，分离和浓缩活性污泥；（4）分离回收含油废水中的悬浮油及乳化油，如食油工业废水中所含的油脂；（5）分离表面活性物质和金属离子（加浮选剂）。

气浮法的优点:表面负荷可高达12m3/(m2h)停留时间短（只需10‾20min) 占地较少，基建投资省；池深在2m左右具有预曝气作用，出水和浮渣含有一定量的氧，利于后续处理和利用；对于低浊度含藻水，沉淀法很难去除，而气浮法处理效率高，甚至可以去除浮游生物，出水水质好；浮渣含水率低，一般在96%以下；有利于回收利用有用物质；所需药剂比沉淀法节省。

气浮法的缺点:电耗较大，处理每吨污水比沉淀法多耗电0.02‾0.04千瓦时；目前使用的溶汽水减压释放器易堵塞；较大的风雨袭击会影响浮渣的收集等。

内容提要气浮的概念气浮的应用气浮的过程及基本原理气浮药剂气浮法的分类和流程气浮的基本原理气浮过程第一阶段——气泡产生第二阶段——气泡与颗粒（固体或液体）附着第三阶段——上浮分离污水处理中采用的气浮法，按水中气泡产生的方法可以分为：溶气气浮法布气气浮法电解气浮法水中空气的溶解量气浮效果的好坏取决于水中空气的饱和度气泡的分散程度气泡的稳定性在气浮过程中需要形成大量细微而均匀的气泡作为载体：（1）气泡量越多，分散度越高，它们与污染物质粘附的机会也越多。

（表面积大）（2）气泡应有一定程度的稳定性，但过于稳定的泡沫也难于运送和脱水，因而稳定时间以数分钟为宜。

（3）空气从水中析出的过程：①气泡核的形成过程；②气泡的增长过程。

第一个步骤起决定性作用，能否形成稳定分散的气泡取决于废水的表面张力。

表面张力越小，越容易形成稳定的气泡，气泡直径也越小。

第二阶段悬浮物与气泡的附着实现气浮分离的过程的必要条件是使污染物质能粘附在气泡上。

当废水中有气泡存在时，并非所有的颗粒都能粘附上去，它们能否与气泡粘附取决于水对该颗粒的表面性质(即颗粒的润湿性)。

一般规律：疏水性颗粒易与气泡粘附，而亲水性颗粒难以与气泡粘附。

容易被水润湿的物质称为亲水性物质.难于被水润湿的物质称为疏水性物质。

第二阶段悬浮物与气泡的附着颗粒的润湿程度常用气、液、固三相间互相接触时所形成的接触角的大小来解释。

在静止状态下，当气、液、固三相接触时，在气-液界面张力线和固-液界面张力线之间的夹角（对着液相的），称为平衡接触角，用θ表示。

θ<90°者为亲水性物质;θ>90°者为疏水性物质。

第二阶段悬浮物与气泡的附着当气泡和颗粒共存于水中，即液、气、颗粒三相介质共存的情况下，每两相之间的界面上都存在着各自的界面张力和界面能，界面能和表面能一样，可用下式表示：E=σ·S式中：σ——界面张力，N/cm2；S ——界面面积，cm2。

界面能和界面张力一样也有降低到最小的趋势。

当废水中有气泡存在时，悬浮颗粒就力图粘附在气泡上而降低其界面能。

从图中物质与水接触面积的大小清楚地看出，不论物质的润湿性如何，在三相接触点上，三个界面的张力总是处于平衡状态，即：σLS =σLG cos(180°-θ)+σGS （1）当气泡与颗粒共存于水中时，在气泡与颗粒附着前，单位界面面积上的界面能之和为：E 1=σLS +σLG ，附着后，单位附着面积上的界面能W 2=σGS ，其界面能降低的数值为：△E=E 1-E 2=σLS +σLG -σGS （2）将式（1）代入式（2），整理得：△E=σLG （1-cosθ）（3）由式（3）可见：△W越大，越有利于颗粒与气泡粘附。

讨论：①当颗粒完全被水润湿时，θ→0°，cosθ→1，△E→0，颗粒不能与气泡相粘附，因此也就不能用气浮法分离；②当颗粒完全不被水润湿时，θ→180°，cosθ→-1，△E→2σ,LG 颗粒与气泡粘附紧密，最易于用气浮法去除；③当θ<90°时，颗粒表面仍是亲水性占优势，粘附不稳定，在上浮过程中被粘附的颗粒可能脱落；④当θ>90°时，cosθ为负值，△E继续增大，在此范围内，颗粒表面疏水性占优势，粘附容易且稳定，容易气浮分离；值很小的体系，△E很小，不利于气泡与颗粒的粘附。

⑤对σLG第二阶段悬浮物与气泡的附着总结：①气浮法只适宜于去除水中的疏水性颗粒，如乳化油；②对于亲水性颗粒（如纸浆纤维、煤粒、重金属离子等），就必须投加合适的药剂（浮选剂），改变颗粒的表面性质（即改善颗粒表面的亲水性能），同样可用气浮法分离。

③对于颗粒很细小的微粒，直接气浮效果较差，可投加混凝剂以提高其气浮效果。

第二阶段悬浮物与气泡的附着悬浮物与气泡附着的基本形式：①气泡在颗粒表面析出；（大量气泡包裹颗粒）②气泡与颗粒吸附；③絮体中裹夹气泡。

第三阶段颗粒物的上浮、分离过程主要由气浮池来实现气浮池的功能：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、黏附，并使带气颗粒与水分离。

与普通沉淀池构造基本相同，分平流式和竖流式两种。

内容提要气浮的概念气浮的应用气浮的过程及基本原理气浮药剂气浮法的分类和流程气浮药剂对疏水性很强的物质,不投加化学药剂即可获得满意的固(液)-液分离效果.对一般的疏水性或亲水性物质需要投加化学药剂，以改变颗粒的表面性质，增加气泡与颗粒的粘附程度。

这些药剂根据作用不同可以分为:（1）捕获剂（2）气泡剂(大多是含有亲水性和疏水性基团的表面活性剂) 抑制剂（3）调整剂活化剂介质调整剂(主要调整pH)内容提要气浮的概念气浮的应用气浮的过程及原理气浮药剂气浮法的分类和流程气浮法的分类和流程真空溶气气浮溶气气浮加压溶气气浮加压溶气气浮的主要设备水泵吸水管吸入空气气浮根据气泡产生的方法布气气浮射流气浮扩散曝气气浮叶轮气浮电解气浮溶气气浮是使空气在一定压力下溶于水中并呈饱和状态，然后骤然减压释放，这时溶解的空气便以微小的气泡从水中析出并进行气浮。

根据气泡从水中析出时所处的压力不同，溶气气浮又可分：a、溶气真空气浮：空气在常压或加压下溶于水中，在负压下析出；b、加压溶气气浮：空气在加压下溶于水中，在常压下析出。

特点：气泡直径约为20～100μm；可人为控制气泡与废水的接触时间；净化效果比布气气浮法好，应用广泛。

溶气真空气浮特点：气浮池在负压下运行；溶气压力比加压溶气低，能耗较小；缺点：气浮池结构复杂，设备密闭，运行维护都较困难，生产中应用不多。

加压溶气气浮使空气在加压的条件下溶解于水，然后将压力骤减至常压而使过饱和的空气以微细气泡的形式释放出来。

……按溶气水不同分为三种基本流程：①全部进水溶气②部分进水溶气③部分处理水溶气三种溶气方式比较：（1）与①全部进水溶气相比，②部分进水溶气和③出水回流溶气两种方式用于加压溶气的水量只分别占总水量的30～35%和10～20%；更节能；设备容积大大减小。

（2）在相同能耗下，③溶气压力可大大提高，形成的气泡更小，更均匀，更能得到充分利用；（3）当采用混凝气浮时，③能够充分利用混凝剂，减少投药量，并避免絮凝体破坏。

溶气气浮加压溶气气浮法的主要设备：无论何种流程，其主要设备有加压泵溶气罐减压阀气浮池。

布气气浮法按照粉碎气泡的方法的不同，布气气浮又可分为：水泵吸入空气气浮射流气浮扩散曝气气浮叶轮气浮布气气浮法比较方法特点利用射流器或水泵吸入和分散空气特点：设备简单，但受设备和工作条件的限制，吸气量不大，一般不超过水量的10%（V%）。

微孔气浮法通过由素烧陶瓷、粉末冶金或塑料制成的微孔板（管），将压缩空气分散为小气泡。

气泡尺寸：较大（直径1～10mm）缺点：微孔板（管）容易堵塞。

叶轮气浮法将空气引入一个高速旋转的叶轮附近，通过叶轮的高速剪切运动，将空气吸入并分散为小气泡，气泡直径1mm左右。

特点：适用于悬浮物浓度较高的废水，如用于洗煤废水及含油脂、羊毛等废水的处理，也可用于含表面活性剂的废水泡沫浮上分离，设备不容易堵塞。

向水中通入5～10V直流电，废水电解产生H2、O2和CO2等，气泡微细，密度小，直径约10～60μm，浮升过程中不会引起水流紊动，浮载能力大，特别适用于脆弱絮凝体的分离。

（气泡理想尺寸为15～30μm）表面负荷通常低于4m3/m2.h。

铝板或钢板作阳极，会溶蚀产生的Fe2+和Al3+具有混凝特性，有利于水中悬浮物的去除。

缺点：电耗较高、电极板易结垢，操作管理复杂。

目前主要用于小规模（10-204m3/h）的工业废水处理。

电解气浮法电解气浮谢谢！①气泡在颗粒表面析出②气泡与颗粒吸附③絮体中裹夹气泡（一）平流式气浮池入流速度小于0.1m/s（二）竖流式气浮池池高可取4-5m，长宽或直径一般在9-10m以内。

中央进水室、刮渣板和刮泥耙都安装在中心转轴上，依靠电机驱动匀速旋转。