第三节-气浮设备

全加压溶气流程
全部原水由泵 压入溶气罐；
用空压机或射 流器向溶气罐 压入空气进行 溶气；
然后经减压释 放装置进入气 浮池进行固液 分离。
0.3～ 0.5MPa
部分加压溶气流程
特点：部分入流废水 进行加压溶气，其余 部分直接进入气浮池。 优点：节省电能，溶 气水量与溶气罐的容 积比全溶气方式小。 缺点：如提供同样的 空气量，就必须在较 高的压力下运行。
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。
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。
反应池
接触室在中央，水流向 四周扩散，水力条件比 平流式单侧出流好，但 容积利用率低。
O2微细气泡。 特点： • 气泡微细，适用于脆弱的絮状悬浮物； • 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（10-20m3/h）的工业废水处理。
分散空气气浮法
特点： •适用于矿物浮选及含油脂、羊毛表面活性剂的废水 初级处理。 分类： •微孔曝气气浮法 •剪切气泡气浮法（叶轮气浮法）
微孔曝气气浮法
原理： • 压缩空气通过具有细孔隙的扩散板或微孔管，使空气
以细小气泡的形式进入水中。 优点： • 简单易行 缺点： • 微孔板（管）容易堵塞，气泡较大，效果不高。
剪切气泡气浮法
原理： • 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，将空气吸入并切割粉碎为细小气泡。 特点： 剪切气泡气浮法适用于处理水量不大、但污染物质浓度
设计内容： 气浮所需空气量 加压溶气水量 溶气罐尺寸 气浮池主要尺寸
加压溶气气浮的设计计算 基本参数
回流比： • 5％－25％。 平流式： • 池深一般为1.5-2.5m，池长L≤15米，单格宽b≤10 米，
L/b≥（1～2）：1 ，池深与池宽之比大于0.3。 竖流式： • 池高可取4-5m，长宽或直径一般在9-10m以内。 接触室： • 上升流速10-20mm/s，停留时间>60s。 分离室： • 表面负荷通常取5-10m3/m2·h。 • 停留时间为10-40min。
各种无机或有机高分子混凝剂，它们不仅 可以改变污水中的悬浮颗粒的亲水性能，而 且还能使污水中的细小颗粒絮凝成较大的絮 状体以吸附、截留气泡，加速颗粒上浮。
助凝剂
抑制剂 调节剂
化学药剂的投加对气浮效果的影响
一般的疏水性或亲水性的物质，均需投加化学药剂， 以改变颗粒的表面性质，增加气泡与颗粒的吸附。这些化学 药剂分为下述几类：
一 气浮类型
电解气浮法 (electrolyzed flotation)
分散空气气浮法 (diffused air flotation)
溶解空气气浮法 （dissolved air flotation）
电解气浮法
原理： • 正负电极侵入水中，向水中通入直流电，废水电解产生H2、
部分回流加压溶气流程
入流废水 直接进入 气浮池， 将部分澄 清液进行 回流加压
二 加压溶气气浮的基本原理
空气在水中的溶解度与压力及温度的关系
• 在一定范围内，温度越低，压力越大，溶解度越大。一定温 度下，溶解度与压力成正比 。
• 空气从水中析出：气泡核的形成过程与气泡的增长过程 。 • 同样的溶解空气，形成的气泡核数量越多，则形成的气泡直
第三节 气浮设备 Air Flotation
教学内容
一 气浮类型
电解气浮法：原理和设备 分散空气气浮法：原理和设备 溶解空气气浮法：原理和设备
二 加压溶气浮上法的基本原理
重点
难点
三 压力溶气气浮法系统的组成和设计 难点
概述
气浮的定义
• 在水中形成微小气泡，使水中的悬浮物与微小气泡粘 附在一起形成密度小于水漂浮絮体，絮体上浮至水面 形成浮渣被刮除，实现固液分离。
一般的疏水性或亲水性的物质，均需投加化学药剂， 以改变颗粒的表面性质，增加气泡与颗粒的吸附。这些化学 药剂分为下述几类：
混凝剂
浮选剂
助凝剂 抑制剂
作用是提高悬浮颗粒表面的水密性，以 提高颗粒的可浮性，如聚丙烯酰胺。
调节剂
化学药剂的投加对气浮效果的影响
一般的疏水性或亲水性的物质，均需投加化学药剂， 以改变颗粒的表面性质，增加气泡与颗粒的吸附。这些化学 药剂分为下述几类：
A a
b
d c
e1
e2 f
溶气罐供气方式： •水泵吸水管吸入空气； •水泵出水管射流溶气； •采用空气压缩机供气。
水泵吸水管吸入空气
优点: •设备简单; 缺点: •吸入的空气量不能过 多，一般不大于吸水 体积的10％;气泡在水 泵内破碎的不够完全， 粒径大，气浮效果不 好。
水泵出水管射流溶气：
实现气浮分离的必要条件
必须向水中提供足够数量的细微气泡。 • （气泡理想尺寸为15～30μm） 必须使悬浮物呈悬浮状态。 必须使气泡与悬浮物产生粘附作用。 • （悬浮物具有疏水性质）
气浮法的应用
固液或液液分离： • 含油废水的油水分离； • 回收有用物质：如纸浆、细小纤维等； • 代替二沉池：不易沉淀或易膨胀的活性污泥； • 密度接近于1的工业废水的预处理； • 剩余污泥浓缩
混凝剂
浮选剂
助凝剂
抑制剂 调节剂
作用是暂时或永久性地抑制某些物质的 浮上性能，而又不妨碍需要去除的悬浮颗粒 的上浮，如石灰、硫化钠等。
化学药剂的投加对气浮效果的影响
一般的疏水性或亲水性的物质，均需投加化学药剂， 以改变颗粒的表面性质，增加气泡与颗粒的吸附。这些化学 药剂分为下述几类： 混凝剂
浮选剂
射流器构造示意图
•由喷嘴射出的高速废水使吸入室形成负压，并从气管吸入空
气，在水气混合体进入扩压段动能转化为势能，增大了空气 在水中的溶解度。
采用空气压缩机供气 使用广泛，能耗较低
压力溶气气浮法系统的组成和工艺参数
压
力 压力溶 溶 气系统
气
气
浮 法 空气释 系 放系统
统
的 气浮池 组 成
加压水泵 压力溶气灌
总结： • 气浮法只适宜于去除水中的疏水性颗粒，如乳化油； • 对于亲水性颗粒，就必须投加合适的药剂，改变颗粒的
表面性质，可用气浮法分离。
化学药剂的投加对气浮效果的影响
一般的疏水性或亲水性的物质，均需投加化学药剂， 以改变颗粒的表面性质，增加气泡与颗粒的吸附。这些化学 药剂分为下述几类：
混凝剂 浮选剂
助凝剂
抑制剂 调节剂
主要是调节污水的pH，改进和提高气泡 在水中的分散度以及提高悬浮颗粒与气泡的 粘附能力，如各种酸、碱等。
三 压力溶气气浮法系统的组成和设计
压力溶气气浮法系统的组成和工艺参数 加压溶气气浮的设计计算
压力溶气气浮法系统的组成和工艺参数
压 力
压力溶 气系统
溶
气
气 空气释 浮 放系统 法
气浮所需空气量
有试验资料时
Q g
= QR c
回流比取5％－30％
式中：Q——气浮池设计水量，m3/h； R′——试验条件下的回流比，%；
α c——试验条件下的释气量，L/m3； Φ ——水温校正系数，取1.1-1.3。 （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）。
无试验资料时，可根据气固比（A/S）进行估算
径越小，气浮处理效果越好。 • 颗粒—气泡”复合体的上浮速度
u
=
g( rL - rS)d 2 18m
接触吸附原理
在三相接触点上，三个界面 的张力总是处于平衡状态：
LS＋LGcos＝GS
界面能 E=σ ·S
σ ：界面张力，N/cm2； S ：界面面积，cm2。
在气泡与颗粒附着前，单位界面面积上的界面能之和为：
系
统 气浮池ຫໍສະໝຸດ 的组成加压水泵 压力溶气灌
提升污水，将水、气送至压力溶气灌
在一定的压力(一般0.2–0.5MPa) 下，保证空气能充分地溶于废水 中，并使水、气良好混合
空气供给设备 空压机和射流器
溶气罐形式
耐压密封钢罐。 为了提高溶气 量和速度，增 大容积利用系 率，罐内常设 若干隔板或填 料。
填料溶气罐的主要工艺参数： •过流密度：2500-5000 m3/m2.d ； •填料高度：0.8-1.3m ； •液位高度：0.6-1.0m（从罐底计）； •承压能力：大于0.6MPa ； •工作压力：0.3～0.5MPa 。
气浮接触池
气浮分离室
竖流式气浮池
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。
加压溶气气浮的设计计算
讨论： ① 当θ→0°，cosθ→1，△E→0，颗粒不能与气泡相粘附，
颗粒完全被水润湿，不能用气浮法分离； ② 当θ→180°，cosθ→-1，△E→2σLG,颗粒不被水润湿时，
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，不容易气浮
分离; ④ 当θ>90°时，颗粒表面疏水性占优势，容易气浮分离。
混凝剂
浮选剂 助凝剂 抑制剂
浮选剂大多数由极性-非极性分子组成。 当浮选剂的极性基被吸附在亲水性悬浮 颗粒的表面后，非极性基则朝向水中，这样 就可以使亲水性物质转化为疏水性物质，从 而能使其与微细气泡相粘附。 浮选剂的种类有松香油、石油、表面活 性剂、硬脂酸盐等。
调节剂
化学药剂的投加对气浮效果的影响
较高的废水； 用于除油时除油效果达80%左右。
叶轮高速旋转时，在 盖板下形成负压，从 空气管吸入空气
在叶轮的搅动下，空气被粉 碎成细小的气泡，并与水充 分混合成为水气混合体，甩 出导向叶片之外，在池体内 平稳地垂直上升，进行浮选
溶解空气气浮法
原理： • 使空气在一定压力下溶于水中呈过饱和状态，然后减压条
平流式气浮池
气浮接触池：絮 体与气泡接触 1－2min
气浮分离室：10 －20min
反应池：废 水和混凝剂 混合，形成 絮体。 5－15min
入流速度小于0.1m/s
池身浅，构造简单，运行方便； 分离室容积利用率不高。
平流式气浮池
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。
W1=σ LS+σ LG
附着后，单位面积上的界面能：W2=σ GS
其界面能降低的数值为： W=W1－W2=σLS+σLG－GS
挤开气泡与颗粒之间 水膜所做的功
将LS＋LGcos＝GS代入上式得：
W＝ LG(1-cos)
△W越大，颗粒与气泡粘附得越牢固
W＝ LG(1 － cos)
提升污水，将水、气送至压力溶气灌
在一定的压力(一般0.2–0.5MPa) 下，保证空气能充分地溶于废水 中，并使水、气良好混合
空气供给设备 空压机和射流器
减压阀、溶 气释放器等
将压力溶气水减压，使溶气水中 的气体以微气泡的形式释放出来
平流式气浮池 竖流式气浮池
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 絮体与水分离。
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，0.5-0.8,通常
A S
1.3c (fp
=
a
0
14.7f
-
14.7)q vR
14.7q v r Si
式中：
A/S ——气固比,g (释放的气体)/g(悬浮固体)，0.005-
0.060，一般为0.005-0.006，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0.03-0.04； 1.3——1mL空气的质量，mg；
件下析出溶解空气，形成微气泡。 分类： • 溶气真空气浮 • 加压溶气气浮
真空气浮 原理： • 空气在常压下溶于水中，在负压下析出 特点： •常压下溶解，溶解度小，气泡的释放量小； •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
原理： • 加压下溶于水中，在常压下析出 主要设备： • 空气饱和设备，空气释放设备，气浮池等。 流程： • 全加压溶气流程 • 部分加压溶气流程 • 回流加压溶气流程，最常用。