气浮的基本原理

① 电流板块数
n B 21 e
e
式中：B——电解池的宽度，mm
l—Hale Waihona Puke Baidu极板面与池壁的净距，取100mm
e——极板净距，mm；e=15~20mm
φ——极板厚度，mm；δ=6~10mm
b
B H1
L
3 2 1
5
8
8
7
4
6
i
L2
L2
图 8-5 双室平流式电解气浮池
1-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
试验定，一般为0.3~0.75h ⑨ 电解气浮池容积V=V1+V2（m3）
8.2.2 散气气浮法 8.2.2.1微孔曝气气浮法（图8—6）
3 5
2
6
4
图8--6 扩散板曝气气浮法
1--入流液；2--空气进入；3--分离柱；4--微孔陶瓷 扩散板；5--浮渣；6--出流液
8.2.2.2剪切气泡气浮法 （1）叶轮气浮设备构造（图8—7、8）
第八章 气浮
•气浮的基本原理 •气浮的分类与特点 •气浮法在废水处理中的应用
8.1 气浮的基本原理
1、基本概念 利用高度分散的微小气袍作为载体粘附于废水中的悬浮污 染物，使其浮力大于重力和阻力，从而使污染物上浮至水 面，形成泡沫，然后用刮渣设备自水面刮除泡沫，实现固液 或液液分离的过程称为气浮。 悬浮颗粒与气泡粘附的原理 ：水中悬浮固体颗粒能否与 气泡粘附主要取决于颗粒表面的性质。颗粒表面易被水湿 润，该颗粒属亲水性；如不易被水湿润，属疏水性。亲水性 与疏水性可用气、液、固三相接触时形成的接触角大小来解 释。在气、液、固三相接触时，固、液界面张力线和气液张 力线之间的夹角称为湿润接触角以θ表示。为了便于讨论， 气、液、固体颗粒三相分别用1，2，3表示。
进水
出水
图 8-15 填充式溶气罐
（3）溶气水的减压释放设备：要求微气泡的直径20~100um ● 减压阀（截止阀） 每个阀门流量不同，气泡合并现象，阀芯、阀杆、螺栓易松动。 ● 专用释放器（图8—16）
接口
上接口
接口
(a)
共8根 辐射 管
下接口 (b)
图 8-16 溶气释放器 （a）TS型（b）TJ型（c）TV型
h H (m2 )

式中：H——气浮池中的静水压力
ρ——气水混合体的容重，0.67kg/L H U 2 (m) 2g
式中：φ——压力系数，等于0.2~0.3
U——叶轮的圆周线速度10~15m/s
每座气浮池的表面积f（m2）
采用正方形，边长L=6D（D——叶轮直径 200~400mm）
所以：f=36D2
水中气泡与颗粒粘附之前单位界面面积上的界面能为W1=σ1.3十 σ1.2，而粘附后则减为W2=σ2.3界面能减少的数值为：
∆W＝W1—W2＝σ1.3十σ1.2一σ2.3 （2—11—18) 将式(2—11—17)代入式(2—11—18)得；
∆W＝σ1.2 (1-cosθ) 亲水性和疏水性物质的接触，当θ→0ْ，即颗粒完全被水湿润cosθ→l， ∆W→0，颗粒不与气泡粘附，就不宜用气浮法处理。当 θ→180ْ，颗粒完全不被水湿润，cosθ→-1，∆W→2σ1.2，颗粒易于与 气泡粘附，宜于气浮法处理。此外如σ1.2很小，∆W亦小，也不利于气 泡与颗粒的粘附。
P2
8
图 8-14 内循环式射流加压溶气方式
1-回流水；2-清水池；3-加压泵；4-射流器Ι；5-射流器Ⅱ；6-溶气罐； 7-水位自控设备；8-循环泵；9-减压释放设备；10-真空进气阀
（3）空气饱和设备： 作用：在一定压力下将空气溶解于水中而提供溶气水的设备 加压泵：溶入空气量V=KTP（L/m3水） 式中：P ——空气所受的绝对压力（Pa） KT——溶解常数，见表13—4 设计空气量V’=1.25V（L/m3水） 空气在水中的溶解量与加压时间关系 溶气罐 填充式溶气罐（图8—15）
σ1.2
σ1.2
气泡
σ2..3
σ1.3
θ
σ2..3
颗粒
亲水性
颗粒
亲水性和疏水性物质的接触
θ
σ1.3
疏水性
2．投加化学药剂对气浮效果的促进作用 (1)投加表面活性剂维持泡沫的稳定性 (2)利用混凝剂脱稳以油的颗粒为例，表面 活性物质的非极性端吸附于油粒上，极性端 则伸向水中，极性端在水中电离，使油粒被 包围了一层负电荷，产生了双电层现象，增 大了ζ-电位，不仅阻碍油粒兼并，也影响抽 粒与气泡粘附。 (3)投加浮选剂改变颗粒表面性质
气浮池数目
m' F f
一个叶轮能吸入的水气混合体量q为：
q Q 1000 (L / S)
60m'(1 )
式中：α——曝气系数，试验确定，可取0.35
叶轮转速 n 60U (r / min) D
叶轮所需功率
N Hq (KW ) 102
式中：η约等于0.2~0.3
8.2.3 溶气气浮法 根据气泡析出时所处压力不同，溶气气浮法分为：溶气 真空气浮：空气在常压或加压下溶入水中，在负压下析出。 加压溶气气浮：空气在加压下溶入水中，在常压下析出。 1、溶气真空气浮 废气在常压下被曝气，使其充分溶气，然后在真空条件 下，使废水中溶气析出，形成细微气泡，粘附颗粒杂质上浮 于水面形成泡沫浮渣而除去。此法优点是：气泡形成、气泡 粘附于微粒以及絮凝体的上浮都处于稳定环境，絮体很少被 破坏。气浮过程能耗小。其缺点是：容气量小，布、不适于 处理含悬浮物浓度高的废水；气浮在负压下运行，刮渣机等 设备都要在密封气浮池内，所以气浮池的结构复杂，维护运 行困难，故此法应用较少
原水
溶 气 水
集水
排 渣
排泥
图 8-20 组合一体化气浮池
(反应--气浮--沉淀）
● 反应——气浮——过滤池（图8—21）
溶 气 水 原 水
砂
泵 排 渣
出水
图 8-21 组合式一体化气浮池
（反应-气浮-过滤）
（5）平流式矩形气浮池的设计 设计参数： ● H有效=2.0~2.5m； q=5~10m3/m2·h；
如图所示。如θ<90ْ为亲水性颗粒，不易与气泡粘附，θ>90ْْ为疏水 性颗粒，易于与气泡粘附。在气、液、固相接触时，三个界面张力总是
平衡的。以σ表示界面张力，有： σ1.3=σ1.2cos(180ْ－θ)+ σ2.3 (2-11-17)
式中：σ1.3——水、固界面张力； σ1.2——液、气界面张力； σ2.3——气、固界面张力； θ——接触角。
7 3
4
8
10
浮
渣
2
5
6
9
1
出
水
图 8-9 全溶气方式加压溶气浮上法流程
1-原水进入；2-加压泵；3-空气加入；4-压力溶气罐 （含填料层）；5-减压阀；6-气浮池；7-放气阀； 8-刮渣机；9-集水系统；10-化学药剂
• 部分溶气流程（图8—10）
7
压
3
力
表
4
8
10
2 1
5
6
9
浮 渣
出 水
图 8-10 部分溶气方式浮上法流程
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。
2H 2e H 2
OH 4e 2H 2O O2
在直流电作用下，正负两极产生的氢和氧
的微气泡，将废水中呈颗粒状的污染物带至
水面以进行固液分离。
(c)
TS型溶气释放器 ·>0.15Mpa，释放溶气量的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20~40um
（4）气浮池 ● 平流式气浮池（图8—17）
7
3
9
4
5
1
2
60
°
6
8
10
图 8-17 有回流的平流式气浮池
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
8.2.1.2.电解气浮法的气浮装置 1、竖流式电解气浮池（图8—4）
10
9
出水
5
7 进水
4 35
2
18
排泥
6
图 8-4 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
2、平流式电解气浮池（图8—5） 平流式电解气浮装置的工艺设计
• 水泵压水管射流溶气方式：（图8—13）
7
5
空
气
吸
4
水
1 6
2
图 8-13 水泵压水管射流溶气方式
• 一般形式
1-回流水；2-加压泵；3-射流器；4-溶气罐； 5-压力表；6-减压释放设备；7-放气阀；
内循环式射流加压溶气（图8—14）
1
P1
2
4 Ⅰ
空气 循环
7
3
5
10 空
P
气
吸
入 6
9
水流循 环
② 电极作用表面积 S EQ (m2 )
（8—7）
i
式中：Q——废水设计流量，m3/h。
E——比流量，A ·h/m3
i——电极电流密度，A /m3
EQ :
A•h m3
•
m3 h

A
③ 极板面积
A S (m2 ) n 1
（8—8）
④ 极板高度 b = h1（气浮分离室澄清层高度）
极板长度 L= A/ b（m）
1-叶轮；2-盖板；3-转轴；4-轴套；5-叶轮叶片；6-导 向叶片；7-循环进水孔
2）叶轮气浮池的设计
总容积W=αQt（m3）
式中：Q——处理废水量，m3/min
t ——气浮时间，为16~20min
α——系数一般1.1~1.4
总面积
F W (m2 )
h
式中：h——气浮池工作水深1.5~2m，而<3m
1-原水进入；2-加压泵；3-空气加入；4-压力溶气罐 （含填料层）；5-减压阀；6-气浮池；7-放气阀； 8-刮渣机；9-集水系统；10-化学药剂
• 回流加压溶气流程（图8—11）
7 3
4
8
1
5 2
6
9 出 水
回 流
图 8-11 回流加压溶气方式流程示意图
1-原水进入；2-加压泵；3-空气进入；4-压力溶气罐 （含填料层）；5-减压阀；6-气浮池；7-放气阀； 8-刮渣机；9-集水管及回流清水管
3、加压溶气气浮系统的设计
（1）溶气方式
水泵吸入管溶气方式：水泵吸水管吸气、水泵压力管上的支管射流器
吸气
吸气量 < 水泵流量的（7~8）%（体积比）
6
6
7
3
7
1
3
5
4
5
1 8
2
8 2
(a)
(b)
图 8-12 水泵吸水管吸气、溶气方式
1-回流水；2-加压泵；3-气量计；4-射流器；5-溶气罐；6-放气管；7-压力表；8-减压释放设备
进水
空气
6 5
4 3
5
出水 进水
7 11 2 3 6 8 出水
11
12
泡沫
9
10
图 8-7 叶轮气浮设备构造示意
1-叶轮；2-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
叶轮旋转方向 7
2
60o
6
5 1 34
图 8-8 叶轮盖板构造
2、加压溶气气浮 （1）工作原理 在加压条件下，使空气溶于水，形成空气过饱和状态。然后减至常压， 使空气析出，以微小气泡释放于水中，实现气浮，此法形成气泡小，约20～100μm，处 理效果好，应用广泛。 （2）加压溶气气浮工艺流程 加压溶气气浮可分为：全溶气流程、部分溶气流程、回流加压溶气流程。 全溶气流程（图8—9）
● 竖流式气浮池（图8—18）
8
7
9
5
4 6
1
2 QR
Q
3
图 8-18 竖流式气浮池
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
● 反应——气浮池（图8—19）
溶
气
原水
水
排渣
出水
图 8-19 平流式气浮池（反应-气浮）
● 反应——气浮——沉淀池（图8—20）
t停留=10~20min； L/B=1：（1~1.5） ● U上升（接触区下端）=20mm/s； U上升（接触区上端）=5~10mm/s；
t停留≥2min；隔板角度600，隔板直段高度300~500mm ● 分离区U下=1~3mm/s（含溶气水回流量）
a

A S

经减压释放的溶解空气总量 悬浮带入的悬浮固体总量
8.2 气浮的分类与特点
根据气泡产生的方式气浮法分为： 电解气浮法； 散气气浮法：扩散板曝气气浮、叶轮气浮。 溶气气浮法：溶气真空气浮 加压溶气气浮：全溶气流程、部分溶气流程、
回流加压溶气流程。
8.2.1电解气浮法
8．2．1．1工作原理
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
⑤ 电极室长度 L2 =L+2l（m） （8—9）
⑥ 电极室总高度 H= h1+h2+h3 （8—10）
式中：h1——澄清层高度m，取1.0~1.5m h2——浮渣层高度m，取0.4~0.5m h3——保护高度m，取0.3~0.5m ⑦ 电极室容积V1=BHL2（m3） ⑧ 分离室容积V2=Qt，t——气浮分离时间，