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1、7.4 气浮（Air Flotation）一、气浮法原理 气浮法是固液分离或液液分离的一种技术。气浮法是固液分离或液液分离的一种技术。它是通过某种方法产生大量的微气泡，使其与它是通过某种方法产生大量的微气泡，使其与废水中密度接近于水的团体或液体污染物微粒废水中密度接近于水的团体或液体污染物微粒粘附粘附，形成密度小于水的气浮体，在浮力的作，形成密度小于水的气浮体，在浮力的作用下，上浮至水面形成浮渣，进行固液或液液用下，上浮至水面形成浮渣，进行固液或液液分离。分离。气浮法用于从废水中去除气浮法用于从废水中去除比重小于比重小于1的悬的悬浮物浮物、油类和脂肪，并用于污泥的浓缩。、油类和脂肪，并用于污泥
2、的浓缩。水中颗粒与气泡粘附条件1。润湿接触角 通过润湿周边即相界面交界线)分别作水、粒界面张力作用线和水、气面张力作用线，两作用线的交角为润湿接触角()。3 润湿接触角示意图 固体固体 气泡气泡接触角接触角 GS LG LS 13-液固间张力液固间张力 12-液气间张力液气间张力 23-气固间张力气固间张力5 W LG(cos 1)（a a）当当 0 0（coscos 1 1，W W0 0），），颗粒完全被水润湿颗粒完全被水润湿(完全亲水）时，颗粒不能与气泡粘附。完全亲水）时，颗粒不能与气泡粘附。（b b）180180（coscos l l，W W2 2 LGLG），颗粒完全不颗粒完全不被水润
3、湿（完全疏水）时，颗粒与气泡粘附的动力大，易被水润湿（完全疏水）时，颗粒与气泡粘附的动力大，易于用气浮法处理。于用气浮法处理。（c c）固固体体的的接接触触角角越越大大，越越易易于于与与气气泡泡的的粘粘附附。但但对对于于 LGLG很很小小的的体体系系，虽虽然然有有利利于于固固体体向向气气泡泡的的粘粘附附，但但由由于于粘附动力较小，颗粒向气泡的粘附困难。粘附动力较小，颗粒向气泡的粘附困难。水中颗粒与气泡粘附条件水中颗粒与气泡粘附条件:6 气浮典型流程浮渣8 气浮池（flotation cell)气浮池是气浮气浮池是气浮过程的主要程的主要设备，它的作，它的作用是当用是当废水从减水从减压阀流入水池后
4、，由于流入水池后，由于压力减至常力减至常压，使溶解于，使溶解于废水中的空气水中的空气以以微小气泡形式微小气泡形式逸出。气泡在上升逸出。气泡在上升过程程中吸附乳化油和中吸附乳化油和细小小悬浮浮颗粒，上浮至粒，上浮至水面形成浮渣，由刮渣机除去。水面形成浮渣，由刮渣机除去。加加压溶溶气浮气浮选池的种池的种类较多，介多，介绍平流式平流式、竖流式、斜板式流式、斜板式和和叶叶轮式式四种四种11 竖流式气浮池 1213 14 气浮气浮过程包括程包括气泡气泡(bubble)的的产生生、气气泡与泡与颗粒的附着粒的附着及及上浮分离上浮分离等等连续步步骤。产生数量和尺寸合适的气泡是气浮生数量和尺寸合适的气泡是气浮过
5、程程实现的重要条件的重要条件。废水水处理中采用的气浮法，按水中气泡理中采用的气浮法，按水中气泡产生的方法可分生的方法可分为溶气法溶气法(dissolved air flotation,DAF)、布气法布气法(diffused air flotation,DiAF)和和电解法解法(electrolyzed flotation)三三类。气泡的产生方法气泡的产生方法15 定义：定义：溶气法是使空气在一定压力的作用下溶解于溶气法是使空气在一定压力的作用下溶解于水中，并达到过饱和状态，然后再突然使废水减到水中，并达到过饱和状态，然后再突然使废水减到常压，这时溶解于水中的空气便以微小气泡的形式常压，这时溶
6、解于水中的空气便以微小气泡的形式从水中逸出，以进行浮选过程的方法。从水中逸出，以进行浮选过程的方法。分类：分类：根据根据气泡在水中析出时的所处压力的不同，溶气浮选又气泡在水中析出时的所处压力的不同，溶气浮选又可分为可分为:加压溶气浮选加压溶气浮选和和溶气真空浮选溶气真空浮选两种类型。两种类型。加压溶气法需要有加压溶气法需要有空气压缩机空气压缩机、溶气罐、减压阀或溶气罐、减压阀或溶气释放器溶气释放器、水泵水泵。(1)(1)按空气与水混合的位置有分为按空气与水混合的位置有分为泵前进气泵前进气与与泵后进泵后进气气两种。两种。1.溶气法16 泵泵前前进进气气：这这是是由由水水泵泵压压水水管管中中引引出
7、出一一支支管管，在在支支管管上上按按装装水水力力喷喷射射器器，由由于于水水喷喷射射时时产产生生负负压压，将将空空气气吸吸入入，与与废废水水混混合合后后，经经吸吸水水管管、水水泵泵送送入入溶气罐。溶气罐。溶气水溶气水 去浮去浮选水射器水射器进进水水池池水水泵吸吸水管水管溶溶气气罐罐水水泵压水管水管水水泵空空气气a.泵前进气：泵前进气：17 特点：特点：比比较较简简便便，水水气气混混合均匀，合均匀，但但水水泵泵必必须须采采用用自自吸吸式式进进水水，而而且且要要保持保持1 1 m m以上的水头。以上的水头。最最大大吸吸气气量量不不能能大大于于水水泵泵吸吸水水量量的的1010，否否则则，水水泵泵工工作
8、作不不稳稳定定，会会产产生生气蚀现象。气蚀现象。溶气水溶气水 去浮去浮选水射器水射器进进水水池池水水泵吸吸水管水管溶溶气气罐罐水水泵压水管水管水水泵空空气气18 泵后进气：泵后进气：一般是在一般是在压水管上通入压缩空压水管上通入压缩空气。气。这种方法使水泵工作这种方法使水泵工作稳定，而且不必要求稳定，而且不必要求在正压下工作。在正压下工作。但需要由空气压缩机但需要由空气压缩机供给空气，为了保证供给空气，为了保证良好的溶气效果，溶良好的溶气效果，溶气罐的容积也比较大，气罐的容积也比较大，一般需采用较复杂的一般需采用较复杂的填充式溶气罐。填充式溶气罐。溶气水溶气水去浮去浮选空气空气压缩机机进进水水
9、池池水水泵吸吸水管水管溶溶气气罐罐水水泵压水管水管水水泵b.泵后进气泵后进气19 溶气罐（溶气罐（air receiver)的作用是在一定的的作用是在一定的压力力(一般一般0.20.6MPa)下，保下，保证空气能充分地溶于空气能充分地溶于废水中，并使水、气良好混合。水中，并使水、气良好混合。混合混合时间一般一般为13min，混合混合时间与与进气方式有关，即气方式有关，即泵前前进气混合气混合时间可短可短些，些，泵后后进气混合气混合时间要要长些。些。(2)溶气罐：20（a a）纵隔板式；纵隔板式；(b)b)花板式；花板式；(c)c)横隔板式；横隔板式；(d)d)填充式；填充式；(e)e)涡轮式涡轮
10、式 溶气罐形式溶气罐形式21 减压阀减压阀的作用是保持溶气罐出口处的的作用是保持溶气罐出口处的压力恒定，从而可以控制出罐后气泡压力恒定，从而可以控制出罐后气泡的粒径和数量。的粒径和数量。也可用低压也可用低压溶气释放器溶气释放器来代替减压阀，来代替减压阀，溶气水流经释放器时，由于形成强烈的搅溶气水流经释放器时，由于形成强烈的搅动和涡流，便产生微细气泡动和涡流，便产生微细气泡。(3)减压阀：22 流程：根据废水中所含悬浮物的种类、流程：根据废水中所含悬浮物的种类、性质、处理水净化程度和加压方式的不性质、处理水净化程度和加压方式的不同，基本流程有以下三种：同，基本流程有以下三种：1）全流程溶气浮）全
11、流程溶气浮选法（法（DAF with total aeration of flow)2）部分溶气浮部分溶气浮选法法(DAF with partial aeration of flow)3）部分回流溶气浮部分回流溶气浮选法（法（DAF with recycle aeration of flow)(4)(4)加加压溶气浮溶气浮选法的流程法的流程23 全部废水加压溶气浮选(泵前加气)24 全部废水加压溶气浮选(泵后加气)25（a a）溶气量大，增加了油粒或悬浮颗粒与气泡的溶气量大，增加了油粒或悬浮颗粒与气泡的接触机会；接触机会；（b b）在处理水量相同的条件下，它较部分回流溶在处理水量相同的条件下，
12、它较部分回流溶气气浮法所需的浮选池小，从而减少了基建投资。气气浮法所需的浮选池小，从而减少了基建投资。（c c）但但由由于于全全部部废废水水经经压压力力泵泵，所所以以增增加加了了含含油油废废水水的的乳乳化化程程度度，而而且且压压力力泵泵和和溶溶气气罐罐均均较较其其它两种流程大，因此投资和运转动力消耗较大。它两种流程大，因此投资和运转动力消耗较大。全流程加压气浮全流程加压气浮特点特点：26 部分进水加压溶气气浮法流程27（a a）较较全全流流程程溶溶气气浮浮选选法法所所需需的的压压力力泵泵小小，故动力消耗低；，故动力消耗低；（b b）压压力力泵泵所所造造成成的的乳乳化化油油量量较较全全部部溶溶气
13、气法低；法低；（c c）气气浮浮池池的的大大小小与与全全部部溶溶气气法法相相同同，但但较部分回流溶气法小。较部分回流溶气法小。部分废水加压部分废水加压溶气流程溶气流程特点特点：28 部分回流溶气浮选流程29（a a）加压的水量少，动力消耗省；加压的水量少，动力消耗省；（b b）浮选过程中不促进乳化；浮选过程中不促进乳化；（c c）矾花形成好，后絮凝也少；矾花形成好，后絮凝也少；（d d）不易堵塞；不易堵塞；（e e）缺点是浮选池的容积较前两种缺点是浮选池的容积较前两种流程大流程大。部分回流部分回流溶气浮选法流程特点溶气浮选法流程特点30 布气浮选布气浮选是利用机械剪切力，将混合于水是利用机械剪
14、切力，将混合于水中的空气粉碎成细小的气泡，以进行浮选中的空气粉碎成细小的气泡，以进行浮选的方法。的方法。按粉碎气泡方法的不同，布气气浮又分按粉碎气泡方法的不同，布气气浮又分为为水泵水管吸气浮选水泵水管吸气浮选、射流浮选射流浮选、扩散扩散曝气浮选曝气浮选以及以及叶轮气浮叶轮气浮等四种。等四种。2 布气气浮法31 这是最原始的也是最简单的一种气浮方法。这是最原始的也是最简单的一种气浮方法。这种方法的优点是设备简单，其缺点主要是由于这种方法的优点是设备简单，其缺点主要是由于水泵工作特性的限制，吸入的空气量不能过多，水泵工作特性的限制，吸入的空气量不能过多，一般不大于吸水体积的一般不大于吸水体积的10
15、10，否则将破坏水泵吸，否则将破坏水泵吸水管的负压工作。水管的负压工作。此外，气泡在水泵内破碎的不够完全，粒此外，气泡在水泵内破碎的不够完全，粒径大，因此，气浮效果不好。径大，因此，气浮效果不好。这种方法用于处理通过除油池后的石油废水，这种方法用于处理通过除油池后的石油废水，除油效率一般在除油效率一般在50506565（1）水水泵吸水管吸吸水管吸入入空气气浮空气气浮32 这是采用以水带气这是采用以水带气射流器向废水中混射流器向废水中混入空气进行气浮的入空气进行气浮的方法。方法。溶气水溶气水去浮去浮选水射器水射器进进水水池池水水泵吸吸水管水管水水泵压水管水管水水泵空气空气（2）射流气浮射流气浮3
16、3 由喷嘴射出的高速废水使吸入室形成负压，并从吸由喷嘴射出的高速废水使吸入室形成负压，并从吸气管吸入空气，在水气混合体进入喉管段后进行激烈气管吸入空气，在水气混合体进入喉管段后进行激烈的能量交换，然后进入扩压段的能量交换，然后进入扩压段(扩散段扩散段)，动能转化为，动能转化为势能，进一步压缩气泡，增大了空气在水中的溶解度。势能，进一步压缩气泡，增大了空气在水中的溶解度。射流器构造示意图34 压压缩缩空空气气通通过过具具有有细细孔孔隙隙的的扩扩散散板板或或微微孔孔管管，使使空空气气以以细细小小气气泡泡的的形形式进入水中，进行气浮过程。式进入水中，进行气浮过程。这这种种方方法法的的优优点点是是简简
17、单单易易行行，但但缺缺点点较较多多，其其中中主主要要的的是是空空气气扩扩散散装装置置的的微微孔孔易易于于堵堵塞塞，气气泡泡较较大大，浮浮选选效效率率不不高高等等，因因此此这这种种方方法法近近年年已少用已少用。(3)扩散板散板曝气曝气气浮气浮35 在浮选池底部设有旋转叶轮，在叶轮的上部装着带有在浮选池底部设有旋转叶轮，在叶轮的上部装着带有导向叶片的固定盖板，盖板上有孔洞。导向叶片的固定盖板，盖板上有孔洞。当电动带动动叶轮高速旋转时，在盖板下形成负压，当电动带动动叶轮高速旋转时，在盖板下形成负压，从空气管吸入空气，废水由上的小孔进入，在叶轮的从空气管吸入空气，废水由上的小孔进入，在叶轮的搅动下，空
18、气被粉碎成细小的气泡，并与水充分混合搅动下，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。地垂直上升，进行浮选。L 形成的泡沫不断地被刮板刮出槽外。这种气浮池是从形成的泡沫不断地被刮板刮出槽外。这种气浮池是从矿物浮选中直接移植过来的矿物浮选中直接移植过来的。（4）叶）叶轮浮浮选36 叶轮气浮设备构造示意图叶轮气浮设备构造示意图37 设备简单，易于实现。设备简单，易于实现。其缺点是空气被粉碎的不够充分，形成其缺点是空气被粉碎的不够充分，形成的气泡粒径较大，一般不小于的气泡粒径较大，一般不小于
19、l0OOl0OO m m，这样，在供气量一定的情况下，气泡的这样，在供气量一定的情况下，气泡的表面积小。由于气泡直径大，运动速度表面积小。由于气泡直径大，运动速度快，气泡与被去除污染物质的接触时间快，气泡与被去除污染物质的接触时间短促，这些因素都使布气气浮法去除效短促，这些因素都使布气气浮法去除效率较低。率较低。布气浮布气浮选的特点的特点:38 电解浮选法是对废水进行电解，这时在阴极产生电解浮选法是对废水进行电解，这时在阴极产生大量的氢气泡，氢气泡的直径很小，仅有大量的氢气泡，氢气泡的直径很小，仅有2020100100 m m。废水中的悬浮颗粒粘附在氢气泡上，随其上浮，废水中的悬浮颗粒粘附在氢
20、气泡上，随其上浮，从而达到了净化废水的目的。从而达到了净化废水的目的。与此同时，在阳极上电离形成的氢氧化物起着混与此同时，在阳极上电离形成的氢氧化物起着混凝剂的作用，有助于水中的污泥上浮或下沉。凝剂的作用，有助于水中的污泥上浮或下沉。3 3 电解气浮法电解气浮法40 污污染染物物的的颗颗粒粒是是否否与与气气泡泡粘粘附附及及粘粘附附的的牢牢固固程度，与污染物的程度，与污染物的疏水性疏水性强弱有关。强弱有关。有有时时污污染染物物的的疏疏水水性性较较弱弱，用用气气浮浮法法处处理理时时效效率率很很低低。为为了了增增加加废废水水中中悬悬浮浮颗颗粒粒的的疏疏水水性性，以以提提高高浮浮选选效效果果，需需向向
21、废废水水中中投投加加化化学学药剂，这些化学药剂称为药剂，这些化学药剂称为浮选剂浮选剂。浮浮选选剂剂（flotation flotation reagent)reagent)根根据据其其作作用用的的不同可分为以下几种：不同可分为以下几种：4 4 气浮过程的调节气浮过程的调节41 捕捕收收剂剂(collector)collector)：能能够够提提高高颗颗粒粒可可浮浮性的药剂称为捕收剂。性的药剂称为捕收剂。起起泡泡剂剂(frotherfrother)：它它的的作作用用是是降降低低液液体体表表面面自自由由能能，产产生生大大量量微微细细且且均均匀匀的的气气泡泡，防防止止气气泡泡相相互互兼兼并并，形形成
22、成相相当当稳稳定定的的泡泡沫沫层层。因因此此起起泡泡剂剂是是作作用用在在气气液液界界面面上上，用用以以分分散散空空气气，形形成成稳稳定定的的气气泡。泡。(1)浮浮选药剂的分的分类：42 调整剂包括抑制剂、活化剂和介质调整剂三调整剂包括抑制剂、活化剂和介质调整剂三大类。大类。（1 1）抑制剂抑制剂(depressor)depressor)：能降低物质可浮性的药能降低物质可浮性的药剂称为抑制剂。剂称为抑制剂。（2 2）活化剂活化剂(activator)activator)：能够消除抑制作用的药能够消除抑制作用的药剂称为活化剂。剂称为活化剂。（3 3）介质调整剂介质调整剂(regulator)reg
23、ulator)：介质调整剂的主介质调整剂的主要作用是调整废水的要作用是调整废水的pHpH值值。(2)(2)调整剂：调整剂：43(a)a)分离废水中的细小悬浮物、藻类及微絮体；分离废水中的细小悬浮物、藻类及微絮体；(b)b)回收工业废水中的有用物质，如造纸厂废水回收工业废水中的有用物质，如造纸厂废水中的纸浆纤维及填料等；中的纸浆纤维及填料等；(c)c)代替二次沉淀池，分离和浓缩剩余活性污泥，代替二次沉淀池，分离和浓缩剩余活性污泥，特别适用于那些易于产生污泥膨胀的生化处理工特别适用于那些易于产生污泥膨胀的生化处理工艺中；艺中；(d)d)处理含油废水，分离回收含油废水中的悬浮油处理含油废水，分离回收
24、含油废水中的悬浮油和乳化油；和乳化油；气浮法的应用及特点气浮法的应用及特点44(a)a)由于气浮池的表面负荷有可能高达由于气浮池的表面负荷有可能高达l2ml2m3 3/m/m2 2h h，水水在池中停留时间只需在池中停留时间只需10102 2OminOmin，而且池深只需而且池深只需2 2m m左右，左右，故占地较少，节省基建投资；故占地较少，节省基建投资；(b)b)气浮池具有预曝气作用，出水和浮渣都含有气浮池具有预曝气作用，出水和浮渣都含有一定量的氧，有利于后续处理或再用，泥渣也不一定量的氧，有利于后续处理或再用，泥渣也不易腐化；易腐化；(c)c)对对那那些些很很难难用用沉沉降降法法去去除除
25、的的低低浊浊度度含含藻藻水水，气气浮浮法法处处理理效效率率高高，甚甚至至还还可可去去除除原原水水中中的的浮浮游游生物，出水水质好；生物，出水水质好；气浮法的特点：气浮法的特点：45(d)d)浮渣含水率低，一般在浮渣含水率低，一般在96%96%以下，比沉淀池以下，比沉淀池污泥体积少污泥体积少2 21010倍，这对污泥的后续处理有利，倍，这对污泥的后续处理有利，而且表面刮渣也比池底排泥方便；而且表面刮渣也比池底排泥方便；(e)e)可以回收利用有用物质；可以回收利用有用物质；(f)f)气浮法所需药剂量比沉淀法节省。气浮法所需药剂量比沉淀法节省。(g)g)气浮法电耗较大，处理每吨废水比沉淀法多气浮法电耗较大，处理每吨废水比沉淀法多耗电约耗电约0.020.020.040.04kWhkWh；目前使用的溶气水减压目前使用的溶气水减压释放器易堵塞；浮渣怕较大的风雨袭击。释放器易堵塞；浮渣怕较大的风雨袭击。