第2章-污水处理典型设备设计——气浮池

第2章污水处理典型设备设计2.8气浮池第三节气浮设备AirFlotation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：原理和设备重点二加压溶气浮上法的基本原理难点三压力溶气气浮法系统的组成和设计难点概述1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。A、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）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。（悬浮物具有疏水性质）2实现气浮分离的必要条件固液或液液分离：①含油废水的油水分离；②回收有用物质：如纸浆、细小纤维等；③代替二沉池：不易沉淀或易膨胀的活性污泥；④密度接近于1的工业废水的预处理；⑤剩余污泥浓缩3气浮法的应用一气浮类型1电解气浮法(electrolyzedflotation)2分散空气气浮法(diffusedairflotation)3溶解空气气浮法（dissolvedairflotation）1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、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1电解气浮法分类：微孔曝气气浮法剪切气泡气浮法（叶轮气浮法）2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。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。(1)微孔曝气气浮法优点：简单易行缺点：微孔板（管）容易堵塞，气泡较大，效果不高。（2）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。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剪切气泡气浮法适用于处理水量不大、但污染物质浓度较高的废水；用于除油时除油效果达80%左右。（2）剪切气泡气浮法3.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，然后减压条件下析出溶解空气，形成微气泡。分类：⑴溶气真空气浮⑵加压溶气气浮⑴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。⑵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。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。①全加压溶气流程0.3～0.5MPa全部废水溶气气浮法将全部废水进行加压溶气，再经减压释放装置进入气浮池，进行气浮分离。1－加压泵2－压力溶气罐3－减压阀4－溶气释放器5－分离区6－刮渣机7－水位调节器8－压力表9－放气阀10－排水区11－浮渣室空气饱和设备加压水泵供水和空气压缩机供气到溶气罐，两者充分混合接触，空气在压力下溶入水中。其装置如下图所示，系统组成包括空气饱和设备、空气释放设备、气浮池、除渣设备等。空气释放设备除渣设备气浮池②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。部分废水溶气气浮法它是将部分废水进行加压溶气，其余废水直接进入气浮池，装置如下图所示。1－加压泵2－压力溶气罐3－减压阀4－分离区5－刮渣机6－水位调节器7－压力表8－放气阀③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部分回流溶气气浮法将部分出水进行回流，加压后送入气浮池，而废水则直接送入气浮池中，其装置如下图所示。1－加压泵2－压力溶气罐3－减压阀4－分离区5－刮渣机6－水位调节器7－压力表8－放气阀刮渣设备二加压溶气气浮的基本原理1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，则形成的气泡直径越小，气浮处理效果越好。颗粒—气泡”复合体的上浮速度mrr18)(2dguL-=S2接触吸附原理LS＋LGcos＝GS在三相接触点上，三个界面的张力总是处于平衡状态：界面能E=σ·Sσ：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：W1=σLS+σLG附着后，单位面积上的界面能：W2=σGS其界面能降低的数值为：W=W1－W2=σLS+σLG－GS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挤开气泡与颗粒之间水膜所做的功讨论：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θ90°时，颗粒表面仍是亲水性占优势，不容易气浮分离;④当θ90°时，颗粒表面疏水性占优势，容易气浮分离。W＝LG(1－cos)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，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。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。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。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（一）压力溶气气浮法系统的组成和工艺参数（二）加压溶气气浮的设计计算压力溶气气浮法系统的组成压力溶气系统空气释放系统气浮池（一）压力溶气气浮法系统的组成和工艺参数加压水泵压力溶气灌空气供给设备提升污水，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。cfe2e1dbaA填料溶气罐的主要工艺参数：过流密度：2500-5000m3/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。溶气罐供气方式：a、水泵吸水管吸入空气b、水泵出水管射流溶气；c、采用空气压缩机供气。a、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。b、水泵出水管射流溶气；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。c、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1压力溶气系统2空气释放系统3气浮池（一）压力溶气气浮法系统的组成和工艺参数加压水泵压力溶气灌空气供给设备提升污水，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。入流速度小于0.1m/s(1)平流式气浮池反应池：废水和混凝剂混合，形成絮体。5－15min气浮接触池：絮体与气泡接触1－2min气浮分离室：10－20min池身浅，构造简单，运行方便；分离室容积利用率不高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。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。（2）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。反应池气浮接触池气浮分离室接触室在中央，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。竖流式电解气浮装置，如下图所示。工作过程：原水进入入流室，经过整流栅整流后进入电极组，电极在直流电的作用下使水电解产生细小的氢气泡和氧气泡，气泡粘附水中的固体或液体颗粒后随水流通过出流孔进入分离室，并上浮至水面形成泡沫状浮渣，在刮渣机的作用下刮入浮渣室而排出；出水通过集水孔进入出水管再经过水位调节器排出。不能被分离而沉于分离室底的沉淀物则通过排泥管排出。分离室分离室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。（二）加压溶气气浮的设计计算设计内容：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。1）气浮所需空气量P48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，%；ac——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）。cgaQRQ'=有试验资料时无试验资料时，可根据气固比（A/S）进行估算SivvR0a7.14)7.147.14(3.1rqqffpcSA-=式中：A/S