气浮

诚信做人；数据真实；分析合理；富于创新1《环工综合实验（1）》（溶气气浮实验）实验报告专业环境工程班级卓越环工1101姓名周亦圆指导教师余阳成绩东华大学环境科学与工程学院实验中心二0一三年十一月诚信做人；数据真实；分析合理；富于创新2实验题目溶气气浮实验实验类别综合实验室1141实验时间2013年11月28日18时~21:20时实验环境温度:湿度:同组人数8本实验报告由我独立完成，绝无抄袭！承诺人签名一、实验目的1、了解加压溶气系统和设备各部分的组成、运行过程、操作和控制要点、溶气水释放的表现特征以及浮渣的形成。2、加深对悬浮颗粒浓度、操作压力与澄清效果间关系的理解。二、实验仪器及设备1、气浮装置(由蓄水池、进水泵、气浮池、清水池、溶气加压泵、溶气罐、溶气释放器、流量计等组成)。2、锥形瓶250mL、漏斗75mmD、100mL量筒各11个；定性滤纸一盒；快速水分测定仪；烧杯若干等。三、实验原理1、气浮净水方法目前环境工程和排水工程中日益广泛应用的一种水处理方法。诚信做人；数据真实；分析合理；富于创新3该法主要用于处理水中相对密度小于或接近于1的悬浮杂质，如乳化油、羊毛脂、纤维以及其他各种有机或无机的悬浮絮体等。因此气浮法在自来水厂、城市污水处理厂以及炼油厂、食品加工厂、造纸厂、毛纺厂、印染厂、化工厂等的水处理中都有应用。气浮法具有处理效果好、周期短、占地面积小以及处理后的浮渣中固体物质含量较高等优点；但也存在设备多、操作复杂、动力消耗大的缺点。2、气浮法就是使空气以微小气泡的形式出现于水中并慢慢自下而上地上升，在上升过程中，气泡与水中污染物接触，并把污染物黏附于气泡上（或气泡附于污染物上），从而形成密度小于水的气水结合物浮升到水面，使污染物质从水中分离出去。3、产生密度小于水气、水结合物的主要条件如下：（1）水中污染物质具有足够的憎水性;（2）加入水中的空气所形成气泡直径不宜大于70µm;（3）气泡与水中污染物质应有足够的接触时间。4、气浮法按水中气泡产生的方法分为布气气浮、溶气气浮和电气气浮几种。由于布气气浮一般气浮直径较大、气浮效果较差，而电气浮气泡直径虽不大但耗电较多，因此目前应用气浮法的工程中，以加压溶气气浮法最多。5、加压溶气气浮法就是使空气在一定压力的作用下溶解于水，并达到饱和状态，然后使加压水表面压力突然减到常压，此时溶解于水中的空气便以微小气泡的形式从水中逸出来。这样产生了供气浮用的合格的微小气泡6、影响加压溶气气浮的因素很多，如空气在水中溶解量、气泡直径的大小、气浮时间、水质、药剂种类与加药量、表面活性物质种类、数量等。因此，采用气浮法进行水质处理时，常需通过实验测定一些有关的设计运行参数。诚信做人；数据真实；分析合理；富于创新4思考题：1、采用氯化铁作为混凝气浮的混凝剂可行吗？染色废水混凝气浮选用的混凝剂有何讲究？答：可行。三氯化铁为褐色晶体，极易溶解，Fe3+在水溶液中以水合离子Fe(H2O)63+的形态存在，当溶液的PH值增大，水合铁离子会发生配位水分子的离解，即水解反应生成各种羟基铁离子。形成的絮凝体较紧密，易沉淀。目前国内用于印染废水的无机混凝剂有硫酸亚铁、氯化铁、聚合硫酸铁、硫酸铝、氯化铝、碱式氯化铝（PAC）、含镁脱色剂、Fenton试剂、改性膨润土等。其中以铁盐、镁盐、铝盐以及硅、钙元素的化合物为主。印染废水种类繁多，混凝剂应结合具体废水的性质,如染料品种、色度、废水pH值等,选择合适的混凝剂进行混凝气浮。以下是几种不同混凝剂的适用废水种类。①铝系混凝剂：PAC对深蓝色印染废水的处理效果较好，对红色废水（低浓度）的处理效果比较差。碱式氯化铝处理酸性染料、分散性染料及直接染料的印染废水的效果较好。且当PH值大于4时，适用铝系混凝剂更有利于吸附印染废水中悬浮的胶体杂质。②铁系混凝剂：铁盐混凝剂其混凝作用机理与铝盐相似。但铁较铝有更强的亲OH—能力，因此，水解的速度远远快于铝盐，铁盐中Fe3+对非水溶性染料在.PH值5~11的范围内色度去除率高。硫酸亚铁辅以适当的助凝剂，对不溶性染料和大部分水溶性染料均有较好的脱色效果。③镁及其它混凝剂：镁盐和碱生成带正电荷的氢氧化镁沉淀，强烈吸附带负电荷的阴离子染料而使染料废水得以脱色。尤其对含磺酸基团的水溶性染料具有良好的处理效果。镁盐在一定的PH溶液中发生水解反应，生成各种羟基络合物。在高PH值（10.4~12.4）时，经水解反应生成具有聚合作用的物质氢氧化镁胶体；在低PH值时，Mg2+，MgOH+可在多种表面上发生专属吸附作用。④复合混凝剂：除了铁盐、镁盐、铝盐无机混凝剂外，还有高效复合混凝剂，它对水溶性染料废水脱色效果良好。聚硅酸盐是一类新型无机高分子混凝剂，把铝盐或铁盐引入到聚硅酸中制成混凝剂可预先羟基化聚合后再混合，也可先混合再聚合，这类混凝剂具有聚硅酸和聚铝或聚铁的优点，混凝脱稳性能远超过单独的聚硅酸或聚金属离子，同聚硅酸相比，不但提高了稳定性，且增加了电中和诚信做人；数据真实；分析合理；富于创新5能力，同聚金属离子相比，则增强了黏结架桥效能。现介绍几种混凝剂及其使用条件：（1）硫酸铝①有固、液两种形态，一般使用固态硫酸铝。②根据其中不溶于水的物质的含量，可分为精制和粗制两种③精制硫酸铝含有不同数量的结晶水，常用的是Al2(SO4)3·18H2O，含无水硫酸铝50%～52%，含Al2O3约15%，密度1.62，外观为白色结晶体④粗制硫酸铝中有效氧化铝含量基本与精制相同，主要是不溶于水的物质含量高，废渣较多，价格较低，但质量不稳定，且因不溶于水的杂质含量高，酸度较高，腐蚀性较强，溶解与投加设备需考虑防腐。适用条件硫酸铝适用于水温为20～40℃，pH=4～8的水质条件，当pH=4～7时，主要去除水中有机物，pH=5.7～7.8时，主要去除水中悬浮物，pH=6.4～7.8时，主要处理浊度高，色度低（小于30度）的水优缺点硫酸铝使用方便，混凝效果较好，不会给处理后的水质带来不良影响。但是当水温低时水解困难，形成的絮体较松散。（2）聚合氯化铝（PAC）聚合氯化铝又名碱式氯化铝或羟基氯化铝，是一种无机高分子混凝剂。它是以铝灰或含铝矿物作为原料，采用酸溶或碱溶法加工而成，其中含氧化铝(Al2O3)10％以上，不溶物1％，其化学式为[Al2(OH)nC16-n]m，其中n＝1～5，m≤10，是m个A12(OH)nCl6-n（羟基氯化铝）单体的聚合物。100%3lAOHnnB聚合氯化铝可看成是AlCl3在一定的条件下经水解、聚合逐步转化成Al(OH)3沉淀物过程中的各种中间产物。聚合氯化铝作为混凝剂处理废水的特点：①对污染严重或低浊度、高浊度、高色度的原水都可达到较好的混凝效果；②温度适应性好，pH值适用范围宽，可在pH=5～9之间使用；诚信做人；数据真实；分析合理；富于创新6③矾花形成快，颗粒大而重，沉淀性能好，投药量—般比硫酸铝低；④其碱化度比其他铝盐、铁盐高，因此药液对设备的侵蚀作用小，且处理后水的pH值和碱度下降较小。（3）三氯化铁①三氯化铁（FeCl3·6H2O）是一种常用的混凝剂，是黑褐色的结晶体，有强烈吸水性，极易溶于水。②和铝盐相似，在一定的条件下，Fe3+通过水解、聚合可形成多种成分的配合物或聚合物，如单核组分Fe(OH)2+、Fe(OH)2+及多核组分Fe2(OH)24+、Fe3(OH)45+等，以至Fe(OH)3沉淀物。其混凝机理亦与硫酸铝相似。优缺点：①形成的矾花比重大，易沉降，在低温、低浊时仍有较好效果，适宜的pH值范围也较宽。②溶液具有强腐蚀性，处理后的水的色度比用铝盐高。（4）聚合硫酸铁（PFS）①聚合硫酸铁的化学式为[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m，英文缩写为PFS。②它与聚合铝盐都是具有一定碱化度的无机高分子聚合物，且作用机理也颇为相似。适宜水温10～50℃，pH5.0～8.5，但在pH4~11的范围内均可使用。优点与普通铁盐相比，它具有投加剂量小，絮体生成快，对水质的适应范围广以及水解时消耗水中碱度少等一系列优点，因而在废水处理中的应用越来越广泛。（5）有机高分子混凝剂①高分子混凝剂分为人工合成和天然两类，常用的是人工合成的混凝剂。②高分子混凝剂一般都是线型高分子聚合物，它们的分子呈链状，并由很多链节组成，每一链节为一化学单体，各单体以共价键结合。③聚合物的分子量是各单体的分子量的总和，一个聚合物分子中单体的总数称聚合度。④高分子混凝剂溶于水中，将生成大量的线型高分子，当高分子聚合物的单体含有可离解官能基团时，沿链状分子长度就会有大量可离解基团，基团离解即形成高聚物离子。诚信做人；数据真实；分析合理；富于创新7这里介绍一种高分子混凝剂：聚丙烯酰胺（PAM）①聚丙烯酰胺（PAM）是一种最重要的和使用最多的高分子混凝剂，也称为三号絮凝剂②当原水浊度低时，宜先投加其它凝混剂，后投聚丙烯酰胺(相隔半分钟为宜)，使杂质颗粒先行脱稳到一定程度，为聚丙烯酰胺大离子的絮凝作用创造有利条件③当原水浊度较高时，宜先投聚丙烯酰胺，后投其它混凝剂，让聚丙烯酰胺先在较高浊度水中充分发挥作用，吸附一部分胶粒，使浊度有所降低，其余胶粒由其它混凝剂脱稳，再由聚丙烯酰胺吸附，这样可降低其它混凝剂的剂量。④聚丙烯酰胺是由丙烯酰胺聚合而成，其中还剩有少量未聚合的丙烯酰胺单体。这种单体是有毒的，故产品中的单体残留量应严格控制。有的国家规定混凝剂中单体丙烯酰胺的含量须在0.2％以下；有的国家规定不得超过0.05％。2、压力溶气气浮法是目前国内外最常采用的方法，可选择的基本流程有全流程溶气气浮法、部分溶气气浮法和部分回流溶气气浮法三种。这三种气浮方法有什么区别，你认为哪种气浮方法最好？答：（1）全流程溶气气浮法流程是使全部经混凝后的废水全部经溶气罐加压溶气,将全部废水进行加压溶气，再经过减压装置释放进入气浮池进行固液分离分离。与其他两个流程相比，其电耗高，但因不另加溶气水，所以气浮池容积小(流程见图如下)。（2)部分溶气气浮法流程是将一部分已经混凝的废水进行加压溶气,然后使之经释放器释放,并与待处典单城水混合而实现气浮。此流程可缩小气浮系统的装置诚信做人；数据真实；分析合理；富于创新8及降低动力费用，但易打碎絮体而影响净水效果,且控制也此困难（流程简图如下）。（3）部分回流溶气气浮法是指用水泵将部分气浮出水提升到溶气罐，加压到0.3~0.55MPa，同时注入压缩空气使之过饱和，然后瞬间减压，原来容积在水中的空气骤然释放，产生出大量的微细气泡，从而使被除去物质与微细气泡结合在一起。其特点为：①在加压条件下，空气的溶解度大，供气浮用的气泡数量多，能保证气浮的效果。②溶入水中的气体经急骤减压后，可以释放出大量的尺寸微细、粒度均匀、密集稳定的微气泡。微气泡集群上浮过程稳定，对水流的扰动较小，可以确保气浮效果，特别适用于细小颗粒和疏松絮体的固液分离过程。③工艺流程及设备比较简单，管理维修方便，处理效果稳定，并且节能效果显著。④加压气浮产生的微气泡可以直接参与凝聚并和微絮粒一起共聚长大，因此可以节约混凝剂的用量（流程简图如下）。我认为部分回流溶气气浮法最好。此法是取一部分出水回流进行加压和溶气，减压后直接进入气浮池，与来自絮凝池的含油废水混合和气浮。回流量一般为含油废水的25%-100%。其特点为：①加压的水量少，动力消耗少；②气浮过程中不促进乳化；③矾花形成好，出水中絮凝也少；④气浮池诚信做人；数据真实；分析合理；富于创新9的容积较前两种流程大。为了提高气浮的处理效果，往往向废水中加入混凝剂或气浮剂，投加量因水质不同而异。四、实验步骤（一）1.配置50ppm分散大红溶液12升，每隔2分钟加入10%硫酸铝溶液5ml，并缓慢搅拌，直至产生矾花，配置成混凝水，并测定混凝水的SS，以确定后续实验气固比。2.向4根分离柱分别注入880mm（气浮柱）、990mm（气浮柱）、1056mm（气浮柱）、1320mm高度（沉淀柱）的混凝水，并静置5分钟，使得分离柱中的混凝水矾花重新凝结。3.打开三根气浮分离柱阀门，分别向气浮柱缓慢注入加压溶气水，各柱注入量到终线1320m