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第二章水污染控制的物理法第二章水污染控制的物理法气浮过滤离心第四节气浮•一、气浮理论基础气浮法是利用高度分散的微小气泡作为载体去粘附废水中的悬浮物，使其随气泡浮升到水面而加以分离去除的一种水处理方法。第四节气浮•在水处理中，气浮法广泛应用于：•（1）分离水中的细小悬浮物、藻类及微絮体；•（2）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；•（3）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过程；•（4）分离回收含油废水中的悬浮油和乳化油；•（5）分离回收以分子或离子状态存在的目的物，如表面活性物质和金属离子等。第四节气浮•二、气浮原理•气浮过程包括气泡产生、气泡与颗粒（固体或液滴）附着以及上浮分离等连续步骤。•1.气泡的产生•产生微气泡的方法主要有电解、分散空气和溶解空气再释放三种。•2.润湿性•水中通入气泡后，并非任何悬浮物都能与之黏附。这取决于该物质的润湿性，即被水润湿的程度。润湿性大小，可用它们与水的接触角来衡量。第四节气浮当0时，这种物质不能气浮；90°，颗粒为亲水性，不易与气泡黏附；90°，颗粒为疏水性，易与气泡黏附；180°时，这种物质易被气浮。第四节气浮•实现气浮分离的三个条件：1、必须使待分离的污染物形成不溶性的固体或液体悬浮体；2、必须使气泡能够与悬浮粒子相粘附；3、必须在水中产生足够数量的细微气泡。第四节气浮•对于亲水性颗粒对于亲水性颗粒，若用气浮法进行分离，则需要经过浮选剂处理，使颗粒表面转变为具有疏水性而附着于气泡上。在废水中投加浮选药剂，选择性地将亲水性的污染物变为疏水性，从而能附着在气泡上，然后一起浮升到水面而加以去除的一种水处理方法，称之为药剂浮选法。第四节气浮•三、浮选剂•浮选剂大多是由极性基团及非极性基团所组成，为双亲分子，即对亲水、疏水性物质都亲密的意思。•浮选剂的极性基团能选择性地被亲水性物质所吸附，非极性基团则朝向水。这样亲水性物质的表面就具有疏水性而黏附在空气泡上了。•同时浮选剂还有促进气泡的作用。•常见的浮选剂有：松香油、脂肪酸盐等•气浮效果的影响因素包括水中空气的溶解量、饱和度、气泡的分散程度及稳定性。它们均与溶气压力有关。•运用气浮法，水面上的泡沫应保持一定程度的稳定性，但又不能过于稳定，过分稳定的泡沫难于运送和脱水。泡沫最适宜的稳定时间为数分钟。为此，在污水中应含有一定浓度的表面活性物质。•四、加压溶气气浮装置•基本工艺流程与工艺选择•加压溶气浮上法是目前常用的浮上法。•这种方法使空气在加压的条件下溶解于水中，然后通过将压力降至常压而使过饱和的空气以微细气泡的形式释放出来。•加压泵的作用，一是提升废水，二是使介质——气、水受到压力作用。1.全溶气气浮法该法是将全部入流废水进行加压溶气，再经过减压释放装置进入气浮池进行固液分离的一种流程。溶气罐气浮池减压阀进水混凝剂空气•2.部分溶气流程•该法是将部分入流废水进行加压溶气，其余部分直接进入气浮池。该法比全溶气流程节省电能，同时因加压泵所需加压的溶气水量与溶气罐的容积比全溶气流程小，故亦可节省一些设备。•但是由于部分溶气流程提供的空气量亦较少，因此，如欲提供同样的空气量，部分溶气流程就必须在更高的压力下运行。•3.回流溶气•在这个流程中，将部分澄清液进行回流加压，入流废水则直接进入气浮池。•空气通入方式有两种:•当空气吸入量小于该温度下废水中空气的饱和量时，在泵前用水射器吸入，而不用空压机。这种方式气水混合好，水泵必须采用自吸方式进水，而且要保持1m以上的水头。•废水在溶气罐内的停留时间为30～60s，一般认为在这个时间内可以完成空气溶于水的过程，并使废水中溶解空气过饱和，多余的空气必须通过排气阀放出，否则由于游离气泡的搅动，会影响气浮池内的气浮效果。•减压阀的作用，在于保持溶气罐出口处的压力恒定，从而可以控制出罐后气泡的大小和数量，也可用低压溶气释放器代替减压阀。•加压溶气气浮法具有以下优点•（1）在加压条件下，空气的溶解度大，供气浮用的气泡数量多，能够确保气浮效果；•（2）溶入的气体经骤然减压释放，产生的气泡不仅微细、粒度均匀、密集度大，而且上浮稳定，对液体扰动微小，因此特别适用于对疏松絮凝体、细小颗粒的固液分离；•（3）工艺过程及设备比较简单，便于管理、维护；第五节过滤•过滤是利用过滤材料分离污水中杂质的一种技术，完成过滤工艺的处理构筑物称为滤池。•过滤结构如书39页图2-14所示•一、过滤原理•过滤机理分为三类，即迁移机理、附着机理和脱落机理。•1.迁移机理•悬浮颗粒脱离流线而与滤料接触的过程，就是迁移过程。•引起颗粒迁移的原因主要有以下几种：•（1）筛分•颗粒比滤层孔隙大的被机械筛分，截留于过滤表面上。•（2）拦截•小颗粒随流线流动在流线上与滤料表面接触。其去除概率与颗粒直径的平方成正比，与滤料粒径的立方成反比。•（3•当流线绕过滤料表面时，具有较大动量和密度的颗粒因惯性冲击而脱离流线碰撞到滤料表面上。•（4）沉淀•如果悬浮物的粒径和密度较大，将存在一个沿重力方向的相对沉淀速度。•在重力作用下，颗粒偏离流线沉淀到滤料表面上。•（5）布朗运动•对于微小悬浮颗粒，由于布朗运动而扩散到•（6）水力作用•由于滤层中的孔隙和悬浮颗粒的形状是极不规则的，在不均匀的剪切流场中，颗粒受到不平衡力的作用不断地转动而偏离流线。•实际过滤中，悬浮颗粒的迁移将受到上述各种机理的作用,它们的相对重要性取决于水流状况、滤层孔隙形状及颗粒本身的性质（粒度、形状、密度等）。•2.附着机理•（1）接触凝聚•向原水中投加凝聚剂，在压缩悬浮颗粒和滤料颗粒表面的双电层后，且尚未生成微絮体时，立即进行过滤。此时水中脱稳的胶体很容易与滤料表面凝聚，即发生接触凝聚作用。快滤池操作通常投加凝聚剂，因此接触凝聚是主要附着机理。•（2）静电引力•由于颗粒表面上的电荷和由此形成的双电层产生静电引力和斥力，故当悬浮颗粒和滤料颗粒带异号电荷时则相吸，反之则相斥。•（3）吸附•悬浮颗粒细小，具有很强的吸附趋势，吸附作用也可能通过絮凝剂的架桥作用实现。絮凝物的一端附着在滤料表面，而另一端附着在悬浮颗粒上。•（4）分子引力•原子、分子间的引力在颗粒附着时起重要作用。万有引力可以叠加。•3.脱落机理•普通快滤池通常用水进行反冲洗，有时先用或同时用压缩空气进行辅助表面冲洗。截留和附着于滤料上的悬浮物受到高速反冲洗水的冲刷而脱落；滤料颗粒在水流中旋转、碰撞和摩擦，也使悬浮物脱落。•滤池•按滤速大小可分为:慢滤池、快滤池和高速滤池；•按水流过滤层的方向可分为:上向流滤池、下向流滤池和双向流滤池；•按滤料种类可分为:砂滤池、煤滤池和煤－砂滤池；•按滤料层数可分为:单层滤池、双层滤池和多层滤池；•按水流性质可分为:压力滤池和重力滤池；•按进出水及反冲洗水的供给和排出方式可分为:普通快滤池、虹吸滤池和无阀滤池等。•1.构造•滤池的种类虽然很多，但其基本构造是相似的。•在污水深度处理中使用的各种滤池都是在普通快滤池的基础上加以改进而来的。•（1）滤料层•滤料层是滤池的核心部分。滤料粒径、滤层高度和滤速是滤池的主要参数。•滤池的反冲洗可以用滤后水，也可以用原污水。有多种形式的滤料可供选择，要根据实际需要和设计要求选配滤料。•不管使用哪一种滤料都要满足以下要求：•①要有足够的机械强度，以免反冲洗时引起磨损。•②要有足够的化学稳定性，不溶于水、不向水中释放其他有害物质。•③要有适当的孔隙率和粒度。•④要有较大的表面积，以圆形为好。随着过滤技术的进步，人们开始用纤维球滤料。•（2）垫料层•垫料层的作用主要是承托滤料（故亦称承托层），防止小滤料经配水系统上的孔眼随水流走，同时保证反冲洗水更均匀地分布于整个滤池中。•垫料层要求不被反冲洗水冲动，形成的孔隙均匀，布水均匀，化学稳定性好，不溶于水。•（3）排水系统•排水系统的作用是均匀收集滤后水，更重要的是均匀分配反冲洗水，故亦称配水系统。•排水系统分为两类，即大阻力排水系统和小阻力排水系统.•普通快滤池大多采用穿孔管式大阻力排水系统。•2.运行•将污水通过一层带孔眼的过滤装置或介质，大于孔眼尺寸的悬浮颗粒物质被截留在介质的表面，从而使污水得到净化。经过一定时间的使用以后，过水的阻力增加，就必须采取一定的措施，如通常采用反冲洗将截留物从过滤介质上除去。•快滤池的运行分过滤和反冲洗两个过程。•（1）过滤过程•污水从进水总管、进水支管，经过水渠进入滤池，水经过滤料层后变清成为洁净的滤后水。经底部配水支管汇集，再经配水干管、清水支管、清水总管流往清水池。•（2）反冲洗过程•先关闭进水管与清水支管上的阀门，然后开排水管及反冲洗水的排水阀门，反冲洗水从反冲洗水管，经过配水管，从下而上流过垫料层和滤料层，滤料在上升水流的作用下，悬浮起来并逐步膨胀到一定高度，使得滤料中的杂质、淤泥冲洗下来,污水进入反冲洗水排出槽经污水渠、排水管排入沟渠，反冲洗直至排水清为止。第六节离心•离心分离：•物体高速旋转，产生离心力场。在离心力场内的各质点，都将承受较其本身重力大出许多倍的离心力，离心力的大小则取决于该质点的质量。这种方法用于废水处理中，用以分离废水中的悬浮固体。•A.压力式水力旋流分离器•在离心力的作用下，水中较大的悬浮固体被甩向器壁，并在其本身重力的作用下，沿器壁向下滑动，在底部形成固体颗粒浓液经排出管连续排出。•B.重力式水力旋流分离器•重力式水力旋流分离器又称水力旋流沉淀池。废水以切线方向进入器内，借进、出水的水头差在器内呈旋转流动。•离心沉降•转鼓周壁无孔，为沉降式转鼓，适合于固体含量较少，颗粒较细的悬浮液分离。•离心过滤•转鼓周壁开孔，为过滤式转鼓，适合于固相含量较多，颗粒较粗的悬浮液分离。