第1页：第3章 气浮法
第3章气浮法Flotation
第2页：本章目的要求与教学内容
目的要求：※掌握气浮的基本原理※了解气浮的分类与特点※了解气浮法在废水处理中的应用重点难点：※气浮的基本原理；※气浮法的应用
第3页：3.1 气浮的基本原理
- 3.1气浮的基本原理3.1.1基本概念利用高度分散的微小气泡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。•具体过程：通入空气→产生微细气泡→SS附着在气泡上→上浮•应用：自然沉淀或上浮难于去除的悬浮物，以及比重接近1的固体颗粒或液体
第4页：3.1 气浮的基本原理
- 3.1.2气浮的理论基础（1）水中颗粒与气泡粘附的条件水、气、固三相混合体系中，不同介质表面因受力不均衡而存在界面张力，气泡与颗粒或絮体一旦接触，由于界面张力存在会产生表面吸附作用。润湿周边：三相间的吸附界面构成的交界线。与润湿接触角有关系。（见下页图）亲水吸附与疏水吸附
第5页：亲水性与疏水性物质的接触角
- 亲水性和疏水性物质的接触σl-gσl-gσl-sσl-sσg-sσg-s
第6页：悬浮颗粒与气泡的粘附条件
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，液、气、固体颗粒三相分别用l，g，s表示。
第7页：接触角θ与粘附性能
如θ<90°为亲水性颗粒，不易与气泡粘附，θ>90°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：
第8页：亲水与疏水颗粒的接触角对比
- 亲水性和疏水性物质的接触σl-gσl-gσl-sσl-sσg-sσg-s
第9页：接触角θ的取值与粘附判据
如θ<90°为亲水性颗粒，不易与气泡粘附，θ>90°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：σl-s=σl-gcos(180°－θ)+σg-s式中：σl-s——水、固界面张力；σl-g——液、气界面张力；σg-s——气、固界面张力；θ——接触角。
第10页：气泡与颗粒的粘附着生过程
水中气泡与颗粒粘附之前单位界面面积上的界面能为Wl=σl-s十σl-g，而粘附后则减为Wg=σg-s界面能减少的数值为：∆W＝Wl-Wg＝σl-s十σl-g-σg-sσl-s=σl-gcos(180°－θ)+σg-s∆W＝σl-g(1-cosθ)∆W>0，粘附发生
第11页：接触角θ对浮力的影响
当θ→0°，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→180°，颗粒完全不被水湿润，cosθ→-1，∆W→2σl-g，颗粒易于与气泡粘附，宜于气浮法处理。此外如σl-g很小，∆W亦小，也不利于气泡与颗粒的粘附。
第12页：气浮分离的动力学条件
- （2）泡沫的稳定性不稳定的后果：气泡浮到水面后，水分很快蒸发，泡沫容易破灭，会使已经浮到水面的污染物又脱落回到水中。方法：投加起泡剂（表面活性物质）达到易起气泡的稳定的目的。（3）改变疏水性能向水中投加浮选剂，可以使颗粒由亲水性物质变为疏水性。
第13页：悬浮物的疏水性质
实现气浮分离的必要条件A、必须向水中提供足够数量的微细气泡。（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，从而附着于气泡上浮升。（悬浮物具有疏水性质）CONCLUSION
第14页：投加浮选剂改变颗粒表面性质
- 3.1.3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，也影响颗粒与气泡粘附。(3)投加浮选剂改变颗粒表面性质
第15页：3.2 气浮的分类与特点
- 3.2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
第16页：电解气浮法与室内实验
- 3.2.1电解气浮法3.2.1.1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。阳极和阴极产生氢气和氧气的微细气泡，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。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。电解气浮法室内实验
第17页：竖流式电解气浮池
- 3.2.1.2电解气浮法的气浮装置竖流式电解气浮池
第18页：平流式电解气浮池
平流式电解气浮池
第19页：电解气浮法的特点
优点：•能产生大量的气泡；•有利用可以溶性阳极时，浮选过程和混凝过程相结合；•装置结构简单，是一种新的废水处理方法；•具有除BOD、氧化、脱色等多种作用；•去除污染物范围广，污泥量少，占地少。缺点：•电耗大。
第20页：叶轮气浮法
- 3.2.2布气气浮法•布气气浮是利用机械剪切力，将混合于水中的空气粉碎成细小的气泡，以进行气浮的方法。按粉碎气泡的方法分为：•水泵吸水管吸气气浮•射流气浮•扩散板曝气气浮•叶轮气浮
第21页：叶轮气浮池结构示意图
- 3.2.2布气气浮法•3.2.2.1水泵吸水管吸气气浮法最原始、最简单优点：设备简单缺点：•由于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10%，否则将破坏水泵吸水管的负压工作。•气泡在水泵内破碎的不够完全，粒径大，因此气浮效果不好。用于处理通过除油池后的石油废水，除油效率一般在50%-65%。
第22页：叶轮气浮设备的工作过程
- 3.2.2布气气浮法3.2.2.2射流气浮法采用以水带气射流器向废水中混入空气进行气浮的方法。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的能量交换，空气被粉碎成微小气泡，然后进入如扩压段（扩散段），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，然后进入气浮池中进行气水分离。
第23页：叶轮气浮法的特点
- 3.2.2布气气浮法3.2.2.3扩散板曝气气浮法压缩空气通过具有微细孔隙的扩散板或微孔管，使空气以微小气泡形式进入水中，进行气浮过程。优点：简单易行缺点：微孔易堵，气泡较大，气浮效果不高
第24页：叶轮气浮法的设计参数
- 3.2.2.4叶轮气浮法叶轮气浮设备构造依靠高速转子的离心力所造成的负压而吸入空气，并与提升上来的废水充分混合后，在水的剪切作用下，气体破碎成微气泡而扩散于水中。
第25页：叶轮气浮设备运行动画演示
FLASH
第26页：布气气浮法
布气气浮法•优点：设备简单，易于实现•缺点：空气被粉碎的不够充分，形成的气泡粒度较大，一般大于1000μm，这就导致在供气量一定时，气泡的表面积小，而且由于气泡直径大，运动速度快，气泡与被去除污染物质接触时间短促，这些因素都使布气气浮达不到较高的去除效果。
第27页：扩散板布气装置
- 3.2.3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。
第28页：布气气浮法的特点
- 3.2.3溶气气浮法A溶气真空气浮废水在常压下被曝气，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。优点：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。缺点：溶气量小，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。
第29页：全溶气流程
B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FLASH
第30页：部分溶气流程的优点
优点：溶气量大，增加油粒或悬浮颗粒与气泡的接触机会；在相同处理水量下，气浮池可小，减少基建成本缺点：全部污水经压力泵，增加了含油污水的乳化程度；压力泵和溶气罐较大，投资和运转动力消耗较大
第31页：部分溶气流程的乳化与能耗
- 部分溶气流程FLASH较全溶气流程所需压力泵小，故动力消耗低；压力泵造成的乳化油量较全溶气流程低
第32页：气浮池容积比较
- 回流加压溶气流程FLASH加压的水量少，动力消耗省；气浮过程中不会促进乳化；气浮池容积较前两种流程大
第33页：加压溶气气浮系统的设计
C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）
第34页：水泵压水管射流溶气方式
第35页：内循环式射流加压溶气
第36页：溶气释放器的工作条件
- （2）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——溶解常数设计空气量V’=1.25V（L/m3水）
第37页：溶气压力与释放溶气量
- （3）溶气水的减压释放设备：要求微气泡的直径20~100μm●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20~40μm
第38页：平流式气浮池
第39页：竖流式气浮池
第40页：综合式气浮池
- 反应——气浮池●反应——气浮——沉淀池●综合式气浮池
第41页：反应—气浮—过滤组合池
第42页：3.3 气浮法在废水处理中的应用
- 3.3气浮法在废水处理中的应用A含油废水（石油化工、机械加工、食品工业废水等）：悬浮油（>10μm，隔油池）；乳化油（<10μm，一般0.1-2μm气浮）；B造纸厂白水回收纤维；C染色废水等；D毛纺工业洗毛废水――羊毛脂及洗涤剂；E浓缩污泥（效果比沉淀法高）。
第43页：气浮法的工艺参数
气浮法在含油污水处理中的应用乳化油（<10μm，一般0.1-2μm气浮）乳化油，θ>90°，相对密度小于水，特别适合用气浮法加以去除。水空气油D=1.5μm的油珠单独上浮时，按Stockes公式计算，上浮速度0.001mm/s；当黏在气泡上以后，平均上浮速度0.9mm/s，提高900倍。
第44页：气浮法在含油污水处理中的应用
气浮法在含油污水处理中的应用乳化油（<10μm，一般0.1-2μm气浮）乳化油稳定存在的原因：表面活性剂，产生扩散双电层，阻碍聚并。破乳：加混凝剂和絮凝剂混凝+气浮法处理
第45页：气浮法的除油粒径范围
气浮法在含油污水处理中的应用乳化油（<10μm，一般0.1-2μm气浮）
第46页：气浮法在含油废水中的应用
本章小结•1基本概念：气浮法•2气浮法的基本原理•3气浮法的工艺过程•4气浮法在含油废水中的应用
