北京科技大學(xué)環(huán)境工程課件.ppt
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1,第7章 氣 浮 Air Flotation,2,本章要回答的問題:,什么是氣??? 比水密度大的物質(zhì)能上浮嗎?如何實現(xiàn)? 氣浮在水處理中的作用是什么? 氣浮在實際水處理中是如何應(yīng)用的? 氣浮的工藝有幾種?氣浮池的結(jié)構(gòu)是怎樣的?為什么?????? 學(xué)完本章你會了解更多的知識!,3,氣浮,氣浮是利用廢水中的顆粒的疏水性,通過在氣浮池中向廢水中通入一定尺寸的氣泡,使廢水中的污染物吸附在氣泡上,隨氣泡的上浮,污染物也隨之浮到水面上而形成由氣泡、水和污染物形成的三相泡沫層(浮渣),收集泡沫層即可把污染物與水分離。,4,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,含懸浮物的廢水,空氣所產(chǎn)生的氣泡,氣泡在上升的過程中吸附固體顆粒,氣泡在水的表面形成三相泡沫層,氣浮后的水變清,以適當(dāng)方式收集泡沫層,完成懸浮物的去除,也可使懸浮物得到富集,為回收創(chuàng)造條件,氣浮過程示意圖,,5,第7章 氣 浮 的主要內(nèi)容,7.1 氣浮所用的設(shè)備 放映 7.2 氣浮所需氣泡的產(chǎn)生方式 鏈接 7.3 氣浮的原理 鏈接 7.4 氣浮的工藝流程 鏈接 7.5 氣浮的特點和應(yīng)用 鏈接,6,7.1氣浮池(flotation cell),氣浮池是氣浮過程的主要設(shè)備,它的作用是當(dāng)廢水從減壓閥流入水池后,由于壓力減至常壓,使溶解于廢水中的空氣以微小氣泡形式逸出。氣泡在上升過程中吸附乳化油和細小懸浮顆粒,上浮至水面形成浮渣,由刮渣機除去。 浮選池的種類較多,介紹平流式、豎流式、斜板式和葉輪式四種,7,平流式氣浮池,,,,,,,,,,,,,出水管,排空管,進水管,進入的是氣泡和水的混合物,集油槽,刮油機,污油管,8,9,10,刮油機,集油槽,蒸汽加熱,11,豎流式氣浮池,,,,,,,,,,,,,,,,,刮油機,進水管,出水管,沉渣排出管,浮渣排出口,溶氣罐,水射器,沉渣槽,12,13,14,刮渣板,浮渣槽,浮渣,15,斜板式氣浮池,池體,斜板,混合液入口,浮渣濃縮室,刮渣機,出水管,16,葉輪氣浮設(shè)備構(gòu)造示意圖,,返回目錄,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,空氣管,進水,出水,泡沫槽,刮渣機,,泡沫出口,攪拌葉輪,17,7.2氣泡的產(chǎn)生方法,氣浮過程包括氣泡(bubble)的產(chǎn)生、氣泡與顆粒的附著及上浮分離等連續(xù)步驟。 產(chǎn)生數(shù)量和尺寸合適的氣泡是氣浮過程實現(xiàn)的重要條件。 廢水處理中采用的氣浮法,按水中氣泡產(chǎn)生的方法可分為溶氣法(dissolved air flotation,DAF)、布氣法(diffused air flotation)和電解法(electrolyzed flotation) 三類。,18,7.2.1溶氣法,定義:溶氣法是使空氣在一定壓力的作用下溶解于水中,并達到過飽和狀態(tài),然后再突然使廢水減到常壓,這時溶解于水中的空氣便以微小氣泡的形式從水中逸出,以進行浮選過程的方法。 分類:根據(jù)氣泡在水中析出時的所處壓力的不同,溶氣浮選又可分為:加壓溶氣浮選和溶氣真空浮選兩種類型。 加壓溶氣法需要有空氣壓縮機、溶氣罐、減壓閥或溶氣釋放器、水泵。 按空氣與水混合的位置又分為泵前進氣與泵后進氣兩種。,19,泵前進氣:這是由水泵壓水管中引出一支管,在支管上按裝水力噴射器,由于水噴射時產(chǎn)生負壓,將空氣吸入,與廢水混合后,經(jīng)吸水管、水泵送入溶氣罐。,,,,,,,,,溶氣水 去浮選,水射器,水泵吸水管,溶氣罐,水泵壓水管,,,,,,空氣,20,特點: 比較簡便,水氣混合均勻, 但水泵必須采用自吸式進水,而且要保持1 m以上的水頭。 最大吸氣量不能大于水泵吸水量的10%,否則,水泵工作不穩(wěn)定,會產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象。,,,,,,,,,溶氣水 去浮選,水射器,水泵吸水管,溶氣罐,水泵壓水管,,,,,,空氣,21,泵后進氣:一般是在壓水管上通入壓縮空氣。 這種方法使水泵工作穩(wěn)定,而且不必要求在正壓下工作。 但需要由空氣壓縮機供給空氣,為了保證良好的溶氣效果,溶氣罐的容積也比較大,一般需采用較復(fù)雜的填充式溶氣罐。,,,,,,,,,,,溶氣水 去浮選,空氣壓縮機,水泵吸水管,溶氣罐,水泵壓水管,,22,溶氣罐:,溶氣罐(air receiver)的作用是在一定的壓力(一般0.2 ~ 0.6MPa)下,保證空氣能充分地溶于廢水中,并使水、氣良好混合。 混合時間一般為1~3min,混合時間與進氣方式有關(guān): 即泵前進氣混合時間可短些; 泵后進氣混合時間要長些。,23,溶氣罐形式,,,,(a)縱隔板式,(e)渦輪式,(d)填充式,(b)花板式,(c)橫隔板式,出水,出水,出水,出水,進水,進水,進水,進水,進水,出水,電機,放空,放空,多余空氣放空,24,25,減壓閥:,減壓閥的作用是保持溶氣罐出口處的壓力恒定,從而可以控制出罐后氣泡的粒徑和數(shù)量。 也可用低壓溶氣釋放器來代替減壓閥,溶氣水流經(jīng)釋放器時,由于形成強烈的攪動和渦流,便產(chǎn)生微細氣泡。,26,7.2.2布氣氣浮法,布氣浮選是利用機械剪切力,將混合于水中的空氣粉碎成細小的氣泡,以進行浮選的方法。 按粉碎氣泡方法的不同,布氣氣浮又分為四種: 水泵水管吸氣浮選 射流浮選 擴散曝氣浮選 葉輪氣浮,27,(1)水泵吸水管吸入空氣氣浮,這是最原始的也是最簡單的一種氣浮方法。 這種方法的優(yōu)點是設(shè)備簡單,其缺點主要是由于水泵工作特性的限制,吸入的空氣量不能過多,一般不大于吸水體積的10%,否則將破壞水泵吸水管的負壓工作。 此外,氣泡在水泵內(nèi)破碎的不夠完全,粒徑大,因此,氣浮效果不好。 這種方法用于處理通過除油池后的石油廢水,除油效率一般在50%~65%,28,(2)射流氣浮 這是采用以水帶氣射流器向廢水中混入空氣進行氣浮的方法。,,,,,,,溶氣水 去浮選,水射器,水泵吸水管,水泵壓水管,,,,,,空氣,29,射流器構(gòu)造示意圖,由噴嘴射出的高速廢水使吸入室形成負壓,并從吸氣管吸入空氣,在水氣混合體進入喉管段后進行激烈的能量交換,然后進入擴壓段(擴散段),動能轉(zhuǎn)化為勢能,進一步壓縮氣泡,增大了空氣在水中的溶解度。,喉管段,擴散段,吸氣管,噴嘴,漸縮段,吸入室,30,(3)擴散板曝氣氣浮,壓縮空氣通過具有細孔隙的擴散板或微孔管,使空氣以細小氣泡的形式進入水中,進行氣浮過程L。 這種方法的優(yōu)點是: 簡單易行 但缺點較多: 主要的是空氣擴散裝置的微孔易于堵塞; 氣泡較大,浮選效率不高等 因此這種方法近年已少用。,31,32,(4)葉輪浮選,在浮選池底部設(shè)有旋轉(zhuǎn)葉輪,在葉輪的上部裝著帶有導(dǎo)向葉片的固定蓋板,蓋板上有孔洞。 當(dāng)電動帶動動葉輪高速旋轉(zhuǎn)時,在蓋板下形成負壓,從空氣管吸入空氣,廢水由上面的小孔進入,在葉輪的攪動下,空氣被粉碎成細小的氣泡,并與水充分混合成為水氣混合體,甩出導(dǎo)向葉片之外,在池體內(nèi)平穩(wěn)地垂直上升,進行浮選。L 形成的泡沫不斷地被刮板刮出槽外。這種氣浮池是從礦物浮選中直接移植過來的。,33,34,35,布氣浮選的特點:,設(shè)備簡單,易于實現(xiàn)。 缺點是空氣被粉碎的不夠充分,形成的氣泡粒徑較大,一般不小于l0OO?m,這樣,在供氣量一定的情況下,氣泡的表面積小。 由于氣泡直徑大,運動速度快,氣泡與被去除污染物質(zhì)的接觸時間短促,這些因素都使布氣氣浮法效率較低。,36,7.2.3電解氣浮法,電解浮選法是對廢水進行電解,這時在陰極產(chǎn)生大量的氫氣泡,氫氣泡的直徑很小,僅有20~100?m。 廢水中的懸浮顆粒粘附在氫氣泡上,隨其上浮,從而達到了凈化廢水的目的。 與此同時,在陽極上電離形成的氫氧化物起著混凝劑的作用,有助于水中的污泥上浮或下沉。,37,38,返回目錄,39,7 .3氣浮的原理與氣泡與固體的作用形式,7.3.1 氣浮的原理 親水性(hydrophilicity):如果顆粒易被水潤濕,則稱該顆粒為親水性的。 疏水性(hydrophobicity):如顆粒不易被水潤濕,則是疏水性的。 物質(zhì)的親水性強弱可以用接觸角來衡量。 接觸角(contact angle):在靜止?fàn)顟B(tài)下,當(dāng)氣、液、固三相接觸達到平衡時,氣-液界面張力線和固液界面張力線之間的夾角(包含液相的)稱為平衡接觸角,用?表示。,40,,,接觸角示意圖,,,,,固體,,固體疏水,固體親水,固體,水滴,水滴,,接觸角?,,接觸角?,當(dāng)氣泡與顆粒共存于水中時,顆粒是否能附著在氣泡上和附著的牢固程度,取決于附著前后界面能的變化。 如果總能量降低,則能附著,且能量降低越多,附著越牢固; 如果能量增加,則不能附著。,平衡時有: ?LS+?LGcos?=?GS,41,接觸前后的能量變化: ?W=W2-W1=?GS-?LS-?LG 因為: ?LS+?LGcos?=?GS ?W=?LG(cos?-1),在顆粒與氣泡附著前,單位界面面積上的界面能W1等于氣-液界面能和液-固界面能之和: 即W1=?LS+?LG。 附著后,由于附著部分沒有了固液界面,所以單位附著面積上的界面能相應(yīng)變?yōu)閃2=?GS。,42,?W=?LG(cos?-1),(a)當(dāng)顆粒完全被水潤濕時,?=0?,cos?=1,?W=0,顆粒不能與氣泡粘附。 (b)當(dāng)顆粒完全不被水潤濕時,?=180?,cos?=-l,?W=-2?LG,顆粒與氣泡粘附的動力大,易于用氣浮法處理。 (c)固體的接觸角越大,越易于與氣泡的粘附。但對于?LG很小的體系,雖然有利于固體向氣泡的粘附,但由于粘附動力較小,顆粒向氣泡的粘附困難。,43,7.3.2 顆粒與氣泡的作用形式,顆粒與氣泡的作用有氣泡與顆粒吸附、氣泡頂托和絮凝體中裹夾三種形式,,氣泡與顆粒吸附,44,氣泡頂托,氣泡在絮凝體中裹夾,45,7.3.2氣浮過程的調(diào)節(jié),污染物的顆粒是否與氣泡粘附及粘附的牢固程度,與污染物的疏水性強弱有關(guān)。 有時污染物的疏水性較弱,用氣浮法處理時效率很低。為了增加廢水中懸浮顆粒的疏水性,提高浮選效果,需向廢水中投加化學(xué)藥劑,這些化學(xué)藥劑稱為浮選劑。 浮選劑(flotation reagent)根據(jù)其作用的不同可分為以下幾種:,46,浮選藥劑的分類:,捕收劑(collector):能夠提高顆??筛⌒缘乃巹┓Q為捕收劑。 起泡劑(frother):它的作用是降低液體表面自由能,產(chǎn)生大量微細且均勻的氣泡,防止氣泡相互兼并,形成相當(dāng)穩(wěn)定的泡沫層。 因此起泡劑是作用在氣-液界面上,用以分散空氣,形成穩(wěn)定的氣泡。,47,調(diào)整劑:,調(diào)整劑包括抑制劑、活化劑和介質(zhì)調(diào)整劑三大類。 (1)抑制劑(depressant):能降低物質(zhì)可浮性的藥劑稱為抑制劑。 (2)活化劑(activator):能夠消除抑制作用的藥劑稱為活化劑。 (3)介質(zhì)調(diào)整劑(regulator):介質(zhì)調(diào)整劑的主要作用是調(diào)整廢水的pH值。,返回目錄,48,7.4 加壓溶氣浮選法的流程,流程:根據(jù)廢水加壓方式的不同,基本流程有以下三種: 1)全部廢水溶氣浮選法(DAF with total aeration of flow) 2)部分廢水溶氣浮選法(DAF with partial aeration of flow) 3)部分回流溶氣浮選法(DAF with recycle aeration of flow),49,全部廢水加壓溶氣浮選(泵前加氣),減壓閥,氣浮池,,,50,全部廢水加壓溶氣浮選(泵后加氣),,進水,空氣,泵,溶氣罐,減壓閥,氣浮池,出水,混凝劑,,,51,部分進水加壓溶氣氣浮法流程,,浮選池,出水,52,部分回流溶氣浮選流程,減壓閥,浮選池,,,,回流率25%~50%,即回流水的流量與進水量之比,53,全部廢水加壓溶氣浮選流程的特點,進水,空氣,泵,溶氣罐,減壓閥,氣浮池,出水,混凝劑,,,(a)溶氣量大,增加了油?;驊腋☆w粒與氣泡的接觸機會;,(b)在處理水量相同的條件下,它較部分回流溶氣氣浮法所需的浮選池小,從而減少了基建投資。,(c)但由于全部廢水經(jīng)壓力泵,所以增加了含油廢水的乳化程度,而且壓力泵和溶氣罐均較其它兩種流程大,因此投資和運轉(zhuǎn)動力消耗較大。,54,部分進水加壓溶氣氣浮法流程的特點,,浮選池,出水,(a)較全流程溶氣浮選法所需的壓力泵小,故動力消耗低;,(b)壓力泵所造成的乳化油量較全部溶氣法低;,(c)氣浮池的大小與全部溶氣法相同,但較部分回流溶氣法小。但溶氣量小。,兩種流程的共同缺點是減壓閥或溶氣釋放器易堵塞!,55,部分回流溶氣浮選流程的特點,減壓閥,浮選池,,,回流25%~50%,(a)加壓的水量少,動力消耗省;,(b)浮選過程中不促進乳化;,(e)缺點是浮選池的容積較前兩種流程大。,(c)減壓閥或溶氣釋放器不易堵塞;,(d)礬花形成好,返回目錄,56,7.5氣浮法的應(yīng)用及特點,(a)分離廢水中的細小懸浮物、藻類及微絮體; (b)回收工業(yè)廢水中的有用物質(zhì),如造紙廠廢水中的紙漿纖維及填料等; (c)代替二次沉淀池,分離和濃縮剩余活性污泥,特別適用于那些易于產(chǎn)生污泥膨脹的生化處理工藝中;L (d)分離回收含油廢水中的懸浮油和乳化油; (e)分離回收以分子或離子狀態(tài)存在的污染物,如表面活性物質(zhì)和金屬離子。,57,氣浮法的特點:,(a)由于氣浮池的表面負荷有可能高達l2m3/m2·h,水在池中停留時間只需10~20min,而且池深只需2m左右,故占地較少,節(jié)省基建投資; (b)氣浮池具有預(yù)曝氣作用,出水和浮渣都含有一定量的氧,有利于后續(xù)處理或再用,泥渣也不易腐化; (c)對那些很難用沉降法去除的低濁度含藻水,氣浮法處理效率高,甚至還可去除原水中的浮游生物,出水水質(zhì)好;,58,氣浮法的特點:,(d)浮渣含水率低,一般在96%以下,比沉淀池污泥體積少50%~80%,這對污泥的后續(xù)處理有利,而且表面刮渣也比池底排泥方便; (e)可以回收利用有用物質(zhì); (f)氣浮法所需藥劑量比沉淀法節(jié)省。 (g)氣浮法的缺點: 氣浮法電耗較大,處理每噸廢水比沉淀法多耗電約0.02 ~ 0.04kWh; 目前使用的溶氣水減壓釋放器易堵塞; 浮渣怕較大的風(fēng)雨襲擊。,返回目錄,59,自然沉降1h,清水占總體積的1%,添加聚丙烯酰胺后沉降1h,清水占總體積的10%,添加新氣浮劑后氣浮濃縮10min,清水占總體積的65%,,- 1.請仔細閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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