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废水物理处理方法-气浮 (浮选)

来 源:中华水网   发布时间:2010-12-21 移动版

气浮 (浮选)


基本原理

气浮就是在水中通入空气、产生细微的气泡,有时还需同时加入混凝剂或浮选剂,使水中细小的悬浮物黏附在空气泡上,随气泡一起上浮到水面,形成浮渣,从而回收 水中的 悬浮 物 质,改 善水质。


(1)气浮的基本条件 水中悬浮颗粒的憎水性是气浮的最基本条件。如图217所示,当气泡、颗粒与水三相彼此接触并处于平衡状态时,若0°<θ<90°,颗粒呈亲水性不能气浮;若90°<θ<180°,颗粒呈憎水性可以气浮。

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图217 不同颗粒的接触角


颗粒水界面上的吸附现象在大多数情况下受双电层支配,因此还要考虑颗粒表面性质以及水中离子的分布情况。一般来说,气

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图218 表面活性剂使亲水中华水网http://www.chndk.com


颗粒成为憎水性泡带有负电荷,所以阳离子主要 聚 集 在 界 面 气 的 一边,阴离子则在界面水的一边形成薄膜,而悬浮颗粒又可能带有明显电荷,就会与气泡相吸或相斥。为了使亲水颗粒也能气浮,可以向水中投加表面活性剂。它能将极性的一端吸附于亲水性颗粒表面,而将非极性的一端朝向水,在颗粒的周围建立起非极性的吸附层,把颗粒与水隔离起来,成为憎水性的,从而与气泡相吸 (图218)。


(2)颗粒吸附气泡后密度的变化 颗粒吸附气泡后视密度小于水时才能上浮。按照气泡颗粒的直径比 (Da/Ds)和固定颗粒对水的相对密度,可计算其吸附气泡后的视密度。图219假定每个颗粒上吸附一个气泡时视密度随颗粒对水的相对密度变化情况,图220是假定颗粒与气泡的直径相同而吸附气泡数目不同时的情况。图219 视比重在不同的气泡直径颗粒直径比值时随颗粒对水相对密度的变化图220 视比重在不同的气泡数/颗粒数比值时随颗粒对水相对密度的变化由此可见,上浮不仅与颗粒对水相对密度和直径有关,也与气泡的直径和数量有关。如果颗粒上吸附的气泡数量较多,就容易上浮。一般认为,与颗粒黏附的气泡直径在50μm左右,大于100μm的气泡很难起气浮作用。但气浮本身是一个复杂的物理化学过程,目前对各种水质的气浮可能性必须通过试验来评价。

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设备及构筑物的类型


在一定条件下,气泡在水中的分散程度是影响气浮效率的重要因素,所以气浮设备一般以生产气泡的方法来分类。近年来在生产上常用的气浮设备有:加压溶气气浮、射流气浮、叶轮气浮等。其他如真空气浮、微孔扩散板 (或管)气浮、电解絮凝气浮等生产上很少采用,在此不做介绍。


加压溶气气浮


水中过饱和空气在减压时能以微细的气泡形式释放出来,从而使水中的杂质颗粒被黏附而上浮。如果先将空气加压使其溶于水形
成过饱和溶液,然后减至常压使溶气析出,称为加压溶气气浮。加压溶气气浮又可分为三种类型,如图221所述。

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图221 加压溶气气浮的三种形式中华水网http://www.chndk.com

1—加压水泵;2—溶气罐;3—进水;4—刮渣机;5—浮渣;6—气浮池


(1)回流加压式 取部分处理后的出水将空气加压溶于其中,再与进水合并后减至常压释放出气泡。此法优点是不致因破坏絮体而降低处理效果,但动力消耗较部分进水加压法高。
(2)部分进水加压式 取进水的一部分加压溶气后与其余进水混合并降至常压。此法优点是装置体积小,动力消耗少,可在原水需要预先混凝的情况下使用。但若用于不适当的条件时,处理效果反而会降低,特别是含油废水会促进乳化,变得更难处理。
(3)全部进水加压式 当废水所含杂质的浓度非常高时,为了溶解更多的空气,可采用全部进水加压式。该流程的缺点是较费电,溶气罐容积较大,混凝剂耗量较多,进水中悬浮物多时,易堵塞释放器。加压溶气气浮装置的核心部分是溶气罐、释放器和浮选池。① 溶气罐 压力溶气罐的构造大致可归纳为图222所示的几种形式。溶气罐的作用就是实现水和空气的充分接触,加速空气的溶解。溶气罐是一个密封耐压钢罐,罐顶部设排气阀,排除气水混合液上部未溶解的空气以减少罐容。罐底设放空阀,以利于清洗。为防止溶气罐内短流,增大紊动程度,促进水气充分接触,加快气体扩散传质进程,常在罐内设隔套、挡板或填料。溶气从罐底循环进入罐顶部可以进一步提高溶气效率。

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图222 压力容器罐的构造形式


② 溶气释放器 溶气释放器是产生微细气泡的重要器件。它实际是圆柱形管嘴,内开孔室并放一个孔盒。溶气水流经孔盒时,形成强烈的搅动与涡流,停留001s压力损失95%。接近常压管嘴时,仅03s左 右 即 形 成 20~80μm气 泡。 溶 气 压 力 01~02MPa。常用的溶气释放器有钟罩式、穿孔式等。其中穿孔管释放器布水均匀,可控制气速,保证效果。一般在穿孔管正上方及两侧45°方向开三排孔、交错布置。同时设布水板,与气浮槽底夹角成70°左右。中华水网http://www.chndk.com
③ 浮选池 加压溶气浮选池的种类较多,一般可归纳以下几种基本类型。
a平流式浮选池 图223是一种改进过的平流浮选池。含有大量溶气的原废水由流管导入反应室3,在进入浮选室4,可浮性好的固体上浮液面形成泡沫层,由刮泡器移入集渣槽。气泡附着得不够的絮凝体在导流板9及回流孔13引导下产生循环流,增加它们与气泡黏附的概率而上浮。亲水不浮污泥由凹沟10定期排出。澄清水穿过孔7从澄清水室6溢流口11排出。当水中没有可沉淀物质且处理量小于150~200m3/h,宜采用平流式气浮槽。

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图223 平流式浮选池
1—池体;2—隔板;3—反应室;4—浮选室;5—隔墙;6—澄
清水室;7—澄清水出水孔;8—溶气水入流孔;9—回流导流板;
10—凹沟;11—澄清水出口;12—刮渣机;13—回流孔
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b竖流式浮选池 如图224所示,在圆形或方形浮选池中央设有圆形给液室,可浮絮凝体上升至液面由刮泡器7刮出,澄清水由溢流口6排出,不浮污泥经刮刀8收集于凹槽9由排泥管10排出。当处理能力大于150~200m3/h,以及废水中含相当数量的可沉淀物质时,必须采用竖流式气浮槽。
c斜板式浮选池 如图225所示,浮选室由隔板分隔成若干图224 竖流式浮选池给液室;3—进液阀;4—电动机 (刮泥机);收集室;6—澄清水出口;7—刮泡器;泥刀;9—集泥坑;10—污泥出口管液管引入溶气水。泡沫由上部刮泡器排出,处理水与不浮污泥由与各小室相通的排泥管和处理水管排出。
 
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叶轮气浮中华水网http://www.chndk.com


叶轮气浮的充气是靠叶轮高速旋转时在固定的盖板下形成负压,从空气管中吸入空气。进入水中空气与循环水流被叶轮充分搅混,成为细小的气泡,甩出导向叶片外面,经过稳流挡板消能,气泡垂直上升,进行气浮。形成浮渣不断地被缓慢旋转的刮板刮出槽外 (图226)。盖板下的导向叶轮池片有2~18片,与直径成60°角,使水液入流 阻 力 减 小。盖 板 与 叶 轮 间 距 为泥机;10mm,盖板上开孔12~18个,孔径出口为20~30mm,位置在叶轮叶片中间,叶轮有6个叶片,叶轮与导向叶片的间距为

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图226 叶轮气浮装置

1—叶轮;2—盖板;3—转轴;4—轴套;5—向心轴承;6—进气管;
7—进水槽;8—出水槽;9—泡沫槽;10—刮沫板;11—整流板


5~8mm,根据实践,超过8mm将使进气量大大降低。叶轮气浮适用于悬浮物浓度高的废水,例如用于从洗煤水中回收细煤粉,设备不易堵塞,叶轮气浮产生的气泡直径为1mm,效率比加压溶气气浮差,约80%左右。中华水网http://www.chndk.com

射流气浮


射流气浮 (图227)是利用射流器,将水从射流器喷嘴以高速喷出时将其周围的空气一起卷带走,在喷嘴出口处形成真空区,空气被源源不断地吸入吸气室,随水进入喉管。在这里水和空气充分混合,并进行能量交换。在湍流状态下,空气被剪切成微小气泡。混合后的流体在扩散管内降低速度,因而压力升高,产生气液

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图227 射流器示意混合气的压缩过程

,最后由排出口排出,进入气浮池。小气泡在气浮池内上升过程中,黏附水中悬浮物,将其带到水面形成浮渣。射流器后也可接溶气罐,按加压溶气气浮操作,省去空气压缩机,并可提高溶气效 果。射流气 浮 的优 点是结构简单、造价低。缺点是效率较低,在不投混凝剂时,去除含油污水中乳化油效率为60%~70%;喷嘴及喉管处易被油污堵塞,应有蒸汽清扫措施。中华水网http://www.chndk.com


特点和影响因素


(1)气浮法特点 气浮法的优点主要有:①气浮设备的运行能力比沉淀池高,一般只需15~20min即可完成固液分离,因此占地较少,而且效率较高;②能产生比沉淀法更为干燥的污泥,而且不易腐化,表面刮渣也比较方便;③对活性污泥法系统的固液分离,采用气浮法可以消除污泥膨胀的问题,对曝气池的正常工作十分有利;④气浮时向水中曝气,增加了水中的溶解氧,同时对去除水中的表面活性剂及臭味等具有明显效果,而水质的改善,又为后续处理过程提供了有利条件;⑤对低温、低蚀、含藻类多的水源采用气浮法比沉淀法可取得更好净化效果。气浮法的缺点是:①电耗较大,每吨水约要多耗电002~004kW·h;②设备维修管理工作量增加,减压阀、释放器、射流器易被堵塞;③浮渣怕较大风、雨的袭击。
(2)影响气浮效果的因素 气泡对颗粒的吸附可以分为三种不同的作用过程:
① 上升气泡与悬浮的固体颗粒 (或油滴)相吸附而共同上浮;
② 絮凝体将上升的气泡截留在其内部而共同上浮;
③在絮凝体的形成过程中将气泡吸收于结构内部而上浮。第一种情况若增大气泡或水流的湍流程度,增加碰撞接触,可以提高气浮效率。第二种情况,增大絮体的尺寸可以增加接触机会。絮体直径越大越可能捕集上升的气泡。而增大气泡直径或湍流都可将絮体打碎,不易黏附。第三种情况,要形成包含气泡的絮体,可在通入气泡后给出一定的反应时间来保证絮体的形成。因此,以下因素是影响气浮效果的主要因素: 转载请注明出处: http://www.chndk.com/view-6528-1.html

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