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去除懸浮物氣浮機(jī)應(yīng)如何選型

氣浮的原理及應(yīng)用

一、氣浮的基本原理

1.1 氣浮簡(jiǎn)介

氣浮是氣浮機(jī)的一種簡(jiǎn)稱(chēng)，也可以作為一種專(zhuān)有名詞使用，其主要目的是利用高度分散的微小氣泡為載體去粘附廢水中疏水性顆粒，將小氣泡和顆粒視為一個(gè)整體，其整體密度小于水而上浮到水面，從而實(shí)現(xiàn)固—液或者液—液分離的過(guò)程。

1.2 界面張力與潤(rùn)濕接觸角

首先介紹幾個(gè)基本概念。（1）親水性：如果顆粒易被水潤(rùn)濕，則稱(chēng)該顆粒為親水性的；（2）疏水性：如果顆粒不易被水潤(rùn)濕，則是疏水性的；（3）潤(rùn)濕接觸角：在靜止?fàn)顟B(tài)下，當(dāng)氣、液、固三相接觸時(shí)，氣—液界面張力線(xiàn)和固—液界面張力線(xiàn)之間的夾角（包含液相的）稱(chēng)為平衡接觸角，用θ表示。具體如圖1.1所示。

水對(duì)各種物質(zhì)潤(rùn)濕性的大小，可以利用它們與水的接觸角來(lái)衡量。當(dāng)接觸角θ<90時(shí)，則該物質(zhì)為親水性物質(zhì)；當(dāng)θ>90時(shí)，則該物質(zhì)為疏水性物質(zhì)。另外，一般疏水性物質(zhì)的氣浮效果較好，而親水性物質(zhì)的氣浮效果較差。下面將對(duì)懸浮物與氣泡的附著條件進(jìn)行深入的探討。

1.3 懸浮物與氣泡的附著條件

按照物理化學(xué)的熱力學(xué)理論，任何體系均存在力圖使界面能減少到zui小的趨勢(shì)，下面來(lái)具體地分析懸浮物與氣泡附著的條件。氣泡與顆粒的作用過(guò)程如圖1.1所示。

界面能：W = σS；（其中，S為界面面積；σ為界面張力）

附著前：W₁ =σ_水氣+σ_水粒（假設(shè)S為1）；

附著后：W₂=σzui終界面能的減少                    

三個(gè)力之間的關(guān)系如圖1所示。從圖中可以得出：

    σ_水粒 = σ_氣粒+_氣cos（180θ）                   

（2）由（1）式和（2）式可以得出：

        △W σ(cosθ)                      

 （3）由于任何體系均存在力圖使界面能減少到zui小的趨勢(shì)。因此，懸浮物與氣泡附著的條件必須滿(mǎn)足△W > 0即  σ_水氣(1-cosθ) > 0 

 （4）由式4可以得出：

當(dāng)θ→0時(shí)，cosθ→1，△W = 0；因此不能氣浮；

當(dāng)0<θ<90時(shí)，0<cosθ<1，△W < σ_水氣；此時(shí)，雖然顆粒能夠附著在氣泡上，但是附著不牢；

當(dāng)90<θ<180時(shí)，△W > σ_水氣；此時(shí)，顆粒與氣泡附著比較牢固，比較容易氣?。?/span>

當(dāng)θ→180，△W = 2σ_水氣；此時(shí)，△W達(dá)到zui大值，顆粒zui易被氣浮。

同時(shí)，cosθ＝（σ_氣粒－σ_水粒）/σ_水氣，水中顆粒θ與表面張力σ_水氣有關(guān)。σ_水氣增加，θ增大，有利于氣浮。為了增加氣泡的穩(wěn)定性，有時(shí)會(huì)添加一些表面活性劑；但是如果表面活性劑過(guò)多，則會(huì)導(dǎo)致σ_水氣下降，潤(rùn)濕接觸角θ減小，從而影響到氣浮的效果。因此，必須選擇適宜的表面活性劑添加量，才能既保證氣泡的穩(wěn)定性，又能保證良好的氣浮效果。

（1）疏水性物質(zhì)有利于氣浮，親水性物質(zhì)的氣浮效果較差；

（2）當(dāng)潤(rùn)濕接觸角θ→0時(shí)，不能采用氣浮處理；

當(dāng)0<θ<90時(shí)，顆粒能夠附著在氣泡上，但是附著不牢，不利于氣?。?/span>

當(dāng)90<θ<180時(shí)，顆粒與氣泡附著比較牢固，比較容易氣浮；

當(dāng)θ→180，顆粒zui易被氣浮。

去除懸浮物氣浮機(jī)應(yīng)如何選型

二、氣浮工藝的類(lèi)型與特點(diǎn)

按照產(chǎn)生氣泡的方法不同，氣浮可以分為電解浮上法、分散空氣浮上法和溶解空氣浮上法三種。下面具體的來(lái)分析各種氣浮工藝以及它們的優(yōu)缺點(diǎn)。

2.1 電解浮上法

電解浮上法是利用不溶性的陽(yáng)極和陰極，通入5-10 V的直流電，直接將廢水電解。陽(yáng)極和陰極分別產(chǎn)生氫氣和氧氣，形成大量的微小氣泡，將廢水中的懸浮顆?；蛳冉?jīng)混凝處理所形成的絮凝體粘附而上浮至水面，產(chǎn)生泡沫層，然后用刮渣機(jī)將泡沫刮除，從而達(dá)到固液分離的目的。該方法主要用于中小規(guī)模的工業(yè)廢水處理。電解氣浮池如圖2.1所示。

2.2 分散空氣氣浮法分散空氣氣浮法根據(jù)產(chǎn)生氣泡的方法不同又可以分為微氣泡曝氣氣浮法和葉輪氣浮法兩種。下面分別來(lái)闡述這兩種氣浮法的定義。

2.2.1 微氣泡曝氣氣浮法

該方法主要是將壓縮空氣引入到靠近氣浮池底部的微孔擴(kuò)散板，并通過(guò)微孔擴(kuò)散板將空氣分散成細(xì)小的氣泡，氣泡附著在懸浮顆粒上，達(dá)到氣浮的效果。微孔曝氣氣浮法如圖2.2所示。

2.2.2 葉輪氣浮法

    葉輪氣浮法是指將空氣引入到一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的混合器或者葉輪機(jī)附近，通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)混合器或者葉輪機(jī)的高速剪切力，將引入的空氣切割成很多細(xì)小的氣泡，從而實(shí)現(xiàn)氣浮的過(guò)程。具體的葉輪氣浮裝置如圖2.3所示。葉輪蓋板的構(gòu)造如圖2.4所示。

 溶解空氣浮上法

空氣在水中的溶解度與溫度成反比；空氣在水中的溶解度與壓力的關(guān)系如圖2.5所示。

 空氣在水中的溶解度與壓力的關(guān)系圖

從圖中可以看出，在一定溫度下，壓力越大，空氣在水中的溶解度越高。

溶解空氣浮上法是在降壓的條件下，使空氣過(guò)飽和水中的空氣以微細(xì)氣泡的形式釋放出來(lái)，懸浮物粘附在氣泡上，通過(guò)氣泡的上浮，達(dá)到固液分離的目的。

溶解空氣浮上法根據(jù)產(chǎn)生氣泡的方法不同可以分為溶氣真空浮上法和加壓溶氣浮上法兩種。

2.3.1 溶氣真空浮上法

物料在常壓下被曝氣，使其充分溶氣。然后在真空的條件下，壓力驟然降低，從而使物料中的溶氣析出，形成大量細(xì)微的氣泡，氣泡粘附在顆粒雜質(zhì)上，使其浮于水面，從而形成泡沫浮渣，再用刮渣機(jī)將其除去，zui終達(dá)到固液分離的目的。真空氣浮系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2.6所示。

2.3.2 加壓溶氣浮上法

物料在加壓的條件下被曝氣，使其充分溶氣。然后在常壓的條件下，壓力驟然降低，從而使物料中的溶氣析出，形成大量細(xì)微的氣泡，氣泡粘附在顆粒雜質(zhì)上，使其浮于水面，從而形成泡沫浮渣，再用刮渣機(jī)將其除去，zui終達(dá)到固液分離的目的。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2.7所示。

    不同的氣浮方法的優(yōu)缺點(diǎn)如表2.1所示。從表2.1中可以看出，加壓溶氣氣浮法產(chǎn)生的氣泡多而均勻，而且粒徑小，是目前應(yīng)用zui廣泛的一種氣浮方法。下一章將對(duì)加壓氣浮法做詳細(xì)的闡述。

三、加壓溶氣氣浮法

3.1 加壓溶氣氣浮系統(tǒng)的構(gòu)造

加壓溶氣氣浮法系統(tǒng)主要由壓力溶氣系統(tǒng)、溶氣水減壓釋放系統(tǒng)、氣水混合系統(tǒng)和氣浮分離設(shè)備4部分組成。

3.1.1 壓力溶氣系統(tǒng)

壓力溶氣系統(tǒng)主要包括溶氣方式和溶氣設(shè)備兩個(gè)部分。

1、溶氣方式

壓力溶氣系統(tǒng)的溶氣方式主要有3種，分別是水泵吸氣式、水泵壓水管裝射流器挾氣式和空壓機(jī)供氣式。

（1）水泵吸氣式

該溶氣方式的吸氣量受水泵氣蝕性能的影響，空氣溶解量很低，一般不超過(guò)5%。

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2、溶氣設(shè)備

    常用的溶氣設(shè)備為壓力溶氣罐。它的作用是使水與空氣充分地接觸，促進(jìn)空氣的溶解。溶氣罐的形式多種多樣，不同種類(lèi)的溶氣罐的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3.4所示。其中，應(yīng)用較多的是罐內(nèi)填充填料的溶氣罐，因?yàn)樗娜軞庑蕑ui高。

填充式溶氣罐裝有填料，因而可以加劇紊動(dòng)程度，提高液相的分散程度，不斷更新液相與氣相的界面，從而提高了溶氣效率。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖3.5所示。其中，填料有各種形式，研究表明，階梯環(huán)的溶氣效率zui高，可達(dá)90%以上，拉西環(huán)次之，波紋片卷zui低，這是由于填料的幾何特征不同造成的。

3.1.2 溶氣水減壓釋放系統(tǒng)

溶氣水的減壓釋放應(yīng)能產(chǎn)生足夠的微細(xì)氣泡，減壓釋放設(shè)備關(guān)系到產(chǎn)生氣泡的數(shù)量和尺度。常用的減壓釋放設(shè)備有TS、TJ、TV型溶氣釋放器、減壓閥、截止閥等。各種釋放器如圖3.7所示。

3.1.3 氣水混合系統(tǒng)

微細(xì)氣泡產(chǎn)生后，氣泡與水能否充分混合直接影響到氣浮的效果。常用的氣水混合設(shè)備有固定混合設(shè)備與管式混合設(shè)備，通常在氣浮分離池的前端設(shè)一接觸區(qū)以確保氣水充分混合。

3.1.4 氣浮分離設(shè)備

常用的氣浮分離設(shè)備有平流式氣浮池和豎流式氣浮池。氣浮池包括進(jìn)水區(qū)、分離區(qū)、出水區(qū)和浮渣區(qū)。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖3.8所示。

進(jìn)水區(qū)：常為接觸區(qū)，保證氣水充分混合；

分離區(qū)：須具有一定的有效容積，保證氣粒粘合體能上升到液面；

出水區(qū)：底部出水，常設(shè)穿孔集水管；

浮渣區(qū)：設(shè)有刮渣設(shè)備和渣槽，確保浮渣順利排除。

圖3.8 平流式氣浮池和豎流式氣浮池的結(jié)構(gòu)示意圖

平流式氣浮池和豎流式氣浮池的優(yōu)缺點(diǎn)如表3.2所示。

 平流式和豎流式氣浮池的優(yōu)缺點(diǎn)

四、氣浮的應(yīng)用及預(yù)處理

氣浮法在工業(yè)上的應(yīng)用十分廣泛。主要包括以下幾個(gè)方面：

1、石油、化工及機(jī)械制造業(yè)中的含油污水的油水分離；

1. 工業(yè)廢水處理；
2. 污水中有用物質(zhì)的回收；
3. 取代二次沉淀池，特別是用于易于產(chǎn)生活性污泥膨脹的情況；
4. 剩余活性污泥的濃縮。

在實(shí)際的氣浮過(guò)程中，往往需要添加適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)藥劑，提高氣浮的效果。主要的預(yù)處理方法有以下幾種。

1、混凝劑：各種無(wú)機(jī)或有機(jī)高分子混凝劑，它不僅可以改變污水中的懸浮顆粒的親水性能，而且還能使污水中的細(xì)小顆粒絮凝成較大的絮狀體以吸附截留氣泡，加速顆粒上浮。如硫酸鋁、三氯化鐵、聚合氯化鋁。   

2、乳化：一種液體以極微小液滴均勻地分散在互不相溶的另一種液體中的作用。 乳化是液-液界面現(xiàn)象，兩種不相溶的液體，如油與水，在容器中分成兩層，密度小的油在上層，密度大的水在下層。若加入適當(dāng)?shù)?/span>表面活性劑在強(qiáng)烈的攪拌下，油被分散在水中，形成乳狀液，該過(guò)程叫乳化。

3、浮選劑：浮選劑大多數(shù)由極性--非極性分子組成。當(dāng)浮選劑的極性基被吸附在親水性懸浮顆粒的表面后，非極性基則朝向水中，這樣就可以使親水性物質(zhì)轉(zhuǎn)化為疏水性物質(zhì)，從而能使其與微細(xì)氣泡相粘附。促進(jìn)起泡，形成穩(wěn)定的浮渣層，維持氣泡的分散度。如松香油、石油、表面活性劑、硬脂酸鹽等。

4、助凝劑：提高懸浮顆粒表面的水密性，以提高顆粒的可浮性。如聚丙烯酰胺。

5、抑制劑：暫時(shí)或*性地抑制某些物質(zhì)的浮上性能，而又不妨礙需要去除的懸浮顆粒的上浮。如石灰、硫化鈉等。

6、調(diào)節(jié)劑：主要是調(diào)節(jié)污水的pH值，改進(jìn)和提高氣泡在水中的分散度以及提高懸浮顆粒與氣泡的粘附能力，如各種酸、堿等。