最新环保设备教案-第五章-典型水处理设备设计与应用(一)(DOC 15页).doc

1、第五章 典型水处理设备设计与应用(一)【课时安排】5.1格栅 2学时5.2沉淀池 2学时5.3气浮设备 2学时5.4快滤池 2学时总计 8学时【掌握内容】1格栅的设计计算2不同形式的沉淀池的设计计算3气浮设备的设计计算4快滤池的设计计算【熟悉内容】1格栅的类别2沉淀池的类别3气浮和浮选的原理 【教学难点】1沉淀池的设计计算2气浮设备的设计计算3快滤池的设计计算【教学重点】1沉淀池的设计计算2气浮设备的设计计算3快滤池的设计计算【教学目标】典型水处理设备的设计、计算和应用【教学内容】5.1格栅【授课时间】2学时【教学手段】课堂讲授【教学过程】阻力截留法是指利用处理设施对悬浮污染物形成的机械阻力，

2、将悬浮物从水中截留下来的处理方法。它包括格栅截留、筛网阻隔和微孔过滤。一、格栅 格栅是用一组平行的刚性栅条制成的框架，可以用它来拦截水中的大块漂浮物。格栅通常倾斜架设在其它处理构筑物之前或泵站集水池-进口处的渠道中，以防漂浮物阻塞构筑物的孔道、闸门和管道或损坏水泵等机械设备。因此，格栅起着净化水质和保护设备的双重作用。格栅的栅条多用5010或4010的扁钢或10的圆钢制作。扁钢的特点是强度大，不易弯曲变形，但水头损失较大；而圆钢则正好相反。栅条间距随被拦截的漂浮物尺寸的不同，分为细、中、粗三种。细格枷的栅条间距为310mm，中格栅和粗格栅分别为1025mm和50100mm。被拦截在栅条上的栅渣

3、有人工和机械两种清除方式。小型水处理厂采用人工清渣时，格栅的面积应留有较大的裕量，以免操作过于频繁。在大型水处理厂中采用的大型格栅，则必须采用机械自动清渣。每日栅渣量大于11的格栅，还应附设破碎机，以便将栅渣就地粉碎后再与污泥一并处理。 图6-1是一种链条式机械清波格栅。链条用电动机经减速机驱动作回转运动。齿耙固定在两排链条之间，耙齿伸入栅条间隙内将栅涝上提，再由刮渣器刮至料斗或输送带。格棚设计的主要内容是确定格栅及共所架设的渠段的各部尺寸。(一)格栅间隙数n (6-1) 式中 Q-废水设计流量，m3s： -格栅安装倾角，一般取600、750； h-格栅前渠内水深，m，一般为0.30.5m；

4、b-栅条间隙宽度，m，人工清渣时取2540mm，机械清渣时取1025mm； v-水流过栅流速，ms，一般取0.6l.0ms。(二)栅渠尺寸为了防止栅前渠道内出现阻流回水现象，架设格栅的渠段宽度应由进水渠的B1加宽至B2(图6-2)，并在栅前、栅后分别保持0.5m和1.0m的直线距离。栅渠前有扩大段L1，栅渠后有收缩段L3，渐宽部分展开角a取200300。 栅渠格栅段宽度B2(m)按下式计算： (6-2)式中 S-栅条宽度或直径(m)，一般取1020mm。 栅前扩大段长L1(m)为： (6-3)式中 B1-进水渠宽(m)，由渠内水速0.40.9ms及水深h计算，一般为0.30.5m。栅后收缩段长

5、L30.5L1。 (三)水通过格栅的水头损失h1(m) (6-4)式中 h0-计算水头损失(m)； K-格栅被栅渣阻塞而使水头损失增大的系数，一般取3，或按K=(3.36v-1.32)求定； -格栅局部阻力系数，其值按表6-1所列公式和数据计算。表6-1 格栅局部阻力系数栅条断面形状的计算公式和取值锐边矩形 迎水面为半圆的矩形 圆形 迎、背水面均为半圆的矩形=2.42=1.83=1.79=1.67正方形=0.64表6-l中为栅条形状系数；为收缩系数；g为重力加速度(ms2)。(四)湿栅渣量W(m3d) (6-5) 式中 Gs-废水中可被格栅拦截的漂浮物量，kgm3； Kf-废水流量变化系数；

6、p-湿栅渣含水率，一般取80； -栅渣容重，kgm3，可取960kgm3。二、筛网 筛网主要用于截留粒度在数毫米至数十毫米的细碎悬浮态杂物，尤其适用于分离和回收废水中的纤维类悬浮物和食品工业的动、植物残体碎屑。这类污染物容易堵塞管道、孔洞或缠绕于水泵叶轮。用筛网分离；则具有简单、高效、运行费用低廉等优点。筛网通常用金属丝或用化学纤维编织而成，其形式有转鼓或转盘式、振动式、回转帘带式和固定式斜筛等多种。不论何种形式，其结构要既能裁留污物，又便于卸料和清理筛而。筛孔尺寸可根据需要由0.15mm至1.0mm不等。 图6-3为一种水力回转筛的结构示意图，它由旋转银筒筛和固定筛组成。旋转筛的小头端用不透

7、水的材料制成，内壁装设固定的导水叶片。当进水射向导水叶片时，便推动银筒旋转，悬浮物被筛网截留，并沿斜面卸到固定筛上进；步脱水。水则穿过筛孔，流入策水槽。图6-4为用来从纸机白水中回收纸浆纤维的固定式斜筛。筛面用2040目尼龙丝网或钢丝网张紧在金属框架上制成，以600750的倾角架设在支座上。白水经沉砂槽除去泥砂后，由配水榴经溢流堰均匀地沿筛面流下。水中的纸浆纤维被截留于筛面。并沿筛面落入滤水槽滤水后作为良浆回收，水则穿过筛孔经集水槽去气浮处理；筛面用人工或机械定期清洗三、微滤微滤是微孔介质过滤的简称。它是一种用多孔材料制成的整体型微孔管或微孔板来戳留水中的固态细微悬浮物的水处理方池。目前常用的

8、微孔滤料有多孔陶瓷、多孔聚氯乙烯树脂及多孔泡沫塑料等。过滤机所使用的呢绒、帆布等也属于微孔滤料的范畴。微孔滤料适用于截留没有絮凝性的无机杂质。 微孔过滤的方式有加压过滤和减压过滤两种。滤管和滤板一般按废水流量大小装配成组。废水可由里向外或由外向里流动，处理负荷一般在12m3m2h。滤饼用压缩空气吹脱，空气和反沈水压力为196294kPa5.2沉淀池【授课时间】2学时【教学手段】课堂讲授【教学过程】沉淀池可分为普通沉淀池和浅层沉淀池两大类。按照水在池内的总体流向，普通沉淀池又有平流式、竖流式和辐流式三种型式。普通沉淀池可分为入流区、沉降区、出流区、污泥区和缓冲区5个功能区。入流区和出流区的作用是

9、进行配水和集水，使水流均匀地分布在各个过流断面上，为提高容积利用、系数和固体颗粒的沉降提供尽可能稳定的水力条件。沉降区是可沉颗粒与水分离的区域。污泥区是泥渣贮存、浓缩和排放的区域。缓冲层是分隔沉降区和污泥区的水层，防止泥渣受水流冲刷而重新浮起。以上各部分相互联系，构成一个有机整体，以达到设计要求的处理能力和沉降效率。一、平流沉淀池 在平流沉淀池内，水是按水平方向流过沉降区并完成沉降过程的。图3-16是没有链带式刮泥机的平流沉淀池。废水由进水槽经淹没孔口进入池内。在孔口后面设有挡板或穿孔整流墙，用来消能稳流，使进水沿过流断面均匀分布。在沉淀池末端没有溢流堰(或淹没孔口)和集水槽，澄清水溢过堰口，

10、经集水槽排出。在溢流堰前也设有挡板，用以阻隔浮渣，浮渣通过可转动的排演管收集和排除。池体下部靠进水端有泥斗，斗壁倾角为500600，池底以0010，02的坡度坡向泥斗。当刮泥机的链带由电机驱动缓慢转动时，嵌在链带上的刮泥板就将池底的沉泥向前推入泥斗，而位于水面的刮板则将浮渣推向池尾的排渣管。泥斗内设有排泥管，开启排泥阀时，泥渣便在静水压力作用下由排泥管排出池外。链带式刮泥机的缺点是链带的支承和驱动件都浸没于水中，易锈蚀，难保养。为此，可改用桥式行车刮泥机，这种刮泥机不但运行灵活，而且保养维修都比较方便。对于较小的平流沉淀池，也可以不设刮泥设备，而在沿池的长度方向设置多个泥斗，每个泥斗各自单独排

11、泥，既不相互干扰，也有利于保证污泥浓度。沉淀池的设计包括功能构造设计和结构尺寸设计。前者是指确定各功能分区构件的结构形式，以满足各自功能的实现；后者是指确定沉淀池的整体尺寸和各构件的相对位置。设计良好的沉淀池应满足以下三个基本要求；有足够的沉降分离面积：有结构合理的人流相出流放置能均匀布水和集水；有尺寸适宝、性能良好的污泥和浮渣的收集和排放设备。进行沉淀池设计的基本依据是废水流量、水中悬浮固体浓度和性质以及处理后的水质要求。因此，必须确定有关设计参数，其中包括沉降效率、沉降速度(或表面负荷)、沉降时间、水在池内的平均流速以及泥渣容重和含水率等。这些参数一般需要通过试验取得；若无条件，也可根据相

12、似的运行资料，因地制空地选用经验数据。以-萨按功能分区介绍设计和计算方法。 1.入流区和出流区的设计入流和出流区设计的基本要求，是使废水尽可能均匀地分布在沉降区的各个过流断面，既有利于沉降，也使出水中不挟带过多的悬浮物。常用的配水方式如图3-17。紧靠池壁内侧是一条横向配水槽，其后的人流装置可以有三种不同组合。溢流堰的堰口要确保水平；底孔应沿池宽答距离分布且大小相等；为了减弱射流对沉降的干扰，整流墙的开孔率应在1020，孔口的边长或直径应为50150mm，最上一排孔口的上缘应在水面以下0.120.15m处，最下一排的下缘应在泥层以上0.3O.5m处；挡板需高出水面O.15O.2m，淹没深度不小

13、于O.2m，距离进水口0.51.0m。集水槽的布置有图3-18所示的三种基本方式。其中以(a)最为简单，但因长度短，流速大，容易挟带较多的悬浮物；(b)种加设了一组纵向支渠，水力条件最好，但结构较复杂。目前，也有在沉淀池中、后部加设横向中途集水槽的。出流口常采用溢流堰和淹没潜孔。前者可为自由堰，也可为锯齿形三角堰，堰前设置挡板，用以稳流和阻挡浮渣，挡板淹没深度为0.3O.4m，距溢流堰O.25O.5m。出水溢流堰不仅控制着池内水面的高 崖，而且对水流的与勺分布和出入水质古重要影M向，由此堰白必匆严格水平，以征证堰负荷(即单位堰长在单位时间的排水量)适中且各处相等。在采用淹没潜孔时，要求孔径相等

14、，并应沿池子宽度上均匀分布，淹没深度征015-02m。显示图片 2沉降区的设计 沉降区设计的主要内容是确定沉降区的长、览、浇尺寸和沉淀池座数或分格数，其主要内容如下： (1)由设计流量Q(m3h)和表面负荷q(m3m2oh)，按AQq计算沉降区表面积A(m2)。 (2)由与Q对应的水平流速v(mms)和沉降时间t，按L23.6vt计算沉降区长L2(m)。一般取v5mms；t取l.52.0h。 (3)按B2AL2计算池宽B2(m)，并按L2b45的要求得单池或单格宽b(m)的近似尺寸。 (4)由nB2b确定沉淀池座数或分格数n。显然，由于n只能为正整数，而n、B2和b又互相关联，因此在确定n值后

15、，需对b或B2作必要调整，但仍需满足L2b4的要求。此外，在采用机械刮泥时，b值还必须与刮泥机的衍架宽度相匹配。为了便于检修倒换，n值不应小于2，但也不宜过大，以免增大造价。3污泥区的设计污泥斗的容积可由排泥周期内沉降的泥渣量确定。泥渣体积Vw(m3)按下式计算： (3-22)式中Q-废水设计流量，m3h； C和C-分别为进水和出水的SS浓度，mgL； P-泥渣含水率(%)； -泥渣容重，kgm3，当泥渣主要为有机物且含水率在95以上时，可取1000kgm3； T-排泥周期，一般取12d。 对倒正棱台形泥斗，其容积Vd(m3)按下式计算： (3-23) 式中a1和a2-分别为泥斗上、下底边长，

16、m； h4-泥斗高度，m； ，a为泥斗壁烦角，按污泥滑动性取450600。设m为沉淀池的泥斗数，如mVdVw，则能满足要求，否则应增加泥斗数或缩短排泥周期。4沉淀池的整体尺寸 设前、后挡板与进、出水口的距离分别为L1和L3，则沉淀池总长L(m)为： (3-24) 设缓冲层高度为h3，当没有刮泥机时，h3(hm+0.3)，hm为刮泥板高度；不设刮泥机时，h3取O.5m。为了适应冲击负荷的水位变化，有效水深以上应有保护高度h1，常取0.3m。故沉淀池总高H(m)为： (3-25)二、竖流沉淀池 竖流沉淀池多用于小流量废水中絮凝性悬浮固体的分离，池面多呈圆形或正多边形。图3-19为圆形竖流沉淀池的结

17、构示意图，其上部圆筒形部分为沉降区，下部倒圆台部分为污泥区，二者之间有0.3O.5m的缓冲层。沉淀池运行时，废水经进水管进入中心管，由管口出流后，借助反射板的阻挡向四周分布，并沿沉降区断面缓慢竖直上升。沉速大于水速的颗粒下沉到污泥区，澄清水则由周边的溢流堰溢入集水槽排出。溢流堰内侧设有半浸没式挡板来阻止浮渣被水带出。竖流沉淀池的直径一般在48m，最大不超过10m，以1.52.0m的静水压力排泥。为保证水流的竖向运动，池径与沉降区深度之比不宜大于3。如池径大于8m，应增设径向集水槽。竖流沉淀池内，水流水平分速为零，在静水中沉速为us的颗粒在池内的实际沉速为us与水上升流速v的矢量和(us-v)，

18、颗粒被分离的条件为usv，而usv的颗粒始终不能沉底，因而其沉降效率与具有相同表面负荷的平流沉淀池相比减小了 ；即ET=(1-p0) 100()。竖流沉淀池的设计参数如下：(1)表面负荷，按公式(3-20)计算，当无资料时，可按v(O.50.8)mms，即q (2.03.O)m3m2h取用。(2)沉降时间按公式(3-20)求取；当无资料时，可取t(1.02.0)ha。(3)管口不设反射板时，取中心管内流速v00.03ms；设反射板时，v0O.1ms。(4)中心管与反射板之间的流速v1一般不大于0.04ms。(5)中心管及反射板的结构尺寸如图3-20。(6)保护高度取O.30.6m，缓冲层高度取

19、0.3m，泥斗壁倾角取450550。竖流沉淀池的设计计算内容如下： (1)中心管的断面 A1(m2)和直径d(m)由单池流量Qn(m3h)及中心管流速v0(mh)计算，其中Q为废水流量(m3h)，n为池数 (2)由表面负荷q(m3m2h)及单池流量计算沉淀区断面积人A(m2)。(3)由A1和A2计算沉淀池表面积A(m2)和直径D(m)。(4)由上升流速v(mh)和沉降时间t(h)计算沉降区有效水深h2(m)。(5)由中心管出流速度v(mh)和喇叭口直径d1(m)计算喇叭口与反射板问高度h3(m)。 (6)污泥体积Vw的计算同平流沉淀池，污泥斗实际体积Vd(m3)为： (3-26)式中 h5-泥

20、斗圆台部分高度(m)； R和r-分别为圆台上、下底半径(m)。(7)沉淀池总高H(m)按下式计算： (3-27) 式中h1-保护高度，m； h4-缓冲层高度，m。三、辐流沉淀池辐流沉淀池是一种直径较大的圆形池，其结构如图3-21。废水经进水管进入中心布水筒后，通过筒壁上的孔口和外围的环形穿孔整流挡板，沿径向呈辐射状流向池周，经温流堰或淹没孔口汇入集水榴排出。沉于池底的泥渣，由安装于衍架底部的刮板以螺线形轨迹刮入泥斗，再借静压或污泥泵排出。悬浮固体颗粒在辐流沉淀池中的沉降规律如图3-22。由于过流断面由中心向周边不断增大，水平分速逐渐减小，因此其沉降轨迹呈下垂曲线。如没中心筒半径为rl，池半径为

21、R，沉降区水深为H，那么在半径为r的任意点上，颗粒在dt时间内在水平方向和竖直方向上的位移分别为dr=vdt和dH=udt。由于dH/u=dr/v，故颗粒的分离条件为 。将 代入，整理后可得： 或 （3-28）可见，辐流沉淀池中颗粒的分离条件与平流沉淀池相同，总沉降效率仍为 辐流沉淀池的直径一般为2040队最大可达100m。池中心深度为2.55.Om，周边深度为1.53.0m。池底以0.06O.08的坡度坡向泥斗。这种沉淀池的缺点主要是中心进水口处流速较大，且呈紊流，容易影响初期沉降效果。为此，目前已出现了一些新的池型，如回转悬槽配水式和向心辐流式等。辐流沉淀池的表面负荷q和沉降时间t应通过沉

22、降试验确定，对生活污水，q可取2.03.6m3m2h，t取1.52.0h。将效水深h2通常取池半径12处的深度值。池表面积和直径的计算与竖流沉淀池相同；泥渣体积和波斗尺寸的计算与平流沉淀池相同，但排泥周期一般为4h。沉淀池总高H(m)按下式计算： (3-29)式中h1-保护高度，取O3m； h3-缓冲层高度，计算方法同机械刮泥手流沉淀池；h4-泥斗上缘到池半径12处的高度，h4Di4，i为池底坡度；h5-污泥斗高度。5.3气浮设备【授课时间】2学时【教学手段】课堂讲授【教学过程】一、气浮和浮选 气浮过程中，细微气泡首先与水中的悬浮粒于相粘附，形成整体密度小于伞的气泡-颗粒复合体，使悬浮粒子随气

23、泡一起浮升到水面。由此可见，实现气浮分离必须具备以下三个基本条件：一是必须在水中产生足够数量的细微气泡；二是必须使待分离的污染物形成不溶性的固态或液态悬浮体；三是必须使气泡能够与悬浮粒子相粘附。这里着重讨论细微气泡的形成以及它与悬浮粒子的粘附问题。 二、空气的溶解、释放及气泡性质 (一)空气的溶解 空气对水属于难溶气体，它在水中的传质速率受液膜阻力所控制，此时，空气的传质速率可表示为： (5-4) 式中 N-空气传质速率，kgm2h； KL-液相总传质系数，m3m2h； C*和C-分别为空气在水中的平衡浓度和实际浓度，kgm3。 由上式可见；在一定的温度和溶气压力下(即C*为定值时)，要提高溶

24、气速率，就必须通过增大液相流速和紊动程度来减薄液膜厚度和增大液相总传质系数。增大液相总传质系数，强化溶气传质的途径是采用高效填料溶气罐，溶气用水以喷淋方式由罐顶进入，空气以小孔鼓泡方式由罐底进入，或用射流器、水泵叶轮将水中空气切割为气泡后由罐顶经溃头或孔板通入。这样，就能在有限的溶气时间内使空气在水中溶解量尽量接近饱和搜。当采用空罐时，也应采用上述的布气进水方式，而且应尽可能提高喷淋密度。在水温一定而溶气压力不很高的条件下，空气在水中的溶解平衡可用亨利定律表示为： (5-5) 式中 V-空气在水中的溶解度，Lm3； KT-溶解度系数，LkPam3，是KT值与温度的关系见表5-3； 表5-3 不

25、同温度下空气在水中的溶解度系数温 度(0C)01020304050KT值(L/kPa.m3)0.2850.2180.1800.1580.1350.120 p-溶液上方的空气平衡分压，kPa(绝压)。 内上式可见，空气在水中的平衡溶解量与溶气压力成正比，且与温度有关。在实际操作中，由于溶气压力受能耗的限制，而且空汽溶解量与溶气利用率相比并不十分重要，因而溶气压力通常控制在490kPa(表压)以下。溶解于水中的空气量与通入空气量的百分比，称为溶气效率。溶气效率与温度、溶气压力及气掖两相的动态接触面积有关。为了在较低的溶气压力下获得较高的溶气效率，就必须增大气液传质面积，并在剧烈的湍动中将空气分散于

26、水。在20和290490kPa(表压)的溶气压力下，填料溶气罐的平均溶气效率为7080%，空罐为5060%。 在一定条件下，空气在水中的实际溶解量与平衡溶解量之比，称为空气在水中的饱和系数。饱和系数的大小与溶气时间及溶气罐结构有关。在24min的常用溶气时间内，填料罐的饱和系数为0.70.8，空罐为0.80.7。不同溶气压力下，空气在水中的实际溶解量与溶气时间的关系如图5-4。大气压下空气在水中的平衡溶解量如表5-4。 表5-4 大气压下空气在水中的平衡溶解量温 度(0C)051015202530平 衡 溶解 量mg/L37.5532.4828.3725.0922.4020.1618.14mL

27、/L29.1825.6922.8420.5618.6817.0915.04(二)溶解空气的释放 溶气水的释气过程是在溶气释放器内完成的。现以图5-5所示的TS型释放器为例加以说明，当带压溶气水由接管1进入口孔时，过流断面突然缩小，随即进入孔盒3时，断面又突然扩大。水流在孔室内剧烈服撞，形成涡流。当它反向急速转入平行狭缝沿径向迅速扩散时，过流断面再次收缩，流态骤变，紊动更为剧烈。在上述过程中，绝大部分空气分子从水中释放，并在分子扩散和紊流扩散中逐级并大为超微气泡。当水、气混合流通过出水孔进入辅消能室时，过流断面又突然扩大，溶气水的剩余静压能继续在此转化，过饱和空气几乎全部释出，同时超微气泡在紊流

28、扩散作用下，同向并大为10m级的细微气泡出流，释气过程结束。可见，释气过程是在溶气水流经过反复地收缩、扩散、撞击、反流、挤压、辐射和旋流中完成的，整个过程历时不到0.2s。 释放器的性能往往因结构不同而有很大差异。高效释放器都有一个共同特点，就是使溶气水在尽可能短的时间内达到最大的压力降，并在主消能室(即孔盒内)具有尽可能高的紊流速度梯度。 (三)细微气泡的性质 气浮法的净水效果，只有在获得直径微小、密度大、均匀性好的大量细微气泡的情况下，才能得到良好的气浮效果。 (1)气泡直径气泡直径愈小，其分散度愈高，对水中悬浮粒子的粘附能力和粘附量也就愈大。(2)气泡密度气泡密度是指单位体积释气水中所合

29、微气泡的个数，它决定气抱与悬浮粒子碰撞的机率。由于气泡密度与气泡真径的3次方成反比，因此，在溶电压力受到限制的条件下，增大气泡密度的主要途径是缩小气泡直径。(3)气泡的均匀性气泡均匀性的含义，一是指最大气泡与最小气泡的直径差；二是指小直径气泡占气泡总量的比例。大气泡数量的增多会造成两种不利影响：一是使气泡密度和表面相大幅度减小，气泡与悬浮粒子的粘附性能和粘附量相应降低；二是大气泡上浮时会造成剧烈的水力扰动，不仅加剧了气泡之间的兼并，而且由此产生的惯性撞击力会将已粘附的气泡撞开。(4)气泡稳定时间气泡稳定时间，是将溶气水注入1000mL量筒，从满刻度起到乳白色气抱消失为止的历时。优良的释放器释放

30、的气抱稳定时间应在4min以上。溶气利用率，是指能同悬浮粒子发生粘附的坪抱量占溶解空气量的百分比。常规压力洛气气浮的溶气利用率通常不超过20，其原因在于释放的空气大部分以大直译的无效气泡逸散。在这种情况下，即便将溶气压力提得很高，也不会明显提高气浮效果。相反，如能用性能优良的释放器获得性质良好的细微气泡，就完全能够在较低的溶气压力下使溶气利用率大幅度提高，从而实现气浮工艺所追求的低压、高效、低能耗的目标。三、悬浮粒子与气泡的粘附在细微气泡性质已定的条件下，悬浮粒子能亩自动与气泡粘附，主要取决于粒于的表面性质。一殷的规律是，疏水，性粒子容易与气泡粘附，而亲水性粒子则不易与气泡粮附，亲水性愈强，粘

31、附就愈困难。因此，如果水中的悬浮粒子是强亲水性物质，就必须首先投加浮选药剂，将其表面转变为疏水性的，才能用气浮法去除。这种把投加浮选药剂与气浮结合起来的水处理方法就是浮选。水中悬浮粒子粘附于气泡的机理涉及气泡、溶液和粒子三者的关系。当气抱与分散相粒于共存于水中时，就依粒子的不同润湿性构成了如图5-6所示的气-液-粒三相体系及不同的气泡与粒子的粘附情况。 气、液两相接触时，液体的表面张力使液体表层分子比内部分子具有更多的能量。这种能量称为表面能或气、液界面能。实际上，任何两相之间都有界面张力和界面能。界面能和表面能一样，都有降低到最小的趋势。细微气泡具有巨大的表面能，是热力学不稳定体系。当它们与

32、悬浮粒子在水中相遇时，就彼此挤开对方的外层水膜，使气泡内膜紧靠粒子的琉水部位，并通过范德华引力发生粘附，以降低气泡与粒子间的界面能。这种粘附能否实现，则取决于该种粒子的润湿性。水对各种粒子的润湿性大小，可用的接触角(见图5-6)来衡量。接触角90者称为亲水性物质，900者称为疏水性物质；愈大，疏水性愈强。物质的亲、疏水性可从图5-6中粒子与水的接触面积的大小看出。若将气泡、溶液和粒子分别用a、1和p表示，而作用于三相界面的界面张力分别表示为：液气-1,a，液粒-1,p，气粒a,p(单位均为10-5N)。那末，可以根据界面张力平衡原理，导出粒子与气泡粘附后界面能的降低值W(10-7J)的表达式为

33、： (5-6)由上式可见，当粒子润湿性很好时， ， ， ，即界面能并未减小，说明粒子不能与气泡粘附；反之，当粒子润湿性很差时， ， ， ，说明粒子与气泡能紧密粘附，易于用气浮法除去。浮选剂是浮选中所用药剂的总称，按功能的不同可分为捕收剂、调整剂和起泡剂三类。它们大多是链状有机表面活性剂。其主要特征是分子结构的不对称性，属于极性一非极性分子。分子的一端含有极性基(如-OH、-COOH、-SO3H、-NH3、N等)，显示出亲水性，称为亲水基；另一端为非极性基(如-R、等)，显示出疏水性，称为疏水基。当在分散相为亲水性粒子的水中投加浮选剂时，在有大量细微气泡造成的大面积气水界面上，亲水粒子就强烈吸附

34、浮选剂的亲水基，而迫使疏水基伸向水。结果在粒子周围形成亲水基向粒子而疏水基向水的定向排列，从而使亲水性粒子的表面性质由亲水性转变为疏水性(图5-7)。此外，这类表面活性剂还能显著降低水的表面张力，提高气泡膜的弹性和强度，使细微气泡不易破裂和并大。这种功能特别显著的浮选剂常称为起抱剂。 浮选剂的种类很多，属于捕收剂的有松香油、煤油、黄药、黑药、氧化石螃、十八胺等；属于稳泡剂的有十二烷基磺酸钠、十二统基苯磁醋钠、月桂醋二乙醇酰胺、月桂醇硫酸酯钠等。浮选剂的性能与其分子结构密切相关，疏水基的分子量愈大，它与气泡的粘附性就愈强。因此，应选择那些疏水基碳链较长的品种，其加量以控制在稍高于临界胶束浓度(c

35、.m.c)为度。细微气泡与悬浮粒子的粘附形式有多种。按二者碰撞动能的大小和粒子疏水性部位的不同，气抱可以粘附于粒子的外围，形成外围粘附；也可以挤开孔隙内的自由水而粘附于絮体内部，形成粒间裹夹。如果溶气水是加在投加了混凝剂并处于胶体脱稳凝聚阶段的初级反应水中，那末超微气泡就先与微絮粒粘附，然后在上浮过程中再共同长大，相互聚集为带气絮凝体，形成粒间裹夹和中间气抱架桥粘附兼而有之的共聚粘附。共聚粘附具有药剂省、设备少、处理时间短和浮渣稳定性好等优点，但必须有相当密集的超微气泡与之配合。 四、乳化和破乳含油废水中存在起乳化作用的表面活性剂时，乳化剂的疏水基便伸入油粒，亲水基伸向水，从而在油粒表面形成定

36、向排列并具有双电层结构的亲水性保护膜。保护膜所带的同号电荷互相排斥，使油粒不能接触碰撞和并大，形成稳定的水包油型浑浊乳状液。废水中的乳化油，有的是为了满足某种工艺需要而配制的乳化液，有的则是水中的油粒在水流搅动下吸附了表面活性剂或细微团体颗粒而自然形成的乳化油。前者由于乳化充分，具有强烈的亲水性，必须在破乳后才能上浮分离；后者由于乳化不充分，具有弱疏水性或弱亲水性，大多可用气浮法除去，少量的则需经破乳后才能分离。 破乳就是破坏油粒周围的保护膜，使油、水发生分离。破乳机理主要有两种：一种是使乳液微粒的双电层受到压缩或表面电荷得到中和，从而使微粒由排斥状态转变为能接触碰撞的并聚状态；另一种是使乳化

37、剂界面膜破裂或被另一种不会形成牢固界面膜的表面活性物质顶替，使油粒得以释放和并聚。破乳方法可分为物理法和化学法两类。物理法有高压静电法破乳，剧烈搅拌和震荡法破乳、高速离心法破乳以及加热或冷冻法破乳等。化学法破乳，就是在乳液中投加酸类、盐类、换型乳化剂、混凝剂以及各种专用有机高分子破乳剂。破乳方法的选择需依具体情况(如乳液的浓度、乳化程度、废水流量及回收利用价值等)而定。对含乳化油废水而言，目前较为有效而简便的方法是投加铁、铝盐混凝剂或有机高分子破乳剂。有机高分子破乳剂也是表面活性剂，但它们的疏水基的疏水性比乳化剂强，而亲水基的亲水性比乳化剂弱，因而能将乳化剂从油水界面上顶替出来，而自身又不会形

38、成牢固的界面保护膜，有的还具有电性中和及吸附桥联凝聚作用。五 压力溶气气浮的流程及主要工艺条件按照加压水(即溶气用水)的来源和数量，压力溶气气浮有全部进水加压、部分进水加压和部分回流水加压三种基本流程。三种流程都由加压泵、溶气罐、释放器和气浮池等基本设备组成。 图5-8所示的气浮系统是以空压机作为气源。在全部进水加压时，投加了混凝剂的原水由加压泵升压至196392kPa(表压)，与压力管通入的压缩空气一起进入溶气耀内，并停留24min，使空气溶于水。溶气水由晒底引出，通过释放器减压后进入气浮池。此时，水中溶解的过饱和空气使以细微气泡逸出，与水中的悬浮物粒子粘附而浮升到水面。浮掩由刮渣机定期刮入

39、气浮池尾(首)的浮渣槽排出。处理水则由没于池尾的溢流堰和集水伯或靠近池底的穿孔集水管排出池外。这种流程虽有溶气量大的优点，但动力消耗大，絮凝体容易在加压和溶气过程中破碎，水中的悬浮粒子容易在溶气罐填料上沉积和堵塞释放器。因此，目前已较少采用。 仅对部分进水加压，是从原水总量中抽出1030%作为溶气用水，其余大部分先进行混凝处理，再通入气浮池中与溶气水混合进行气浮。这种流程的气浮池常与隔板混凝反应池合建。它虽然避免了絮凝体容易破碎的缺点，但仍有溶气罐填料和释放器易被堵塞的问题，因而也较少采用。部分回流水加压，是从处理后的净化水中抽出1030%作为溶气用水，而全部原水都进行混凝处理后进行气浮。这种

40、流程不仅能耗低，混凝剂利用充分，而且操作较为稳定，因而应用最为普遍。 压力溶气气浮的供气方式可分为空压机供气、射流进气和泵前括管进气三种，如图5-9 (a)、(b)、(c)所示。空压机供气的优点是气量、气压稳定，并有较大的调节余地，但噪声大，投资较高。射流进气是以加压泵出水的全部或部分作为射流器的动力水，当水流以3040ms的高速紊流束从喷嘴喷出，并穿过吸气室进入混合管时，便在吸气室内造成负压而将空气吸入。气水混合物在混合管(喉管)内剧烈紊动、碰撞、剪切，形成乳化状态。进入扩散管后，动能转化为压力能而使空气溶于水，随后进入溶气罐，这种供气方式设备简单，操作维修方便，气水混合格解充分；但由于射流

41、器阻力损失大(一般为加压泵出口压力的30%)而位能耗偏高。泵前插管进气，是在加压泵的吸水管上设置一个膨胀的插管管头，在管头轴线上沿水婉方向插入l3支900的进气管。水泵运行时，叶轮旋转产生的负压将空气从进气管吸入，并与水一起在泵内增压、混合和部分溶解。这种埃气力式简便易行、能耗低，但气水比受到一定限制，一般为58，最高不能超过10，而且加压泵叶轮易受气蚀。以上三种供气方式的选择应视具体情况而定。一殷在采用填料溶气罐时，以空压机供气为好。反之，当受水质限制而采用空罐时，为了保证较商的溶气效率，宜采用射流进气ss；而当有高性能的溶气释放器能保证较高的溶气利用率，且处理水量较小时，则以泵前活管进气较

42、为简便、经济。 近华来，在射流进气的基础上研究了一种内循环式射挽压力溶气的新型气浮流程(图5-10)。这种溶气系统除保持了射流进气的气、水混合充分和溶气效率高的特点外，还能充分利用尚未溶解的压力空气和饱和罐的内压，因而可比一般的射流进气节约30以上的能耗，而且可用普通截止阀作为溶气释放器，对废水中的悬浮固体浓度有较大的适应能力，也能在较大的范围内调节溶气水的压力和流量，以适应不同条件的运行要求。目前困内腕力溶气气浮工艺可按所使用的路汽释放器的不同，可分为常规型和高教型。前者使用的是以截止阀为主的阀门类释放器；后者使用的是TS、TJ、YJH、KGH等新型释放器。如果将两种结构的溶气耀(即空瞄和填料罐)也按此加以区分，则二者的主要