容器气浮机的工作原理

    1  气浮的原理及应用  一、气浮的基本原理  1.1 

气浮简介  气浮是气浮机的一种简称，也可以作为一种专**词使用，其主要目的是利用高度分散的微小气泡为载体去粘附废水中疏水性颗粒，将小气泡和颗粒视为一个整体，其整体密度小于水而上浮到水面，从而实现固—液或者液—液分离的过程。 

1.2 界面张力与润湿接触角  首先介绍几个基本概念。

（1）亲水性：如果颗粒易被水润湿，则称该颗粒为亲水性的；

（2）疏水性：如果颗粒不易被水润湿，则是疏水性的；

（3）润湿接触角：在静止状态下，当气、液、固三相接触时，气—液界面张力线和固—液界面张力线之间的夹角（包含液相的）称为平衡接触角，用θ表示。具体如图1.1所示。  水对各种物质润湿性的大小，可以利用它们与水的接触角来衡量。当接触角θ<90时，则该物质为亲水性物质；当θ>90时，则该物质为疏水性物质。另外，一般疏水性物质的气浮效果较好，而亲水性物质的气浮效果较差。下面将对悬浮物与气泡的附着条件进行深入的探讨。 

1.3 悬浮物与气泡的附着条件  按照物理化学的热力学理论，任何体系均存在力图使界面能减少到较小的趋势，下面来具体地分析悬浮物与气泡附着的条件。气泡与颗粒的作用过程如图1.1所示。  界面能：W = σS；（其中，S为界面面积；σ为界面张力） 附着前：W1 =σ水气+σ水粒（假设S为1）； 附着后：W2=σ气粒 ； 较终界面能的减少量为：                    △W = σ水气+σ水粒－σ气粒；                       

（1） σ水气、σ水粒、σ气粒三个力之间的关系如图1所示。从图中可以得出：

   2                     σ水粒 = σ气粒+σ水气cos（180－θ）                     

（2）  由（1）式和（2）式可以得出：                       △W = σ水气(1-cosθ)                         

（3）    图1 气泡与颗粒的作用过程图  由于任何体系均存在力图使界面能减少到较小的趋势。因此，悬浮物与气泡附着的条件必须满足△W > 0   即：                  σ水气(1-cosθ) > 0                          

（4） 由式4可以得出：  当θ→0时，cosθ→1，△W = 0；因此不能气浮；   当0<θ<90时，0<cosθ<1，△W < σ水气；此时，虽然颗粒能够附着在气泡上，但是附着不牢；  当90<θ<180时，△W > σ水气；此时，颗粒与气泡附着比较牢固，比较容易气浮；  当θ→180，△W = 2σ水气；此时，△W达到较大值，颗粒较易被气浮。 同时，cosθ＝（σ 气粒 －σ 水粒 ）/σ 水气 ，水中颗粒θ与表面张力σ 水气 有关。σ 水气 增加，θ增大，有利于气浮。为了增加气泡的稳定性，有时会添加一些表面活性剂；但是如果表面活性剂过多，则会导致σ水气下降，润湿接触角θ减小，从而影响到气浮的效果。因此，必须选择适宜的表面活性剂添加量，才能既保证气泡的稳定性，又能保证良好的气浮效果。

加压溶气气浮设备是将清水加压至(3-4)×105Pa，同时加入空气，使空气溶解于水，然后骤然减至常压，溶解于水的空气以微小气泡形式(气泡直径约为20-100μm左右)，从水中析出，将水中的悬浮物颗粒载浮于水面。从而实现固-液分离。加压溶气气浮设备是应用范围较为广泛的一种气浮设备。该设备可以广泛适用于各类废水处理(尤其是含油废水处理)、污泥浓缩及给水处理。

分类

压力溶气气浮装置的型号按供气源的方式和每小时处理水量分类:

a) 以压缩空气为气源的称为加压溶气气浮装置，代号为:QFJ。

b) 以射流形式吸入空气为气源的称为射流溶气气浮装置，代号为:QFS。

c) 按处理水量(m3/h)分为:5、10、20、30、40、50、75、100、125、150、200、300、400 等规格。

基础组成

a) 加压溶气气浮装置:水泵、空气压缩机、压力溶气罐、溶气水释放控制阀、释放器、刮渣机、电气

控制箱、流量计和气浮池等;

b) 射流溶气气浮装置:水泵、射流器、压力溶气罐、溶气水释放控制阀、释放器、刮渣机、电气控制

箱、流量计和气浮池等。

工艺流程

水泵自调节池将原水提升到反应池。絮凝剂在吸水管上(泵前)投入，并经叶轮混合于反应池中进行絮凝，根据废水的性质不同反应池的强度和反应时间应有所调整。反应后的絮凝水进入气浮池的接触区，与来自溶气释放器释出的溶气水相混合，此时水中的絮粒和微气泡相互碰撞粘附，形成带气絮粒而上浮，并在分离区进行固液分离，浮至水面的泥渣由刮渣机刮至排渣槽排出。清水则由穿孔集水管汇集至集水槽后出流。部分清水经由回流水泵加压后进入溶气罐，在罐内与来自空压机的压缩空气相互接触溶解，饱和溶气水从罐底通过管道输向释放器。

压力溶气气浮法工艺主要由三部分组成，即压力溶气系统、溶气释放系统及气浮分离系统。

1.压力溶气系统。

它包括水泵、空压机、压力溶气罐及其它附属设备。其中压力溶气罐是影响溶气效果的关键设备。采用空压机供气方式。气浮法所需空气量较少，可选用功率小的空压机，并采取间歇运行方式。此外空压机供气还可以保证水泵的压力不致有大的损朱。一般水泵至溶气罐的压力约0.5MPa，因此可以节省能耗。

2.溶气释放系统。

它一般是由释放器(或穿孔管、减压阀)及溶气水管路所组成。溶气释放器的功能是将压力溶气水通过消能、减压，使溶入水中的气体以微气泡的形式释放出来，并能迅速而均匀地与水中杂质相粘附。

3.气浮分离系统。

它一般可分为三种类型即平流式、竖流式及综合式。其功能是确保一定的容积与池的表面积，使微气泡群与水中絮凝体充分混合、接触、粘附，以保证带气絮凝体与清水分离。