水污染控制工程 自然上浮与气浮.ppt

第二阶段 悬浮物与气泡的附着 （四）悬浮物与气泡的附着 实现气浮分离的过程的必要条件是使污染物质能粘附在气泡上。 悬浮物与气泡附着涉及到气、液、固（液）三相介质的问题。 当气泡和颗粒共存于水中，即液、气、颗粒三相介质共存的情况下，每两相之间的界面上都存在着各自的界面张力和界面能，界面能和表面能一样，可用下式表示： E=σ·S 式中：σ——界面张力，N/cm2； S ——界面面积，cm2。 界面能和界面张力一样也有降低到最小的趋势。当废水中有气泡存在时，悬浮颗粒就力图粘附在气泡上而降低其界面能。 悬浮物与气泡附着机理 (P68) 当废水中有气泡存在时，并非所有的颗粒都能粘附上去，它们能否与气泡粘附取决于水对该颗粒的表面性质(即颗粒的润湿性)。 一般规律：疏水性颗粒易与气泡粘附，而亲水性颗粒难以与气泡粘附。 容易被水润湿的物质称为亲水性物质. 难于被水润湿的物质称为疏水性物质。 （详见书P68） 颗粒的润湿程度常用气、液、固三相间互相接触时所形成的接触角的大小来解释。 在静止状态下，当气、液、固三相接触时，在气-液界面张力线和固-液界面张力线之间的夹角（对着液相的），称为平衡接触角，用θ表示。 （图示） θ90°者为亲水性物质; θ90°者为疏水性物质。 从图中物质与水接触面积的大小清楚地看出，不论物质的润湿性如何，在三相接触点上，三个界面的张力总是处于平衡状态，即： σLS=σLGcos(180°-θ)+σGS （1） 当气泡与颗粒共存于水中时: 在气泡与颗粒附着前，单位界面面积上的界面能之和为：E1=σLS+σLG， 附着后，单位附着面积上的界面能W2=σGS，其界面能降低的数值为： △E=E1-E2=σLS+σLG-σGS （2） 能量△E 为挤开气泡与颗粒间的水膜所做的功， △E越大，气泡与颗粒粘附得越牢固。 将式（1）代入式（2），整理得： △E=σLG（1-cosθ） （3） 由式（3）可见： △E越大，越有利于颗粒与气泡粘附。 讨论： ①当颗粒完全被水润湿时，θ→0°，cosθ→1，△E→0，颗粒不能与气泡相粘附，因此也就不能用气浮法分离； ②当颗粒完全不被水润湿时，θ→180°，cosθ→-1，△E→2σLG,颗粒与气泡粘附紧密，最易于用气浮法去除； ③当θ90°时，颗粒表面仍是亲水性占优势，粘附不稳定，在上浮过程中被粘附的颗粒可能脱落； ④当θ90°时，cosθ为负值，△E继续增大，在此范围内，颗粒表面疏水性占优势，粘附容易且稳定，容易气浮分离； ⑤对σLG值很小的体系，△E很小，不利于气泡与颗粒的粘附。 综上所述： ①气浮法只适宜于去除水中的疏水性颗粒，如乳化油； ②对于亲水性颗粒（如纸浆纤维、煤粒、重金属离子等），就必须投加合适的药剂（浮选剂），改变颗粒的表面性质（即改善颗粒表面的亲水性能），同样可用气浮法分离。 ③对于颗粒很细小的微粒，直接气浮效果较差，可投加混凝剂以提高其气浮效果。 悬浮物与气泡附着的基本形式： ①气泡与颗粒吸附； ②气泡顶托； ③絮体中裹夹气泡。 ① 气泡与颗粒吸附 ② 气泡顶托 ③ 气泡裹夹 化学药剂的投加对气浮效果的影响：（书70页） 除疏水性很强的物质，一般的疏水性或亲水性物质需要投加化学药剂，以改变颗粒的表面性质，增加气泡与颗粒的吸附。 （1）混凝剂 （2）浮选剂（极性-非极性分子） （3）助凝剂 （4）抑制剂 （5）调节剂（主要是调节pH值） 二、气浮池 气浮池的功能：提供一定的容积和池表面积，使微气泡与水中悬浮颗粒充分混合、接触、黏附，并使带气颗粒与水分离。 与普通沉淀池构造基本相同，分平流式和竖流式两种。 第三阶段 颗粒物的上浮、分离过程 （一）平流式气浮池 (书P75) 具体参数见书P75。 混凝池与气浮池合建。 入流速度小于0.1m/s 基本参数 (P75--详细计算过程) 池深一般为1.5-2.5m，保护高度可取0.5m。 池长与池宽比不小于3.0。 池深与池宽之比大于0.3。 接触室：上升流速10-20mm/s，停留