气—液界面张力线战固—液界面 张力线之间的夹
日期: 2019-09-07

  气浮的道理及类型_机械/仪表_工程科技_专业材料。气浮的道理及使用 一、气浮的根基道理 1.1 气浮简介 气浮是气浮机的一种简称,也能够做为一种专出名词利用,其次要目标是 操纵高度分离的细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

  气浮的道理及使用 一、气浮的根基道理 1.1 气浮简介 气浮是气浮机的一种简称,也能够做为一种专出名词利用,其次要目标是 操纵高度分离的细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 一个全体, 其全体密度小于水而上浮到水面,从而实现固—液或者液—液分手的 过程。 1.2 界面张力取润湿接触角 起首引见几个根基概念。 (1)亲水性:若是颗粒易被水润湿,则称该颗粒为 亲水性的; (2)疏水性:若是颗粒不易被水润湿,则是疏水性的; (3)润湿接触 角:正在静止形态下,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)称为均衡接触角,用 θ 暗示。具体如图 1.1 所 示。 水对各类物质润湿性的大小,能够操纵它们取水的接触角来权衡。当接触角 θ90 时,则该物质为亲水性物质;当 θ90 时,则该物质为疏水性物质。别的, 一般疏水性物质的气浮结果较好,而亲水性物质的气浮结果较差。下面将对悬浮 物取气泡的附着前提进行深切的切磋。 1.3 悬浮物取气泡的附着前提 按照物理化学的热力学理论, 任何系统均存正在力求使界面能削减到最小的趋 势,下面来具体地阐发悬浮物取气泡附着的前提。气泡取颗粒的感化过程如图 1.1 所示。 界面能:W = σS; (此中,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 ; 最终界面能的削减量为: △ W = σ 水气+σ 水粒-σ 气粒; σ 水气、σ 水粒、σ 气粒三个力之间的关系如图 1 所示。从图中能够得出: (1) 1 σ 水粒 = σ 气粒+σ 水气 cos 180-θ) ( 由(1)式和(2)式能够得出: △ W = σ 水气(1-cosθ) 水 σLG σGS θ σLS 颗粒 被水潮湿的面 积 气泡 σGS 颗粒 θ σLG (2) (3) σLS 被水潮湿的面 积 图 1 气泡取颗粒的感化过程图 因为任何系统均存正在力求使界面能削减到最小的趋向。因而,悬浮物取气泡 附着的前提必需满脚△ W 0 即: 由式 4 能够得出: 当 θ→0 时,cosθ→1,△ W = 0;因而不克不及气浮; 当 0θ90 时,0cosθ1,△ W σ 水气;此时,虽然颗粒可以或许附着正在气泡上, 可是附着不牢; 当 90θ180 时,△ W σ 水气;此时,颗粒取气泡附着比力安稳,比力容易 气浮; 当 θ→180,△ W = 2σ 水气;此时,△ W 达到最大值,颗粒最易被气浮。 同时,cosθ=(σ 气粒-σ 水粒)/σ 水气,水中颗粒 θ 取概况张力 σ 水气相关。σ 水气 添加,θ 增大,有益于气浮。为了添加气泡的不变性,有时会添加一些概况活性 剂;可是若是概况活性剂过多,则会导致 σ 水气下降,润湿接触角 θ 减小,从而影 响到气浮的结果。因而,必需选择适宜的概况活性剂添加量,才能既气泡的 不变性,又能优良的气浮结果。 本章小结 σ 水气(1-cosθ) 0 (4) 2 (1)疏水性物质有益于气浮,亲水性物质的气浮结果较差; (2)当润湿接触角 θ→0 时,不克不及采用气浮处置; 当 0θ90 时,颗粒可以或许附着正在气泡上,可是附着不牢,晦气于气浮; 当 90θ180 时,颗粒取气泡附着比力安稳,比力容易气浮; 当 θ→180,颗粒最易被气浮。 二、气浮工艺的类型取特点 按照发生气泡的方式分歧, 气浮能够分为电解浮上法、分离空气浮上法和溶 解空气浮上法三种。下面具体的来阐发各类气浮工艺以及它们的优错误谬误。 2.1 电解浮上法 电解浮上法是操纵不溶性的阳极和阴极,通入 5-10 V 的曲流电,间接将废 水电解。阳极和阴极别离发生氢气和氧气,构成大量的细小气泡,将废水中的悬 浮颗粒或先经混凝处置所构成的絮凝体粘附而上浮至水面,发生泡沫层,然后用 刮渣机将泡沫刮除, 从而达到固液分手的目标。该方式次要用于中小规模的工业 废水处置。电解气浮池如图 2.1 所示。 10 9 出水 4 5 3 5 7 进水 2 1 6 8 排泥 图 竖流式电解气浮池 1-入 流 室 ; 2-整 流 栅 ; 3-电 极 组 ; 4-出 流 孔 ; 5-分 离 室 ; 6-集 水 孔 ; 7-出 水 管 ; 8-排 沉 泥 管 ; 9-刮 渣 机 ; 10-水 位 调 节 器 图 2.1 竖流式电解气浮池 2.2 分离空气气浮法 分离空气气浮法按照发生气泡的方式分歧又能够分为微气泡曝气气浮法和 叶轮气浮法两种。下面别离来阐述这两种气浮法的定义。 3 2.2.1 微气泡曝气气浮法 该方式次要是将压缩空气引入到接近气浮池底部的微孔扩散板, 并通过微孔 扩散板将空气分离成藐小的气泡,气泡附着正在悬浮颗粒上,达到气浮的结果。微 孔曝气气浮法如图 2.2 所示。 图 2.2 微孔曝气浮上法 1—入流液;2—空气进入;3—分手柱;4—微孔扩散板; 5—浮渣;6—出流液 2.2.2 叶轮气浮法 叶轮气浮法是指将空气引入到一个高速扭转的夹杂器或者叶轮机附近, 通过 高速扭转夹杂器或者叶轮机的高速剪切力,将引入的空气切割成良多藐小的气 泡,从而实现气浮的过程。具体的叶轮气浮安拆如图 2.3 所示。叶轮盖板的构制 如图 2.4 所示。 图 2.3 叶轮气浮布局示企图 4 图 2.4 叶轮盖板的构制 1—叶轮;2—盖板;3—转轴;4—轴套; 5—叶轮叶片;6—导向叶片;7—轮回进水孔 2.3 消融空气浮上法 空气正在水中的消融度取温度成反比; 空气正在水中的消融度取压力的关系如图 2.5 所示。 图 2.5 空气正在水中的消融度取压力的关系图 从图中能够看出,正在必然温度下,压力越大,空气正在水中的消融度越高。 消融空气浮上法是正在降压的前提下, 使空气过饱和水中的空气以微细气泡的 形式出来,悬浮物粘附正在气泡上,通过气泡的上浮,达到固液分手的目标。 消融空气浮上法按照发生气泡的方式分歧能够分为溶气实空浮上法和加压 溶气浮上法两种。 5 2.3.1 溶气实空浮上法 物料正在常压下被曝气, 使其充实溶气。 然后正在实空的前提下, 压力突然降低, 从而使物猜中的溶气析出,构成大量细微的气泡,气泡粘附正在颗粒杂质上,使其 浮于水面, 从而构成泡沫浮渣, 再用刮渣机将其除去, 最终达到固液分手的目标。 实空气浮系统的布局示企图如图 2.6 所示。 图 2.6 溶气线 加压溶气浮上法 物料正在加压的前提下被曝气,使其充实溶气。然后正在常压的前提下,压力骤 然降低,从而使物猜中的溶气析出,构成大量细微的气泡,气泡粘附正在颗粒杂质 上,使其浮于水面,从而构成泡沫浮渣,再用刮渣机将其除去,最终达到固液分 离的目标。其布局示企图如图 2.7 所示。 图 2.7 加压溶气气浮的布局示企图 6 本章小结 分歧的气浮方式的优错误谬误如表 2.1 所示。从表 2.1 中能够看出,加压溶气气 浮法发生的气泡多而平均,并且粒径小,是目前使用最普遍的一种气浮方式。下 一章将对加压气浮法做细致的阐述。 表 2.1 各类气浮方式的优错误谬误比力 类型 长处 1、 电解气浮法发生的气泡小于其它 方式发生的气泡,出格合用于懦弱 电解气浮 絮状悬浮物; 对废水负荷变化有 2、 法 较强的顺应性; 生成的污泥量少、 3、 占地少。不发生噪声。 分 散 空 气 气 浮 法 微气 泡曝 设备简单、易行 气气 浮法 叶轮 气浮 法 设备简单、易行 1、构成的气泡标准较大(d1mm) ,2、 气泡上升速度快,比概况积小,取悬浮 物的接触时间较短,气浮结果欠好。 1、常压下,空气消融度低,气泡的数量 溶气 溶 实空 解 气浮 空 法 气 气 浮 法 加压 溶气 气浮 法 1、 加压前提下, 水中空气的消融度 需要溶气罐、空压机或射流器、水泵等 大,能供给脚够的微气泡;2、气泡 设备, 粒径小,平均。 设备。 无压力设备,节流动力耗损和动力 无限;2、需要密闭设备维持实空,运转 比力坚苦。3、所有设备正在密封的气 浮池内,负气浮池构制复杂,运转办理、 未便。 而不服均,气浮结果不是很好。 扩散板上的孔容易堵塞,导致气泡量少 3、电极板容易结垢,利用寿命短。 2、操做运转办理较复杂,操做未便利; 1、耗电量大,投资成本高; 错误谬误 7 三、加压溶气气浮法 3.1 加压溶气气浮系统的构制 加压溶气气浮法系统次要由压力溶气系统、溶气水减压系统、气水夹杂 系统和气浮分手设备 4 部门构成。 3.1.1 压力溶气系统 压力溶气系统次要包罗溶气体例和溶气设备两个部门。 1、溶气体例 压力溶气系统的溶气体例次要有 3 种,别离是水泵吸气式、水泵压水管拆射 流器挟气式和空压机供气式。 (1)水泵吸气式 该溶气体例的吸气量受水泵气蚀机能的影响,空气消融量很低,一般不跨越 5%。其布局示企图如图 3.1 所示。 图 3.1 水泵吸气式溶气系统 (2)水泵压水管拆射流器挟气式 压力水(约 0.3 MPa)经水射器高速喷射,正在喉管内构成负压吸入空气,从 而使空气消融的体例。其布局示企图如图 3.2 所示。 8 图 3.2 射流器挟气式溶气系统 (3)空压机供气式 该方式通过空压机将空气打入溶气罐, 再通过气泡器将空气成细小 气泡。其布局示企图如图 3.3 所示。 图 3.3 空压机供气式溶气系统 2、溶气设备 常用的溶气设备为压力溶气罐。它的感化是使水取空气充实地接触,推进空 气的消融。溶气罐的形式多种多样,分歧品种的溶气罐的布局示企图如图 3.4 所 示。此中,使用较多的是罐内填充填料的溶气罐,由于它的溶气效率最高。 图 3.4 分歧品种的溶气罐 9 填充式溶气罐拆有填料,因此能够加剧紊动程度,提高液相的分离程度,不 断更新液相取气相的界面,从而提高了溶气效率。其布局示企图如图 3.5 所示。 此中,填料有各类形式,研究表白,阶梯环的溶气效率最高,可达 90%以上,拉 西环次之,波纹片卷最低,这是因为填料的几何特征分歧形成的。其图片如图 3.6 所示。 图 3.5 填充式溶气罐布局示企图 阶梯环 拉西环 波纹片卷 图 3.6 各类填料的示企图 3.1.2 溶气水减压系统 溶气水的减压应能发生脚够的微细气泡, 减压设备关系到发生气泡 的数量和标准。常用的减压设备有 TS、TJ、TV 型溶气器、减压阀、截 止阀等。各类器如图 3.7 所示。 10 TJ 型 TS 型 TV 型 减压阀 图 3.7 各类器的示企图 常用溶气器的次要特征如表 3.1 所示。 表 3.1 溶气器的次要特征 名 根基构制 称 孔口—多孔室 TS —小平行圆盘 型 裂缝—管嘴 孔口—单孔室 TJ 型 —大平行圆盘 裂缝—舌簧— 管嘴 (1)溶气率高(99%以上) ,微气泡稠密尺寸小(20-40μm) , 孔口—单孔室 TV —上下大平行 型 圆盘裂缝 (2)易清洗(压缩空气) ,单个办事范畴大(感化曲径 40-80cm) 工做压力低(0.2MPa) ; (2)易堵塞,流量小,单个办事范畴小(感化曲径 25-70cm) (1)溶气率高(99%以上) ,微气泡稠密尺寸小(20-40μm) , 工做压力低(0.2MPa) ; (2)易清洗(水射器) ,单个办事范畴大(感化曲径 50-110cm) 工做压力低(0.2MPa) ; (1)溶气率高(99%以上) ,微气泡稠密尺寸小(20-40μm) , 次要特征 11 3.1.3 气水夹杂系统 微细气泡发生后, 气泡取水可否充实夹杂间接影响到气浮的结果。常用的气 水夹杂设备有固定夹杂设备取管式夹杂设备, 凡是正在气浮分手池的前端设一接触 区以确保气水充实夹杂。 3.1.4 气浮分手设备 常用的气浮分手设备有平流式气浮池和竖流式气浮池。气浮池包罗进水区、 分手区、出水区和浮渣区。其布局示企图如图 3.8 所示。 进水区:常为接触区,气水充实夹杂; 分手区:须具有必然的无效容积,气粒粘合体能上升到液面; 出水区:底部出水,常设穿孔集水管; 浮渣区:设有刮渣设备和渣槽,确保浮渣成功解除。 图 3.8 平流式气浮池和竖流式气浮池的布局示企图 平流式气浮池和竖流式气浮池的优错误谬误如表 3.2 所示。 表 3.2 平流式和竖流式气浮池的优错误谬误 类型 平流式 低,运转办理便利 全体容积操纵率不高,取反 竖流式 水力前提较好,池深较大 应池跟尾较坚苦 长处 池深较浅,构制简单,制价 分手室容积操纵率不高 错误谬误 12 四、气浮的使用及预处置 气浮法正在工业上的使用十分普遍。次要包罗以下几个方面: 1、石油、化工及机械制制业中的含油污水的分手; 2、工业废水处置; 3、污水中有用物质的收受接管; 4、代替二次沉淀池,出格是用于易于产糊口性污泥膨缩的环境; 5、残剩活性污泥的浓缩。 正在现实的气浮过程中,往往需要添加恰当的化学药剂,提高气浮的结果。从 要的预处置方式有以下几种。 1、混凝剂:各类无机或无机高混凝剂,它不只能够改变污水中的悬浮 颗粒的亲水机能, 并且还能使污水中的藐小颗粒絮凝成较大的絮状体以吸附截留 气泡,加快颗粒上浮。如硫酸铝、三氯化铁、聚合氯化铝。 2、乳化:一种液体以极细小液滴平均地分离正在互不相溶的另一种液体中的 感化。 乳化是液-液界面现象,两种不相溶的液体,如油取水,正在容器平分成两 层,密度小的油正在上层,密度大的水鄙人层。若插手恰当的概况活性剂正在强烈的 搅拌下,油被分离正在水中,构成乳状液,该过程叫乳化。 3、浮选剂:浮选剂大大都由极性--非极性构成。当浮选剂的极性基被 吸附正在亲水性悬浮颗粒的概况后,非极性基则朝向水中,如许就能够使亲水性物 质为疏水性物质,从而能使其取微细气泡相粘附。推进起泡,构成不变的浮 渣层,维持气泡的分离度。如松喷鼻油、石油、概况活性剂、硬脂酸盐等。 4、帮凝剂:提高悬浮颗粒概况的水密性,以提高颗粒的可浮性。如聚丙烯 酰胺。 5、剂:临时或永世性地某些物质的浮上机能,而又不妨碍需要去 除的悬浮颗粒的上浮。如石灰、硫化钠等。 6、调理剂:次要是调理污水的 pH 值,改良和提高气泡正在水中的分离度以 及提高悬浮颗粒取气泡的粘附能力,如各类酸、碱等。 13