工业废水处理(7) 54页

第五节气浮法与应用本节主要内容：1.气浮法的基本原理2.气浮法的分类及特点3.气浮池的设计与应用一、气浮法的原理气浮法是固液分离或液液分离的一种技术。它是通过某种方法产生大量的微气泡．使其与废水中密度接近于水的固体或液体污染物微粒粘附，形成密度小于水的气浮体，在浮力的作用卞，上浮至水面形成浮渣，进行固液或液液分离。1.水中颗粒与气泡粘附条件(1)界面张力、湿润接触角和体系界面自由能n1）界面张力在水、气、粒三相混合系中，不同介质的相表面上都因受力不均衡而存在界面张力()。气泡与颗粒一旦接触，由于界面张力会产生表面吸附作用。三相间的吸附界面构成的交界线称为润湿周边，如图13-3所示。为了便于讨论．现将水、气、粒三相分别以1，2，3表示。2）湿润接触角在气、液、固三相接触时，固、液面张力线和气、液界面张力线之间的夹角称为湿润接触角以θ表示。nθ＜90º为亲水性颗粒，不易与气泡粘附；θ＞90º为疏水性颗粒，易于与气泡粘附。3）界面自由能—界面张力S—界面面积n（2）气粒粘附前后界面能的变化吸附前：吸附后：吸附前后能量变化：越大，固体颗粒越容易与气泡粘附，气浮效果越好。n（2）亲水吸附和疏水吸附吸附达到平衡时：—水、气界面张力；越大，越大，θ越大，越大。接触角与表面张力的关系：增加水的表面张力，θ增加，△W增加，易于气浮。n2）表面活性剂过多，下降，变小，此时虽然气泡分散度好，但气泡与颗粒不容易粘附，气浮效果下降。2.投加化学药剂对气浮效果的促进作用(1)表面活性剂对气浮效果的影响1）适当的表面活性剂能够保证泡沫的稳定性和气泡一定分散度，有利于气浮。表面活性剂的投加应当是适中。n(2)界面电现象与混凝剂脱稳污染粒子吸附两亲物质或亲水固体粉末而使颗粒表面带电的现象叫界面电现象。n界面电现象使颗粒表面存在双电层，污染粒子形成一个稳定的体系。投加混凝剂能够压缩双电层，降低ζ电位，使污染粒子失去稳定性。(3)投加浮选剂改变颗粒表面性质浮选剂大多数是由极性—非极性分子所组成，投加浮选剂能够使亲水性物质转化为疏水性物质，进而与气泡粘附，采用气浮的方法去除。n2.气浮法的分类电解气浮法、散气气浮法和溶气浮法。二、气浮法的适用范围及其分类1.气浮法的适用范围气浮法主要用于从废水中去除比重小于1的悬浮物、油类和脂肪，并用于污泥的浓缩。*分离以分子或离子状态存在的物质，如金属离子、表面活性物质等；n电解气浮装置可分为竖流式和平流式两种。三、电解气浮法利用电解时正负两极产生的氢和氧的微气泡进行气浮。电解法产生的气泡尺寸远小于溶气法和散气法。n四、散气气浮法1.扩散板散气气浮法该法是通过微孔陶瓷、微孔塑料等板管将压缩空气形成气泡分散于水中实现气浮。此方法简单易行，但所得气泡偏大，气泡直径可达1~10mm，气浮效果不佳。n2.叶轮气浮法叶轮气浮宜用于悬浮物浓度高的废水，设备不易堵塞。除油效果可达80％n溶气量小，不适于处理含悬浮物浓度高的废水；气浮在负压下运行，气浮池的结构复杂，维护运行困难。故此法应用较少。五、溶气气浮法1.溶气真空气浮法（1）工作原理：在常压或加压条件下溶气，在真空条件下气浮。（2）优点：能耗小。（3）缺点:n2.加压溶气气浮法(1)工作原理在加压条件下溶气，在常压条件下气浮。(2)特点：形成气泡小、粒径均匀；溶气量大；设备和流程简单。应用广泛。(3)基本流程1）全溶气流程被处理的废水，全部进行加压溶气，然后再经释放器进入气浮池气浮。n气泡量较少。欲增大溶气量，则应加大溶气罐的压力。2）部分溶气流程将被处理的废水的一部分进行加压溶气，其余废水直接进人浮选池。n3）回流加压溶气流程适于废水含悬浮物浓度高的情况。气浮池容积比前两个流程大。将一部分处理后出水回流，进行加压溶气，废水直接入气浮池。n（3）溶气方式1)水泵吸水管吸气溶气方式适用于吸气较少的情况。吸气量过大，水泵易振动，水泵压力下降，还会产生水泵气蚀。n2）水泵压水管射流溶气方式利用在水泵压水管上安装的射流器抽吸空气。此法设备及操作均较为简单，但射流器能量损失较大，一般约在30％左右。n改进型：内循环式射流加压溶气n3）水泵一空压机溶气方式此法能耗较小，但操作较复杂，有噪声。n3）溶气释放器将压力溶气水减压后迅速将溶于水中的空气以极为细小的气泡形式释放出来。（4）设备的作用与选择1）溶气罐让水和空气充分接触，加速空气溶解。加压水停留时间2~3分钟。溶气释放器有减压阀和专用释放器两种形式。n4）气浮池气浮池有平流式和竖流式两种。最常用的是平流式的。nnn（5）气浮池的设计1）气浮池有效水深2.0~2.5m；长宽比1：1~1：1.5；设计停留时间10~20min；表面负荷率5~10m3/m2·h)。2）接触区下端水流上升流速，一般取20mm/s左右，上端水流的上升流速为5~10nun／s，水力停留时间不小于2min。隔板角度60°，高300-500mm,至池顶300mm。3）分离区水流向下流速，一般取1~3mm/s(包括溶气回流量)。nA—减压至一个大气压时释放的空气总量，kg/d;γ—空气容重，g/L;Cs—在一定温度下，一个大气压时的空气溶解度，mg/L;P—溶气压力，绝对压力；f—加压溶气系统的容器效率；R—压力水回流量或加压溶气水量。4)气固比nS=QSa式中S—悬浮物干重，kg/d;Q—进行气浮处理的废水量，m3/d;Sa—废水中悬浮颗粒浓度，kg/m3。将A和S代入得：当气固比a已知，可求的得R。α一般取0.005-0.006；剩余污泥气浮浓缩时取0.03-0.04。n在石油化工废水处理中，多采用混凝一气浮法，这样可提高处理效果。六、气浮法的应用1.气浮法在石油化工废水中的应用气浮法在石油化工废水处理中应用较多。在浮选处理之前，一般有调节池和隔油池。在浮选处理之后，一般后续有生化处理。n2.造纸厂白水处理采用混凝—气浮的方法.3.印染废水处理作为生物处理的预处理。作业题：1.画出压加气浮三种工艺流程图；2.溶气方式有哪些？3.气浮方法有哪些？4.表面活性剂对气浮效果的影响？n第六节吸附法与应用本节主要内容：1.吸附类型及特点2.影响吸附的因素3.吸附等温线与吸附等温式4.吸附工艺5.吸附塔的设计6.吸附法的应用n一、概述1.吸附法利用多孔性的固体物质，使废水中的一种或多种物质被吸附在固体表面而被去除的方法叫吸附法。吸附法常用于去除因酚、石油等引起的异味；去除由各种染料、有机物、铁、锰形成的色度；去除难降解的有机物；去除重金属。2.吸附、吸附剂、吸附质在相界面上物质的富集现象称为吸附。废水处理主要是利用固体对废水中溶质的吸附作用。吸附剂：具有吸附能力的多孔性的固体物质叫吸附剂。吸附质：被吸附剂吸附的物质叫吸附质。n二、吸附类型1.物理吸附吸附力是分子间引力(即范德华力)；在低温下就能吸附；可以是单分子层吸附，也可以是多分子层吸附；吸附是可逆的；无选择性。2.化学吸附吸附力是化学键力；一般在较高温度下才能吸附；是单分子层吸附；吸附不是可逆的；有选择性。n三、吸附剂及活性炭1.常用吸附剂天然吸附剂有粘土、硅藻土、无烟煤、天然沸石等。人工吸附剂有活性炭、分子筛、活性氧化铝、磺化煤、活性氧化镁、树脂吸附剂等。2.活性炭(1)活性炭制造含碳物质（经高温碳化）→炭渣（活化）→活性炭活化方法：A.药剂法：ZnCl2、H3PO4、H2SO4B.气体法：水蒸气、空气、CO2活性炭是一种多孔性、疏水性吸附剂，对水中有机物有较强的吸附作用。活性炭可制成粉末状和颗粒状。n(2)活性炭的细孔构造活性炭的细孔分为大孔、中孔（过渡孔）、小孔。大孔有效半径大于100nm小于5%，主要为吸附质提供扩散的通道；中孔（过渡孔）有效半径在2~100nm占5%以下除为吸附质提供扩散的通道外，也能吸附较大的吸附质；小孔有效半径小于2nm占95%以上吸附吸附质。吸附量主要由小孔决定。n3.活性炭的再生方法(1)加热再生法(2)化学再生法通过化学反应再生。具体有湿式氧化法、臭氧氧化法、电解氧化法。(3)溶剂再生法用苯、丙酮及甲醇等有机溶剂再生。(4)生物再生法利用微生物的作用将活性炭吸附的有机物氧化分解。n四、吸附平衡、吸附容量与吸附等温线1.吸附平衡吸附速度=解吸速度吸附平衡时废水中吸附质的浓度称为平衡浓度。2.吸附容量吸附容量是单位重量的吸附剂所能吸附的吸附质的重量。q——吸附容量，g/g；V——废水容积，L；C。——原废水的吸附质浓度，g/L；C——吸附平衡时，废水中剩余的吸附质浓度，g/L;W——活性炭投加量，g。n在温度一定时，吸附容量随吸附质平衡浓度的提高而增加，吸附容量随平衡浓度而变化的曲线称为吸附等温线。3.吸附等温线与吸附等温式（1）吸附等温线n（2）吸附等温式表示吸附等温线的方程式称为吸附等温式。常用的吸附等温式有弗兰德里希(Frendlich)等温式、朗谬尔(Langmuir)等温式。1)弗兰德里希等温式是一个经验公式，在水处理中的通常浓度下普遍采用。q——活性炭的吸附容量，g／g；C——废水中吸附质平衡浓度，g／L；K、——表现吸附特性的参数。上式可改写成对数式:lgq＝1gk十1/n1gCn将C和与之对应的q点划在双对数坐标纸上，便可得一条近似直线，直线的截距为K，斜率为。1/n越小，吸附性能越好。一般认为＝0.1~0.5时，容易吸附。1/n＞2时,则难吸附。当1/n较大时，宜用连续式吸附操作；当1/n较小时，多采用间歇式操作。2)朗谬尔等温式朗谬尔等温式适用于单分子层吸附。a——与最大吸附量有关的常数；b——与吸附能有关的常数;C——废水中吸附质平衡浓度，g／L。n3）BET公式适用于多分子层吸附。4.吸附过程与吸附速度（1）吸附速度是指单位重量的吸附剂在单位时间内所吸附的吸附质重量。吸附速度越快，废水和吸附剂的接触时间越短。（2）吸附过程吸附分为三个阶段。1）颗粒外部扩散阶段液膜扩散速度2）颗粒内部扩散阶段颗粒内部扩散速度3)吸附反应阶段吸附反应*吸附速度主要由扩散速度和颗粒内部扩散速度决定。n五、影响吸附的因素1.吸附剂的性质（1）吸附剂的比表面积吸附剂的比表面积越大，吸附能力就越强。（2）吸附剂的物理化学性质极性分子吸附剂——极性分子吸附质，非极性分子吸附剂——非极性分子吸附质。吸附剂颗粒的大小、孔的分布、构造也有影响n2.吸附质的性质（1）吸附质溶解度吸附质溶解度越小，越易被吸附。（2）吸附质分子量一般分子量增大会增大吸附能力。但分子量过大，又会影响扩散度。（3）吸附质的物理化学性质极——极，非——非。（4）吸附质浓度当浓度低时，吸附质的浓度增高会使吸附量增大。n3.废水的pH值吸附质在废水中存在的形态(分子、离子或络合物)与pH值有关因而会影响到吸附效果。活性炭的吸附率一般在酸性溶液中比在碱性溶液中大。4.接触时间要使吸附剂与溶液有充分接触时间。5.水温的影响物理吸附水温升高吸附量下降，反之吸附量增加。6.共存物质物理吸附，共存物质越多，吸附效果越差。n六、吸附操作方式（一）方式分为：静态→废水不动动态→废水流动包括：固定床、移动床、流化床1.固定床分为降流式和升流式两种。（1）降流式是废水自上向下流过吸附剂层，由吸附塔底部出水。这种方式处理效果稳定。但经过吸附层的水头损失较大。需要定期反冲洗。n（2）升流式固定床的操作是废水自下向上流经吸附层。水头损失增加较慢，运行周期长。提高升流流速可达到自清的目的。但容易导致吸附剂(活性炭)随出水流失。固定床分为单床和多床，多床又有串联和并联两种。n2.移动床水由下部升流通过炭层，炭由上向下移动。处理水由塔顶排出。活性炭由塔顶加入，接近吸附饱和的活性炭从塔底定期排出塔外。与固定床相比，移动床能充分利用吸附剂的吸附容量，水头损失也较小。不用反冲洗。但运行时要求保持塔内吸附剂上下层不相混，操作管理要求严格。n3.流化床水由下部升流通过炭层，炭由上向下移动。活性炭在塔内处于膨胀状态或流化状态。能够处理浓度高的废水，无需进行反冲洗。要求连续排炭和投炭。宜保持炭层成层状向下移动。移动床和流化床操作要求严格，在废水处理中较少使用。（二）穿透曲线与吸附容量的利用（1）穿透曲线a点为穿透点，b点为吸附终点。单柱工作出水浓度应小于Ca。n多柱串联工作，第一个柱的出水浓度应小于Cb。最后一个柱的出水浓度应小于Ca。n(2)吸附容量的利用吸附容量的利用途径：1)采用多柱串联工艺2)采用升流式移动床工艺n六、吸附塔的设计1.设计要点(略)2.通水倍数法设计吸附塔的计算步骤(1)吸附塔总面积Q——流量；v——空塔速度。(2)如吸附塔个数为N，每塔面积n——密度。(4)炭层高h＝vTT——接触时间。(5)每塔填充活性炭容积V及重量GV＝f×h(6)每天再生的活性炭重量n——通水倍数。n七、吸附法在废水处理中的应用1.处理对象重金属离子、难降解的有机物、以及色度和异味。n2.吸附法的拓展(1)与臭氧氧化法联合使用如用臭氧先将印染废水中的大分子染料分解，进行脱色，然后将残留的溶解有机物用活性炭吸附去除。(2)生物活性炭法向曝气池投加粉状活性炭，利用炭粒作为微生物生长的载体或作为流化床的介质，也可在生化处理后，再进行吸附处理。n作业题：1.简述化学吸附和物理吸附有什么不同？2.影响吸附的因素有哪些？3.简述吸附的过程4.如何确定吸附等温式中参数？5.如何提高吸附容量？