气浮分离的基本原理

原理
上浮法净水，即为一般所说的气浮净水法。气浮式澄清器就是在水中通入或设法使水体产生大量的微细气泡，附着于杂质颗粒上，密度小于水而浮至水面，从而获得固液分离的一种澄清设备。
普通澄清器依靠凝聚捕集，使水体中的悬浮物质成为密度大于水的絮凝体，在沉淀分离部中进行固液分离，絮凝体沉降到污泥斗或澄清池底部，通过污泥斗排泥或底部排泥方法排出至设备外，澄清水从池子上部流出。上浮式澄清器是依靠气泡附于杂质上，造成其密度小于水而上浮，达到固液分离的目的。上浮至池面的杂质通过刮渣装置或表面排渣排出，清水从池子底部引出。
水中存在着各种各样的有机杂质、无机杂质、净水药剂及微小气泡，使气泡附于杂质颗粒表面而上浮，这是一个复杂的物理化学过程，这不仅与杂质的特性有关，而且与气相、液相介质都有密切关系。
颗粒在水中附着气泡后的上浮速度是这种净水方法的一个主要特征数据，其数值的大小取决于颗粒与水的性质。如图2-16所示，颗粒上浮将接受到重力F1、浮力F2和阻力F3的影响，颗粒上浮时的加速度可从牛顿第二定律导出。m du上/dt=F2-F3-F1；F1=p粒gV；F2=p水gV；F3=CAp水u2上/2
式中，m为颗粒质量，g；t为时间，s；u上为颗粒的上浮速度，cm/s；p粒为颗粒密度，g/cm3；p水为水的密度，g/cm3；V为颗粒体积，cm3；g为重力加速度，cm/s2；C为阻力系数；A为在水流方向的颗粒投影面积，cm2。
将F1、F2、F3代入上式得 m=du上/dt=p水gV-CAp水u2上/2-p粒gV
在开始瞬间之后，颗粒即以匀速运动上浮，加速度为0，即du上/dt=0。那么上浮颗粒的末速度为 u上=√2g(p水-p粒)/Cp水*V/A
当颗粒为球形，直径为d(cm)，则V/A=2d/3
阻力系数C是雷诺数和颗粒形状的函数，当Re＜1(即为层流)时有 C=24/Re
如动力黏度为u(Pa·s)，则雷诺数为 Re=dp水u上/u
将是代入，整理后得 u上=g/18μ(p水-p粒)d2
从上式知，上浮速度u上取决于水和附着有气泡的颗粒的密度差以及颗粒的直径d。当颗粒附着气泡数量较多，则p粒就越小，越容易上浮；如经过凝聚以增大粒径d，也会提高上浮速度。由于气泡的密度比水小得多，所以气泡的上升速度也就很快，这就使气浮法有可能比沉淀法的分离速度快得多。
适用条件
(1)给水处理；可用于高含藻水源、低温低浊水源、受污染水源的净化。
(2)固液分离；用于处理固体颗粒粒度很细小，颗粒本身及其形成的絮体密度接近或低于水，很难利用沉淀法实现固-液分离的各种污水。
(3)液液分离；用于从污水中分离回收石油、有机溶剂的微细油滴、表面活性剂及各种金属离子等。
特点
气浮法是以微小气泡为载体，黏附水中的颗粒，使其视密度小于水，然后颗粒被气泡挟带浮升至水面与水分离去除的方法。与重力沉淀法相比较，气浮法具有以下特点。
①由于气浮池的表面负荷可能高达12m3/(m2·h)，而澄清沉淀池的表面负荷只能达到3-3.6m3/(m2·h)，水在池中停留时间只需10-20min，而且池深只需2m左右，故占地少，占地面积为沉淀法的1/8-1/2；池容积为1/8-1/4。节省基建投资(约25%)。
②气浮池具有预曝气、脱色、降低COD等作用，出水和浮渣都含有一定量的氧，有利于后续处理或再用，泥渣不易腐化。
③对那些很难用沉淀法去除的低浊含藻水，气浮法处理效率高，甚至还可以去除原水中的浮游生物，出水水质好。
④浮渣含水率低，一般在96%以下，比沉淀法污泥体积少2-10倍，简化了污泥处置，节省了费用。而且表面刮渣也比池底排泥方便。
⑤可以回收有用物质，如造纸白水中的纸浆。
⑥气浮法所需药剂量比沉淀法少。
4.气浮过程
气浮过程包括气泡产生、气泡与颗粒(固体或液滴)附着以及上浮分离等连续步骤。实现气浮法分离的必要条件有两个:第一，必须向水中提供足够数量的微细气泡，气泡理想尺寸为15-30μm；第二，必须使目的物呈悬浮或疏水性质，从而附着于气泡上浮。影响气浮效果的因素有:①微气泡的尺寸，决定于溶气方式和释放器的构造；②气团比，决定于向水中释放的空气量；③进水浓度、工作压力、上浮停留时间。④药剂的作用。目前在水处理领域应用最为广泛的是加压溶气气浮。

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