第六章气浮分离法

分散空气气浮法原理：涡凹气浮装备有一个周围表面分布了小孔的曝气圆盘，电动机转动曝气圆盘，产生一个负压区，使得水面上方的空气被吸入，再从浸没在水中的出口释放出来。

当曝气圆盘表面的小孔产生气泡时，旋转的圆盘会把气泡切割成直径为10-100微米的细小气泡碎片。

这些气泡碎片会附着在诸如油类和脂肪等细小固体上。

气泡缓慢上升，同时把固体带到水面。

涡凹气浮的优点：1）气泡直径：气泡直径可以根据情况进行调整。

2）节省投资：省去压力容器、空压机、循环泵等设备，设备占地面积减少40%--60%。

3）运行费用低：由于省去压力容器、空压机、循环泵等设备，节省运行费用40%--90% 。

4）无噪音：槽内没有需要维修的部件。

5）不需要清理喷嘴：即时启动，可频繁关启。

溶气气浮的分类及设计原理作者：李玛丽摘要：溶气气浮（DAF）是气浮的一种，它利用水在不同压力下溶解度不同的特性，对全部或部分待处理(或处理后)的水进行加压并加气，增加水的空气溶解量，通入加过混凝剂的水中，在常压情况下释放，空气析出形成小气泡，粘附在杂质絮粒上，造成絮粒整体密度小于水而上升，从而使固液分离。

关键词：溶气气浮DAF 脱气系统溶气气浮（DAF）是气浮的一种，它利用水在不同压力下溶解度不同的特性，对全部或部分待处理(或处理后)的水进行加压并加气，增加水的空气溶解量，通入加过混凝剂的水中，在常压情况下释放，空气析出形成小气泡，粘附在杂质絮粒上，造成絮粒整体密度小于水而上升，从而使固液分离。

溶气气浮（DAF）适用于处理低浊度、高色度、高有机物含量、低含油量、低表面活性物质含量或具有富藻的水。

相对于其它的气浮方式（详见附录1），它具有水力负荷高，池体紧凑等优点。

但是它的工艺复杂，电能消耗较大，空压机的噪音大等缺点也限制着它的应用。

1 分类（type）根据不同的划分原则，DAF可以有不同的分类。

1．1 根据气泡从水中析出时所处压力的不同，可分为真空式气浮法与压力溶气气浮法两种。

摘要溶剂气浮技术是一种较为简捷有效的水中微量、痕量组分分离与富集方法,也可用于水中有机污染物的去除,它在许多方面优于传统的萃取方法。

本文在自制的溶剂气浮塔内采用间歇分离法对模拟含Zn(Ⅱ)废水进行脱除试验研究。

用十二烷基硫酸钠（SDS）作为表面活性剂，异戊醇作为消泡剂，调节废水pH值，在一定的气体流量条件下，在气浮塔内进行气浮分离。

探索了废水pH值的范围、表面活性剂的投入量、锌离子的浓度以及气浮分离时间对分离效果的影响，得到了优化工艺条件。

处理后的废水中的锌离子浓度小于3mg.L-1。

同时，对处理过程中塔内废水中的锌离子浓度的下降趋势做了研究。

关键词：溶剂气浮；表面活性剂；十二烷基硫酸钠；异戊醇AbstractSolvent sublation technique is a more convenient and effective method for the separation, precondition and removal of organics from the wastewater.In this paper, the disposed of simulated wastewater contained zinc was studied in homemade sublation tower in intermission separation.With regulating waster pH value, and using sculpture acid sodium (SDS) as the surface-active agent, and isoamyl alcohol as the defoamer,wasterwater was treated in the sublation tower under a certain gas flux. The effect of pH range of wastewaters, adding quantity of surfactant, zinc concentration and floatation time on separation was investigated. The optimize process was acquired, and the zinc concentration of disposed wastewater is less than 3 mg.L-1.As the same time, declined trend of zinc concentration in sublation tower was studied in disposed process.Key word:solvent sublation; surfactant; SDS; isoamyl alcohol第一章前言1.1引言目前，镀锌制品被广泛使用，在其生产过程中排放大量的含锌废水。

实验名称：气泡法回收废水中的有机溶剂实验目的：1.了解气泡分离法的原理和分离方法2.找出一种可高效提取水中的有机物的试剂3.应用气泡分离法及相关试剂分离出废水中的有机物实验原理：利用高度分散的微小气泡作为载体粘附于废水中的悬浮污染物，时期浮力大于重力和阻力，从而使污染物上浮至水面，形成泡沫，然后用刮渣设备自水面刮除泡沫，实现固液或液液分离的过程称为气浮。

向水中通入大量微小气泡，使待分离物质吸附于上升的气泡表面而浮升到液面，从而使某组分得以分离的方法，称气浮分离法或气泡分离法。

也称浮选分离或泡沫浮选分离。

原理是设法使水中产生大量的微气泡，以形成水、气、及被去除物质的三相混合体，在界面张力、气泡上升浮力和静水压力差等多种力的共同作用下，促进微细气泡粘附在被去除的微小油滴上后，因粘合体密度小于水而上浮到水面，从而使水中油粒被分离去除。

表面活性剂在水溶液中易被吸附到气泡的气——液界面上。

表面活性剂极性的一端向着水相，非极性的一端向着气相( 如图8 — 9) ，含有待分离的离子、分子的水溶液中的表面活性剂的极性端与水相中的离子或其极性分子通过物理( 如静电引力) 或化学(如配位反应)作用连接在一起。

当通入气泡时，表面活性剂就将这些物质连在一起定向排列在气——液界面，被气泡带到液面，形成泡沫层，从而达到分离的目的。

影响气浮分离效率的主要因素1. 溶液的酸度2. 表面活性剂浓度：表面活性剂浓度不宜超过临界胶束浓度，过量的表面活性剂会形成胶束使沉淀溶解。

3. 离子强度：离子强度大，对气浮分离不利。

4. 形成络合物或沉淀的性质：螯合物以及离子缔合物的稳定性与分离效率都有直接关系。

5. 其它因素：一般要求气泡直径在0.1—0.5之间，气泡流速为1—2ml.cm-2.min-1 为宜。

气体常用氮气或空气。

通气时间因方法而不同。

气浮法处理工艺必须满足下列基本条件才能完成气浮处理过程，达到污染物质从水中去除的目的：1.必须向水中提供足够量的微小气泡。

第六章气浮分离法6.1 概述泡沫吸附分离现象是日常生活个常见的现象，利用肥皂泡沫去除身体或衣物卜的污垢就是一个最好的例子。

什么是气浮分离法？采用某种方式，向水样中通入大量微小气泡，使待分离物质(如离子、分子、胶体、固体颗粒、悬浮微粒)，因其表面活性不同，可被吸附或粘附在从溶液中升起的泡沫表面上, 从而使某组分得以分离的方法，称气浮分离法或气泡分离法。

也称浮选分离或泡沫浮选分离。

本身没有表面活性的物质，经加入表面活性剂后可变为有活性的物质，亦可用浮选法分离。

这是分离和富集痕量物质的一种有效方法。

问题：1. 特分离物质为什么会选择性地吸附在气泡上？2. 如何最大限度达到富集效果？下面介绍泡沫吸附分离技术的基本原理。

6.2 气浮分离法的分离机理上面提到在气浮分离法中用到表面活性剂，那么我们首先介绍一下表面活性剂的性质，以及它在水中的表现行为。

一．表面活性剂的结构和在水界面上取向表面活性剂的分子一般由两部分组成，一部分是亲水的、极性的，另一部分是疏水的、非极性。

如以硬脂酸为例，它具有亲水的极性头，如COHO部分，也具有疏水的非极性尾，即R—CH2—(CH2)n一部分。

如下图所示：COHO R CH2（CH2）n可以用“”来表示表面活性剂的分子．其中“”表示极性头，““表示非极性尾。

在水—油体系中，表面活性剂分子将聚集在水—油界面上并定向地排列，其中的极性头向着水相．非极性尾向着油相。

而在气—液界面上，一般是极性头向着水．非极性尾向着伸向气相。

图6.1为表面活性剂在界面上取向的情况。

图6.1表面活性剂在界面上取向(以下不讲，如果温度、压力和组成一定，则液体的表面张力也一定。

若向此体系加入少量物质而引起此液体表面张力的明显下降，这种物质就称为表面活性剂。

表面活性剂溶入溶液后表现出两个基本性质：1 水溶液中溶解行为是很快地聚集在水面并形成亲水基团在水中，亲油基伸向气相的定向单分子排列，使空气和水的接触面减小，从而使表面张力急剧下降，同时，多余的分子则在溶液内部形成分子状态的聚集体－－胶束，并分布在液相主体内；2 超过表面活性剂形成胶束的最低浓度后，溶液表面张力不再降低，但在相界面上，由于上述定向排列的单分子层的作用，具有选择性的定向吸附作用，会显著地改变原溶液的界面的性质，造成各种界面作用，泡沫分离就是充分利用表面活性剂的界面作用发展起来的一种新型的分离方法。

第六章气浮分离法6.1 概述泡沫吸附分离现象是日常生活个常见的现象，利用肥皂泡沫去除身体或衣物卜的污垢就是一个最好的例子。

什么是气浮分离法？采用某种方式，向水样中通入大量微小气泡，使待分离物质(如离子、分子、胶体、固体颗粒、悬浮微粒)，因其表面活性不同，可被吸附或粘附在从溶液中升起的泡沫表面上, 从而使某组分得以分离的方法，称气浮分离法或气泡分离法。

也称浮选分离或泡沫浮选分离。

本身没有表面活性的物质，经加入表面活性剂后可变为有活性的物质，亦可用浮选法分离。

这是分离和富集痕量物质的一种有效方法。

问题：1. 特分离物质为什么会选择性地吸附在气泡上？2. 如何最大限度达到富集效果？下面介绍泡沫吸附分离技术的基本原理。

6.2 气浮分离法的分离机理上面提到在气浮分离法中用到表面活性剂，那么我们首先介绍一下表面活性剂的性质，以及它在水中的表现行为。

一．表面活性剂的结构和在水界面上取向表面活性剂的分子一般由两部分组成，一部分是亲水的、极性的，另一部分是疏水的、非极性。

如以硬脂酸为例，它具有亲水的极性头，如COHO部分，也具有疏水的非极性尾，即R—CH2—(CH2)n一部分。

如下图所示：COHO R CH2（CH2）n可以用“”来表示表面活性剂的分子．其中“”表示极性头，““表示非极性尾。

在水—油体系中，表面活性剂分子将聚集在水—油界面上并定向地排列，其中的极性头向着水相．非极性尾向着油相。

而在气—液界面上，一般是极性头向着水．非极性尾向着伸向气相。

图6.1为表面活性剂在界面上取向的情况。

图6.1表面活性剂在界面上取向(以下不讲，如果温度、压力和组成一定，则液体的表面张力也一定。

若向此体系加入少量物质而引起此液体表面张力的明显下降，这种物质就称为表面活性剂。

表面活性剂溶入溶液后表现出两个基本性质：1 水溶液中溶解行为是很快地聚集在水面并形成亲水基团在水中，亲油基伸向气相的定向单分子排列，使空气和水的接触面减小，从而使表面张力急剧下降，同时，多余的分子则在溶液内部形成分子状态的聚集体－－胶束，并分布在液相主体内；2 超过表面活性剂形成胶束的最低浓度后，溶液表面张力不再降低，但在相界面上，由于上述定向排列的单分子层的作用，具有选择性的定向吸附作用，会显著地改变原溶液的界面的性质，造成各种界面作用，泡沫分离就是充分利用表面活性剂的界面作用发展起来的一种新型的分离方法。

第六章气浮6-1气浮工艺的基本原理与类型6.1.1 基本原理对于废水中粒径较小，比重≤1的悬浮物或胶体，前面介绍的方法较难去除，可采用本章介绍的方法——气浮法进行处理。

气浮法是用于从液相中分离固体或液态颗粒的工艺。

它通过在液相中造成的小气泡（通常是空气泡）与颗粒物质接触后形成气泡与颗粒的结合体，使其浮力增大至足以将颗粒上升到液体表面而加以去除的工艺。

按stokes公式：2)(181dgu sLμρρ-=。

若ρL-ρS>0，则颗粒在液体中上浮，上浮速度取决于ρL-ρS的值和d的大小。

气浮的基本原理是：在一定条件下，向被处理水中通入空气，并产生或以微小气泡的形式释放，使水中细小的SS粘附在气泡上并随之上浮至水面而形成浮渣，达到固液分离的目的。

6.1.2 处理对象用于去除难于自然沉淀和上浮的细微颗粒及比重接近于1的悬浮颗粒。

（1）石油工业或煤气发生站的含乳化油废水（0.5~25μm）；（2）毛纺工业洗毛废水中的羊毛脂及洗涤剂；（3）食品工业废水中的油脂；（4）洗煤车间废水中的细煤粉颗粒（0.5~1mm）（5）造纸废水中的纸浆；（6）纤维工业废水中的细小纤维；（7）地表水体中的藻类；（8）废水处理工艺出水中残留的细小的絮体或污泥；（9）污泥气浮浓缩处理。

6.1.3 水处理中的应用情况1、给水处理替代常规的澄清工艺，尤其适用于低浊、含藻类及浮游生物的给水处理中；原来溶于水中，经混凝处理后转为不溶的悬浮物；2、废水处理去除悬浮物、油粒、纤维、活性污泥及藻类的去除； 3、污泥浓缩； 4、替代二沉池对易产生污泥膨胀的工艺可提高稳定性。

6.1.4基本工艺条件（1）必须向水中提供足够量的微细气泡； （2）必须使气泡与水中悬浮颗粒相粘附；（3）必须使水中的杂质在表面形成稳定的浮渣层，停留足够长时间。

本章将从理论角度来探讨在实际操作中满足这些工艺条件的可行性。

6.1.5主要特点与沉淀处理工艺相比，有以下特点：（1）处理负荷高(一般为5~10m 3/m 2.h ，高达12m 3/m 2.h)、基建投资低（停留时间仅需20~40min ） ；（2）出水DO 高，不发生腐化现象，利于后续生物处理； （3）浮渣稳定、含水率低（一般低于96%），便于后处理和处置；（4）电耗高：处理一吨水要比普通沉淀法多耗0.02~0.04度电，运行费用较高； （5）设备维护和维修工作量大，处理效果浮渣易受风雨影响。

气浮法溶气气浮（DAF）是气浮的一种，它利用水在不同压力下溶解度不同的特性，对全部或部分待处理(或处理后)的水进行加压并加气，增加水的空气溶解量，通入加过混凝剂的水中，在常压情况下释放，空气析出形成小气泡，粘附在杂质絮粒上，造成絮粒整体密度小于水而上升，从而使固液分离。

溶气气浮（DAF）适用于处理低浊度、高色度、高有机物含量、低含油量、低表面活性物质含量或具有富藻的水。

相对于其它的气浮方式（详见附录1），它具有水力负荷高，池体紧凑等优点。

但是它的工艺复杂，电能消耗较大，空压机的噪音大等缺点也限制着它的应用。

1 分类（type）根据不同的划分原则，DAF可以有不同的分类。

1．1 根据气泡从水中析出时所处压力的不同，可分为真空式气浮法与压力溶气气浮法两种。

前者利用抽真空的方法在常压或加压下溶解空气，然后在负压下释放微气泡，供气浮使用；后者是在加压情况下，使空气强制溶于水中，然后突然减压，使溶解的气体从水中释放出来，以微气泡形式粘附上絮粒，一起上浮。

1．1．1 真空式气浮池，虽然能耗低，气泡形成和气泡与絮粒的粘附较稳定；但气泡释放量受限制；而且，一切设备部件，都要密封在气浮池内；气浮池的构造复杂；只适用于处理污染物浓度不高的废水（不高于300mg/l），因此实际应用不多。

1．1．2 压力溶气气浮法是目前国内外最常采用的方法，可选择的基本流程有全流程溶气气浮法、部分溶气气浮法和部分回流溶气气浮法三种。

1．1．2．1 全流程溶气气浮法全流程溶气气浮法是将全部废水用水泵加压，在溶气罐内，空气溶解于废水中，然后通过减压阀将废水送入气浮池。

流程图见图1。

它的特点是：①溶气量大，增加了油粒或悬浮颗粒与气泡的接触机会；②在处理水量相同的条件下，它较部分回流溶气气浮法所需的气浮池小。

③全部废水经过压力泵，所需的压力泵和溶气罐均较其他两种流程大，因此投资和运转动力消耗较大。

1．1．2．2 部分溶气气浮法部分溶气气浮法是取部分废水加压和溶气，其余废水直接进入气浮池并在气浮池中与溶气废水混合。

气浮法工作原理及用注意事项一、气浮法原理水中产生大量的微细气泡形成水、气及被去除物质的三相混合体，在界面张力、气泡上升浮力和静水压力差等多种力的共同作用下，促使微细气泡粘附在被去除的微小油滴上后，因粘合体密度小于水而上浮到水面，从而使水中油类被分离去除。

气浮法通常作为对含油污水隔油后的补充处理，即为二级生物处理之前的预处理。

隔油池出水一般仍含有50至150mg/L的乳化油经过一级气浮法处理，可将含油量降到30mgL左右，再经过二级气浮法处理，出水含油量可达10mg/L以下。

二、气浮法作用除了用来去除污水中处于乳化状态的油以外，气浮法还广泛应用于去除污水中密度接近于水的微细悬浮颗粒状杂质。

比如气浮法可以有效地用于活性污泥的浓缩，还可以以去除污水中的悬浮杂质为主要目的，作为二级生物处理的预处理、保证生物处理进水水质的相对稳定，或是放在二级生物处理之后作为二级生物处理的深度处理、确保排放出水水质符合有关标准的要求。

三、气浮法注意事项为促进气泡与颗粒状杂质的粘附和使颗粒杂质结成尺寸适当的较大颗粒，一般要在形成微细气泡之前，在污水中投加药剂进行混凝处理或加入破乳剂破坏水中乳化态油分的稳定性。

四、气浮法特点（1）不仅对于难以用沉淀法处理的废水中的污染物可以有较可的去除效果，而且对于能用沉淀法处理的废水中的污染物往往也能取得较好的去除效果。

（2）气浮池的表面负荷有可能超过12m3/（m2·h），水流在池中的停留时间只需要10至20min，而池深只需要2m左右，因此占地面积只有沉淀法的1/2至1/8，池容积只有沉淀法的1/4至1/8。

（3）浮渣含水率较低，一般在96%以下，比沉淀法产生同样干重污泥的体积少2至10倍，简化了污泥处置过程、节省了污泥处置费用，而且气浮表面除渣比沉淀池底排泥更方便。

（4）气浮池除了具有去除悬浮物的作用以外，还可以起到预曝气、脱色、降低COD等作用，出水和浮渣中都含有一定量的氧，有利于后续处理，泥渣不易变质。

气浮原理介绍1.气浮原理气浮分离原理主要是利用微气泡发生装置在污水中通入大量的、高度分散的微气泡（通常需要投加混凝剂或浮选剂），使之作为载体与悬浮在水中的颗粒（油滴）或絮状物粘附，形成整体密度小于水的浮体，依靠浮力作用一起上浮到水面，形成浮渣后去除，来达到水中固体与液体、液体与液体分离的净水方法。

气浮分离包括三个过程，气泡产生、气泡与悬浮物（颗粒或油滴）附着、气泡带着悬浮物（颗粒或油滴）上升到液面聚结后去除。

(一)气浮分离分为三个过程气泡产生；气泡与悬浮物(颗粒或油滴)附着；气泡带着悬浮物(颗粒或油滴)上升到液面，聚结通过撇油器去除。

气泡产生方法：a溶气法：气泡直径小（约20～100μm），可认为控制气泡与水接触时间，可通过加压溶气或多相流泵等产生。

b布气（分散气体）法：气泡直径较大（约100～10000μm）。

喷射器、微孔布气和叶轮搅拌产生。

c电解法：气泡直径小（约10～60μm），但耗电量大，电板易结垢，操作困难。

d静电喷涂气体法。

(二)气泡与悬浮物附着微气泡对疏水性悬浮物和油滴有天然吸附作用，粘附后界面能减小。

接触角：气、液、固三相间互相接触时，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)，用θ表示。

亲水性：容易被水润湿的物质, θ<90。

疏水性：不容易被水润湿的物质θ>90。

在三相接触点上，三界面的张力处于平衡状态：σLS=σLG COS(180°−θ)+σGS（1）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为：E2=σGS界面能降低值为：∆E=E1−E2=σLS+σLG−σGS（2）将式（1）代入式（2），整理得：∆E=σLG（1−cosθ）（3）(三)气泡与悬浮物分离过程气泡粘附着悬浮物（油滴）逐步形成浮渣，上升到污水气液表面，气泡破碎析出，污染物聚集后聚结成团后经排污排出。

2.CFU工作原理紧凑旋流气浮分离器（CFU）是我公司在吸收国际先进技术的基础上，将旋流离心分离技术与气浮分离技术有机结合，并通过大量CFD（计算流体动力学分析）优化，开发出来的具有国际先进水平的高效气浮油水分离器。