【文章內(nèi)容簡介】 .............................................................................66 數(shù)據(jù)分析 ...................................................................................................................68 小結(jié) ...................................................................................................................................68氣浮中氣泡粒徑分布的實驗研究V第五章 結(jié)論與展望 ...................................................52 結(jié)論 ...................................................................................................................72 對進一步研究的展望 .......................................................................................72參 考 文 獻 ..........................................................74致 謝 ..............................................................76附錄 1................................................................77附錄 2................................................................85聲 明 ..............................................................87 氣浮中氣泡粒徑分布的實驗研究 1 第一章 前 言 選題背景近年來，全球的環(huán)境污染不斷惡化，其中水源的不斷污染越來越成為一個國家發(fā)展刻不容緩的問題。環(huán)保部 2022 年 4 月 21 發(fā)布的最新數(shù)據(jù)：2022 年我國廢水排放總量為 億噸，比上年增加了 ％。污水排放量很大，但污水處理率低：工業(yè)廢水處理率約 80％ ，達標排放的只有 60％。90％以上的城市水域受到污染，50％左右地下水水質(zhì)受到污染，50％以上的重點城鎮(zhèn)的飲用水源不符合標準 [1]。2022 年 5 月 13 日，國家海洋局在京召開新聞發(fā)布會，發(fā)布《2022 年中國海洋環(huán)境狀況公報》 [2]。 該報告指出：相比 2022 年海洋赤潮、綠潮災(zāi)害有所減輕，但是海上溢油事故風險加劇。2022 年 7 月 16 日大連新港石油儲備庫輸油管道爆炸造成大量原油泄漏入海，事故鄰近海域和部分敏感功能區(qū)受到不同程度影響。如今隨著石油工業(yè)的發(fā)展，陸地油田的不斷耗竭，海洋石油產(chǎn)量，尤其是在過去20 年間，其占全球石油總產(chǎn)量中的比重已從 20%上升到 30%以上了。與陸上油田一樣，海上油田的油井產(chǎn)出液中也不可避免地含有大量的地層伴生水。20 世紀 80 年代初，國內(nèi)第一套由同濟大學設(shè)計的日處理 l000t 規(guī)模的氣浮裝置，用來處理印染廢水獲得了成功，標志我國氣浮設(shè)備的研制與開發(fā)邁上了一個新的臺階。氣浮技術(shù)因其在造紙白液的纖維回收、含油廢水的處理；印染、化工、輕工、食品、制藥等工業(yè)廢水物化處理；各類生物處理中生物絮體與水分離(代替二沉池 )等方面的適用以及具有處理效率高、效果好、對水質(zhì)適應(yīng)廣等優(yōu)點，正在得到深入研究和不斷推廣。在凈水工藝中的應(yīng)用，氣浮技術(shù)的進展一直不大，原因在于氣泡的尺寸很難控制，后來國外出現(xiàn)了專用釋放器，有各種形式的噴嘴、針形閥等，在國內(nèi)也得到了應(yīng)用。70 年代以后，人們改善了溶氣方法，解決了溶氣釋放中產(chǎn)生的氣泡尺寸及其數(shù)量這個關(guān)鍵性難題，氣浮凈水技術(shù)才得以采用和逐步推廣。1905 年，美國專利刊出了加壓溶氣技術(shù)。1907 年， 發(fā)明了噴射溶氣氣浮技術(shù)。因此，氣浮技術(shù)的發(fā)展，尤其是針對其中的氣泡尺寸及其數(shù)量問題的研究，將大大改善水質(zhì)的處理效果，符合現(xiàn)代人對水質(zhì)的追求，也將給我們的生活質(zhì)量帶來巨大的影響。 氣浮凈水技術(shù)的發(fā)展氣浮中氣泡粒徑分布的實驗研究 2 氣浮凈水技術(shù)的發(fā)展歷程氣浮法是一種歷史悠久的固液分離技術(shù)，氣浮凈水技術(shù)在國內(nèi)外應(yīng)用廣泛。其原理是通過某種方式向廢水中通入空氣，并以微小氣泡的形式從水中析出，然后以此為載體，粘附廢水中的乳化油、微小懸浮顆粒等污染物質(zhì)，使其隨氣泡一起上浮到水面，形成泡沫－氣、水、顆粒(油)三相混合體，通過收集泡沫或浮渣達到分離雜質(zhì)、凈化廢水的目的。氣浮技術(shù)最早應(yīng)用于礦冶工業(yè)，其方法是先把礦石磨碎成粉粒，加水制成懸濁液，然后加入浮選劑，并通入氣泡，使礦石中有用的成份粘附在氣泡周圍而向上浮起，不能粘附在氣泡上的雜質(zhì)則下沉，從而達到富集有用礦石的目的 [1]。由于它可用于固體與液體，液體與液體，水中不同的固體與固體甚至溶液中離子的分離，而且這種分離技術(shù)具有設(shè)備簡單，分離速度快等特點。因而近年來這種技術(shù)理論和應(yīng)用的研究引起了越來越多的水處理和分析化學等科學工作者的廣泛關(guān)注。在水處理領(lǐng)域中，早在 1920 年， 就考慮用氣浮法處理污水，1930年瑞典某造紙廠曾試用一種將空氣在壓力下溶解于白水的水處理中，但上述實驗結(jié)果均未公開發(fā)表和引起足夠重視。直到 1943 年漢森和高雷斯的英文排水雜志上才公開發(fā)表了有關(guān)氣浮法處理污水的文章。在 60 年代，美國出現(xiàn)溶氣氣浮處理污水的報道，1960 年，第一臺葉輪氣浮凈化器出現(xiàn)在美國長灘油田。上世紀 60 年代以前，氣浮技術(shù)發(fā)展較慢，很少見其研究和應(yīng)用的報道，究其原因主要是制造微氣泡的技術(shù)沒過關(guān)，特別是采用分散空氣氣浮時，產(chǎn)生的氣泡不夠微細，顆粒的粘附能力很差，大氣泡還會產(chǎn)生嚴重紊流而撞碎絮體。我國是最早研究氣浮技術(shù)的國家之一。隨著工業(yè)的發(fā)展，特別是石油工業(yè)的發(fā)展，氣浮凈水技術(shù)被世界各國廣泛用于煉油、石油開發(fā)、化工、造紙等行業(yè)。1963 年哈爾濱建工學院在對齊齊哈爾鋼廠煤氣發(fā)生站含酚廢水進行預(yù)處理除油研究中用過射流浮選，試驗除油效率為 80%左右。大慶油田設(shè)計院在 1963~1965 年期間，曾在東油庫污水站用自制的葉輪浮選機進行過氣浮試驗，除油效率達到 99 .7%，但當時考慮到無定型的葉輪浮選機產(chǎn)品，且混凝除油也有較好的效果，因此從 60 年代到 80 年代中期，油田開發(fā)業(yè)一直沒用氣浮法處理含油廢水。我國在 60 年代末已有壓力溶氣裝置應(yīng)用于食鹽溶液的凈化和石油廢水的處理。70 年代氣浮技術(shù)迅速發(fā)展，當采氣浮中氣泡粒徑分布的實驗研究 3 用部分回流溶氣氣浮法時氣法時，顯著改善了氣浮的地位。在水處理技術(shù)中，氣浮法(也稱浮上法)固液或液 液分離技術(shù)已廣泛地應(yīng)用在下述幾個方面：1. 在飲用水處理上，浮上法已成功地應(yīng)用在處理低濁度、含藻類及一些浮游生物的水處理工藝中。2. 用于石油、化工及機械制造業(yè)中的含油(包括乳化油)污水的油水分離中。3. 用于有機及市政污水的物化處理工藝中。4. 用于廢水中有用物質(zhì)的回收，如造紙廠紙漿纖維及填料的回收工藝。5. 與有機廢水生物處理相配合用浮上法代替二次沉淀池，特別對于那些易于產(chǎn)生污泥膨脹的生物處理工藝中，可保證處理工作的正常運行。6. 已研究應(yīng)用在對污水處理廠剩余污泥進行氣浮濃縮的處理工藝 [3]。 氣浮凈水技術(shù)簡介氣浮法主要用來處理廢水中靠自然沉降或上浮難以去除的乳化油或相對密度接近于水的微小懸浮顆粒。根據(jù)氣泡產(chǎn)生方式的不同，氣浮法可分為電解氣浮、散氣氣浮和溶氣氣浮法三種，其中部分回流水加壓溶氣氣浮法是一種國內(nèi)外常用的氣浮方法。此外，還有生化氣浮、離子氣浮等 [4]。(1) 電解氣浮電解氣浮法是向水中通入 5~10V 的直流電壓，廢水在直流電壓的作用下電解產(chǎn)生 HO 2 和 CO2 等的微小氣泡。利用電解法產(chǎn)生的氣泡密度小，直徑 10~60 um，浮升過程中不會引起水流紊動，浮載能力大，特別適用于脆弱絮凝體的分離。如果采用鋁板或鋼板作陽極，則電解溶蝕產(chǎn)生的 Fe2+和 A13+離子經(jīng)過水解、聚合及氧化，生成具有凝聚、吸附及共沉作用的多核輕基絡(luò)合物和膠狀氫氧化物，有利于水中懸浮物的去除。但由于存在電耗較高，電極板易結(jié)垢等問題，目前該法主要用于小規(guī)模的工業(yè)廢水處理和污泥濃縮中。電解氣浮除用于固液分離外，還有降低有機物、氧化、和殺菌作用，對廢水符合變化適應(yīng)性強，生成污泥量小，占地面積少，不產(chǎn)生噪聲。(2) 機械攪拌氣浮機械攪拌氣浮是利用機械剪切力，將混合于水中的空氣粉碎成細小的氣泡，以進行氣浮處理的方法。按粉碎氣泡方法的不同，散氣氣浮又分為：水泵吸水管吸氣氣浮、射流氣浮、擴散板曝氣氣浮以及葉輪氣浮等。氣浮中氣泡粒徑分布的實驗研究 4 葉輪氣浮法是機械攪拌氣浮中最常用的一種，其基本原理為：依靠葉輪的高速旋轉(zhuǎn)形成的負壓，吸入氣體并將其剪碎，形成微小的氣泡，利用氣泡攜帶污水中的污染物質(zhì)上浮至水面，以凈化污水。葉輪高速旋轉(zhuǎn)時，在固定的蓋板下形成負壓，氣體從進氣管中吸入，進入水中的氣體與循環(huán)水流一起被葉輪充分攪拌，在葉輪剪切力作用下，氣體被剪碎為微細的氣泡并與循環(huán)水流一起甩出導(dǎo)向葉輪，經(jīng)過穩(wěn)流板消能，氣泡攜帶污染物質(zhì)垂直上升，進行氣浮處理。葉輪氣浮法的氣浮效果取決于葉輪的轉(zhuǎn)速、浮選劑的投加量和污水在浮選池內(nèi)的停留時間。葉輪的轉(zhuǎn)速愈高，產(chǎn)生的負壓越高，吸入的氣量大，并且能夠?qū)⑵浼羟谐筛〉臍馀荻欣跉飧√幚怼５D(zhuǎn)速過高時，提高了油珠和懸浮物的乳化程度，使其以更細小的顆粒存在于水體中，這樣反而會使處理效果下降。浮選劑的投加一方面減弱了絮體表面的親水性，增強其疏水性，以利于氣泡與絮體的粘附作用，另一方面降低了氣、水界面的界面張力，減小了氣泡之間相互兼并的幾率，使細小氣泡能夠穩(wěn)定地存在于水體中。污水在浮選池中的停留時間，直接影響著氣泡與絮體及氣泡之間的碰撞接觸時間，在氣浮處理中，存在著三種不同的碰撞和粘附作用：①氣泡與絮體之間；②氣泡與氣泡之間；③攜帶氣泡的絮體之間。后兩種粘附作用會降低水體中的氣泡密度，破壞已上升的絮團結(jié)構(gòu)，而不利于氣浮處理。如果停留時間太短，粘附氣泡的絮體未能上浮至水面就隨著出水流出，處理效果不理想；停留時間過長時，氣泡之間與攜帶絮體的氣泡之間的兼并量增大，也會降低氣浮處理的效果。(3) 加壓溶氣氣浮溶氣氣浮是使空氣在一定壓力下溶于水中并呈飽和狀態(tài)，然后使廢水的壓力驟然降低，這時空氣便以微小的氣泡從水中析出并進行氣浮。這種方法形成的氣泡直徑只有 80u m 左右，而且可以人為控制氣泡與廢水的接觸時間，因而處理效果遠比散氣氣浮好，應(yīng)用也更為廣泛。根據(jù)氣泡從水中析出時所處的壓力不同，溶氣氣浮又可分為兩種方式：一種是溶氣真空氣浮，空氣在常壓或加壓下溶于水中，而在負壓下析出；另一種是加壓溶氣氣浮，空氣在加壓下溶入水中，而在常壓下析出。加壓溶氣氣浮廣泛地應(yīng)用于含油污水的處理，通常作為隔油后的處理和過濾或生化處理前的預(yù)處理，其氣浮裝置一般應(yīng)包含加壓溶氣系統(tǒng)、微氣泡發(fā)生系統(tǒng)和懸浮物分離系統(tǒng)等。其中，微氣泡發(fā)生系統(tǒng)的溶氣釋放器只有產(chǎn)生微氣泡的密氣浮中氣泡粒徑分布的實驗研究 5 度較高，才能提高氣浮的凈水效果。同濟大學于 1978 年研制成功 TS278 型低壓溶氣釋放器，陳林峰于 1999 年研制成功高效溶氣釋放機 [4]。根據(jù)加壓方式的不同，加壓溶氣氣浮法具有三種不同的基本流程：全流程溶氣氣浮、部分溶氣氣浮和部分回流溶氣氣浮。全流程溶氣氣浮法是將全部廢水用水泵加壓，在泵前或泵后注入空氣。在溶氣罐內(nèi)，空氣溶解于廢水中，然后通過減壓閥釋放將溶氣廢水送入氣浮池。減壓釋放后的溶氣廢水在氣浮池內(nèi)形成許多小氣泡，粘附廢水中的乳化油滴或懸浮物顆粒，一起上浮至水面，在水面上形成浮渣。用刮板將浮渣排入浮渣槽，最后經(jīng)浮渣管排出池外。處理后的凈化水通過溢流堰和出水管排出。其特點為：①溶氣量大，增加了油?；驊腋☆w粒與氣泡的接觸機會；②在處理水量相同的條件下，比部分回流溶氣氣浮所需的氣浮池小，減少了基建投資；③由于全部廢水經(jīng)過壓力泵，所以增加了含油廢水的乳化程度，而且所需的壓力泵和溶氣罐均較其它兩種流程大，因此投資和運轉(zhuǎn)動力消耗較大。部分溶氣氣浮法是取部分廢水加壓和溶氣，其余廢水直接進入氣浮池并在氣浮池中與溶氣廢水混合。其特點為：①較全流程溶氣氣浮所需的壓力泵小，故動力消耗低；②壓力泵所造成的乳化油量較全流程溶氣氣浮低； ③氣浮池的大小與全流程溶氣氣浮相同，但較部分回流溶氣氣浮小。部分回流水溶氣氣浮法是取一部分處理后的凈化水回流進行加壓溶氣，溶氣水釋放后直接進入氣浮池，與氣浮池內(nèi)的含油廢水混合，進行氣浮處理。回流水量一般為廢水的 25%~50%。目前該溶氣氣浮法應(yīng)用比較廣泛，具有以下特點：①空氣溶解度大，供氣浮用的氣泡數(shù)量多，能夠確保氣浮效果；②溶入的氣體經(jīng)驟然減壓釋放，產(chǎn)生的氣泡不僅微細、粒度均勻、密集度大，而且上浮穩(wěn)定，對液體擾動小；③工藝過程及設(shè)備比較簡單，便于管理和維護；④處理效果顯著，出水水質(zhì)穩(wěn)定；⑤氣浮過程中不促進油滴的乳化。不加絮凝劑的情況下，溶氣氣浮法可以有效去除大于 40 um 的油滴，對于大量分散的細小