【導(dǎo)讀】習(xí)期間創(chuàng)作完成的作品，并已通過論文答辯。本人系作品的唯一作者，即著作權(quán)人。現(xiàn)本人同意將本作品收錄于“北京石。版論文的內(nèi)容一致，如因不同而引起學(xué)術(shù)聲譽上的損失由本人自負。公開級學(xué)位論文全文電子版允許讀者在校園網(wǎng)上瀏覽并下載全文。師的指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的成果。而使用過的材料。均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。究所取得的研究成果。究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，廣泛應(yīng)用于工業(yè)廢水、城市污水和生活飲用水。第2周補充文獻查閱，撰寫文獻綜述初稿。第3周完成文獻綜述及開題報告。第15周按照指導(dǎo)教師及評閱教師要求修改論文，制作PPT，準備答辯。溶氣泵加壓溶氣氣浮實驗裝置，并對影響氣浮處理效果的因素進行了實驗研究。

　　

【正文】 (14) 3( 1 )6bbo o o xb r rr r r f??? ? ? ? (15) *2( 1 ) ( 1 )OK f?? ?? ? ? ? / ( ) /o b or b r r? ? ? 氣浮中氣泡 粒徑分布的實驗研究 12 213dvm F F Fdt ? ? ? 1 aF gV?? 2 wF gV?? 通過上面的公式可以得出，使 br 、 f 和 or 將會使的 的值達到最這也說明了擁有高濃度的小氣泡和大直徑的油滴 /絮粒是很重要的。 (3)氣泡和油滴 /絮粒的粘附 為了使氣浮的過程順利完成，氣泡和油滴 /絮粒接觸后，油滴必須粘附到氣泡的表面，并且維持粘附的狀態(tài)直到氣泡上升至水面。這一過程是非常復(fù)雜的，涉及到了水動力學(xué)特性和表面化學(xué)特性。 油滴和氣泡之間存在一層很薄的水膜，這層水膜必須足夠薄，并且破碎后才能油滴和氣泡發(fā)生實際的接觸。水膜破碎的過程必須發(fā)生在油滴和氣泡接觸的時間內(nèi)，否則將不會發(fā)生粘附。因此只有一小部分與氣泡發(fā)生接觸的油滴會真正粘附到氣泡表面。這部分油滴與實際發(fā)生接觸的油滴總數(shù)的比值定義為氣泡與油滴的粘附效率。粘附效率與接觸效率的乘積給出了系統(tǒng)整體除油率。氣泡和油滴之間的薄膜變薄的過程非常復(fù)雜，包含了施加于薄膜最初帶動兩個顆粒相互靠近而后又傾向于使其分離的水動力與薄膜界面邊界條件之間的相互關(guān)系。氣浮池內(nèi)的水力條件和油滴與氣泡附近的水動力學(xué)特點決定了粘附的水力特性，而接觸表面的邊界條件是由表面化學(xué)特性決定的。大量研究表明表面電荷、界面張力、界面張力梯度和表面粘度，都是 影響薄膜化進程重要因素。 (4)氣泡－油滴 /絮粒共聚體的上浮 油滴 /絮粒與氣泡一旦粘附到一起，就必須保持這種粘附狀態(tài)，直到上升至水面，這樣粘附過程才能算是有效的。氣泡 油滴 /絮粒共聚體在水中上浮，受到重力1F 、浮力 2F 和阻力 3F 等外力的共同作用，其基本方程式為[20]： (16) (17) (18) (19) 假設(shè)，氣泡、油滴 /絮粒粘附結(jié)合形成的共聚體在開始聚集的一瞬間，便達到20 2wd v VCAdt ??? 氣浮中氣泡 粒徑分布的實驗研究 13 24ec R? 2 ( )waagVv CA????? (110) 受力平衡，加速度為零，即 ，共聚體勻速上浮，其受力分析圖如圖 13所示。 假設(shè)氣泡 油滴共聚 體為球形，直徑為 d，則其上浮速度為： 其中： v —— 氣泡 絮體共聚體上浮速度， m/s； m —— 氣泡 絮體共聚體質(zhì)量， kg； t —— 時間， s； a? —— 氣泡 絮體共聚體的密度， kg/ 3m ； w? —— 水的密 度， kg/ 3m ； g —— 重力加速度， m/ 2s ； C —— 阻力系數(shù)； A —— 在水流方向上氣泡 絮體共聚體的投影面積， 2m 。 圖 13 氣泡－油滴 /絮粒共聚體受力分析圖 層流區(qū)， eR ≤1，阻力系數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系為： 0dvdt? 氣浮中氣泡 粒徑分布的實驗研究 14 代入 (110)式，得出上浮速度為： (111) 過渡區(qū)， eR =10~1000，由過渡區(qū)公式得上浮速度為： (112) 式中 γ 為水的運動粘度。 牛 頓阻力平方區(qū)， eR 在 1000~250000， C=，代入 (110)得上浮速度為： (113) 由此可知，水與氣泡 油滴 /絮粒共聚體的密度差、共聚體的直徑及水的流動狀態(tài)是決定氣泡 油滴共聚體顆粒上浮速度的主要因素。如果水流的流態(tài)確定，共聚體粘附的氣泡數(shù)量越多，則共聚體顆粒直徑越大、密度越小、與水的密度差也越大，從而上浮速度也將增大。 從以上對氣浮發(fā)生過程的介紹可知，氣泡的產(chǎn)生方式?jīng)Q定了產(chǎn)生的氣泡的大小和密度，而氣泡的大小和密度可以直接影響氣泡和油滴 /絮粒的接觸和粘附效率， 以及氣泡－油滴 /絮粒共聚體上浮的速度。因此，目前來說改進氣泡的產(chǎn)生方式是改善氣浮裝置、提高氣浮處理效果最直接有效的方法。 本文 研究 的 主要 內(nèi)容 不同于一般礦物浮選的固液 氣三相分離 ，污水的凈化處理技術(shù)不僅要求固液 氣三相分離，更是對像含油廢水這種液液氣三相的分離提出要求。 呈前所述， EDUR氣浮裝置是一種高效的氣浮工藝，通過對出口壓力， 真空度 、礦化度和含油率 等 的調(diào)節(jié) ，產(chǎn)生高密度的微氣泡 來 尋求氣浮效率的最佳點。隨著工業(yè)的不斷進步及水資源的缺乏， EDUR 氣浮技術(shù)將會逐漸應(yīng)用于工業(yè)廢水、市政污水的處理。本論文旨在研究 EDUR 氣浮 系統(tǒng) 的 氣泡 粒徑分布的影響因素，找到泡粒徑分布的最佳參數(shù)范圍，并能對高效處理造紙白水、含油廢水等提供一定的理論依據(jù)。 2()18 wagvd????? 230 .2 2 [ ( ) ]wawdv ?????? 1 .8 3 .wawv g d????? 氣浮中氣泡 粒徑分布的實驗研究 15 本次實驗主要內(nèi)容包括：簡單對比傳統(tǒng)氣浮系統(tǒng)與 EDUR 型高效氣浮系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點，主要對不同狀態(tài)下的水質(zhì) 包括 清水，不同礦化度和含油率，加入 PAC（表面活性劑）和起泡劑，進行不同條件下的運行，主要用激光粒度儀測量的方法獲得氣泡粒徑分布的狀況 參數(shù)，輔以 流體動力學(xué) Stokes 公式 算出 粒徑的方法加以對比，通過對全部數(shù)據(jù)進行分析對比獲得氣浮最佳運行效果的 變量 參數(shù)范圍。 氣浮中氣泡 粒徑分布的實驗研究 16 第二章 實驗裝置及測試方法 本實驗主要是為了研究氣浮中氣泡粒徑分布對氣浮效果的影響，各種影響氣泡粒徑分布的因素如：壓力、 真空度 、礦化度、表面張力等都應(yīng)成為實驗的影響參數(shù)，這必然涉及到壓力表、真空表、流量計、絮凝劑、表面張力儀等可能用的儀器。但在構(gòu)建整個實驗裝置時，首先想到如何產(chǎn)生理想微氣泡，這就涉及到微氣泡發(fā)生器；其次如何測量該氣泡粒徑分布，這需要考慮采用圖像分析儀器或激光粒度儀等 ；再者如何使在小規(guī)模實驗情況下的結(jié)論與其在大規(guī)模的生產(chǎn)過程中相符合，這需要最后實踐的驗證。 實驗裝置 氣浮系統(tǒng) 的選定 圖 21 為傳統(tǒng)溶氣氣浮系統(tǒng)，傳統(tǒng)溶氣氣浮除循環(huán)水泵外，還需要空壓機、溶氣罐、控制系統(tǒng)等。 傳統(tǒng)的加壓溶氣氣浮裝置存在兩個問題： (1)減壓釋放設(shè)備的細孔容易被廢水中的顆粒堵塞； (2)氣浮設(shè)備多是敞開式，浮渣刮除過程中在大氣風(fēng)力的影響下極易造成泡沫飛揚。 圖 21 傳統(tǒng)加壓溶氣氣浮系統(tǒng) 氣浮中氣泡 粒徑分布的實驗研究 17 近年來，隨著水泵生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，美國、日本等國生產(chǎn)出了專用溶氣泵 ，能在原水加壓的過程中溶入一定比例的空氣，產(chǎn)生微米量級的微氣泡，無須使用專用釋放裝置。這一成果給加壓溶氣氣浮法帶來了革新，國外出現(xiàn)了用溶氣泵代替龐大的空氣壓縮機、溶氣罐的氣浮裝置，使系統(tǒng)得到簡化，運轉(zhuǎn)可靠性得以提高。 圖 22 EDUR 溶氣氣浮系統(tǒng) 在氣浮裝置中采用多相流泵作為溶氣泵，氣體在泵進口管道利用泵進口節(jié)流產(chǎn)生的真空被直接吸入。與傳統(tǒng)溶氣氣浮相比，氣液多相泵的溶氣氣浮，可省去循環(huán)水泵、空壓機、溶氣罐、控制系統(tǒng)等，從而降低投資和運行費用，并大大提高設(shè)備的運行可靠性。與射流泵溶氣系統(tǒng)管道溶氣相比 ，多相流泵的溶氣是在泵的多級升壓過程中完成的，氣體溶解度容易控制，溶解效果更理想。與渦流泵溶氣系統(tǒng)相比，采用多相流泵的氣浮更加節(jié)能，處理效率和可調(diào)節(jié)能力大大增強。 考慮到實驗的規(guī)模形式，應(yīng)該使整個實驗裝置單元管理方便且操作簡單。 為此，可使用實驗室 已有的 英國 Malvern 激光粒度儀 Mastersizer 2020，這 種測量 可大大縮短氣泡粒徑分布的測量時間， 除了輔以流體動力學(xué) Stokes 公式比較外， 之后可再利用顯微攝像系統(tǒng)進行粒徑 的 對比。其中由于泵和整個系統(tǒng)管路的要求必須使得Mastersizer 2020 激 光粒度儀 的進樣燒杯 發(fā)生改變，配套的 1 L 燒杯改裝為與原來等高 體積 更大的方形有機玻璃容器，加入一些連接管路，測量儀表和必要的擴張管等，本實驗裝置的示意圖和實際流程分別如圖 23 和圖 24 所示 。 氣浮中氣泡 粒徑分布的實驗研究 18 圖 23 本論文設(shè)計 的 EDUR 氣浮系統(tǒng) 1— 300 300 150 3mm 立方體容器 ； 2— EDUR 泵功率 ； 3— 真空壓力表 ； 4— 氣體流量計 ； 5— 管線為 ABS 塑料 ,DN32 ； 6— 截止閥，泵前后各一個 ； 7— 液體流量計 ； 8— 液體壓力表 9— 激光粒度儀探頭 ； 10— 備用導(dǎo)流板。 圖 圖 24 實際運行的氣浮系統(tǒng) 圖 24 中 裝置 包括 ： EDUR 多相流泵型號 EB3U，配套 ABB 電機；真空表量程氣浮中氣泡 粒徑分布的實驗研究 19 0~；壓力表量程 0~1MPa；空氣流量計量程 ~ 3m /h；擴張管管徑,長 ； 其余 管徑 為 DN32,全長 。 實 驗裝置全部管路原本采用如圖 24 右邊所示的 米黃色 ABS 管材，其承壓能力達到 ~，基本與本實驗出口壓力相符，但實際操作過程中，壓力的承受效果并無想象中那樣好，而且 ABS 的出口閥極不易控制壓力，對操作技術(shù)要求高。 如圖 23 設(shè)計時未考慮擴張管，但 試運行以后 運行的氣泡不理想，所以把 裝置的左側(cè) ABS 管材 換成如圖 24 所示的 不銹 鋼制管材，承壓能力好且 容易進行壓力的調(diào)控， 右邊 管材 由于進入口是負壓，不承受壓力 ， 故不更換 以節(jié)約成本 ，此外增加一個鋼制擴張管 。 關(guān)鍵設(shè)備型號的確定 EDUR 多相流泵可被用于帶氣液體、氣液混合或氣化液體的輸送。在 污水處理的氣浮裝置中，通過多相流泵直接溶氣和減壓釋放，氣泡直徑可小至 3050μm,氣體飽和度可達 100％。由此提高了裝置處理效果，降低運行費用。由于氣泡細微、彌散均勻，氣浮處理效果得到大幅度改善，在節(jié)能和降低藥劑使用量方面， EDUR 多相流泵 有 不同 使用者 良好業(yè)績的證明。 如表 21，考慮設(shè)計的整套裝置為實驗規(guī)模，力求在最小合適規(guī)模下運行達到對實際應(yīng)用的模擬。本實驗選用 EDUR EB3U 型號的泵 [14]，該泵為最小流量的氣液多相泵，推薦過泵溶氣水流量為 ~ 3m /h, 電機功率為 ，出口壓力大于等于 ，進出口管徑均采用 DN32。 表 21 多相流泵參考選項表 型號 電機 功率 KW 氣浮裝置處理水量 3m /h 推薦 過泵溶氣 水 流 量3m /h 出口壓力MPa 進 /出口管徑 EB3U 26 ≥ DN32/DN32 EB14U 610 ≥ DN40/DN40 EB16U 1020 ≥ DN40/DN40 LBU403C120L 2050 ≥ DN65/DN40 氣浮中氣泡 粒徑分布的實驗研究 20 LBU404C120L 5075 ≥ DN65/DN40 U603C160L 75100 ≥ DN65/DN40 LBU603D160L 100150 ≥ DN80/DN65 LBU603E162L 150200 ≥ DN80/DN65 附注： 表格中的過泵流量按 30%氣浮裝置處理水量考 慮，并均已含 1012%的吸氣量。 為了要求微氣泡平均直徑小于 30um，泵在運行中的工作壓力都大于 。 處理水量較大時，可以采用多泵并聯(lián)或多個氣浮池并聯(lián)。 氣泡粒徑的測 量 測量方法 盡管氣浮工藝已應(yīng)用于污水處理多年 , 但是對氣泡特性的研究直到近年來才引起研究者的注意。國外針對氣泡粒徑的測量方法研究較多，學(xué)者 Zhou 1993 年，Han 2020 年， Caiced 2020 年， Rodrigues 和 Rubio 2020 年均提出目前使用較廣泛的圖像分析法 ， 考察了不同工況參 數(shù)下的氣泡粒徑分布 。目前發(fā)展趨勢是將 顯微