气浮中气泡粒径分布的实验研究毕业论文(编辑修改稿)

气浮中气泡粒径分布的实验研究毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

作流程 .............................................................................................. 65 实验数据 ..................................................................................................... 66 数据分析 ..................................................................................................... 68 小结 ................................................................................................................... 68 气浮中气泡 粒径分布的实验研究 V 第五章 结论与展望 .................................................. 52 结论 ................................................................................................................... 72 对进一步研究的展望 ....................................................................................... 72 参 考 文 献 ......................................................... 74 致 谢 ............................................................. 76 附录 1 ............................................................... 77 附录 2 ............................................................... 85 声 明 ............................................................. 87 气浮中气泡 粒径分布的实验研究 1 第一章 前 言 选题背景 近年来，全球的环境污染不断恶化，其中水源的不断污染越来越成为一个国家发展刻不容缓的问题。 环保部 2020 年 4 月 21 发布的最新数据： 2020 年我国废水排放总量为 亿吨，比上年增加了 ％。 污水排放量很大，但污水处理率低：工业废水处理率约 80％ ，达标排放的只有 60％。 90％以上的城市水域受到污染，50％左右地下水水质受到污染， 50％以上的重点城镇的饮用水源不符合标 准 [1]。 2020 年 5 月 13 日，国家海洋局在京召开新闻发布会，发布《 2020 年中国海洋环境状况公报》 [2]。 该报告指出：相比 2020 年海洋赤潮、绿潮灾害有所减轻，但是海上溢油事故风险加剧。 2020 年 7 月 16 日大连新港石油储备库输油管道爆炸造成大量原油泄漏入海，事故邻近海域和部分敏感功能区受到不同程度影响。 如今随着石油工业的发展，陆地油田的不断耗竭，海洋石油产量，尤其是在过去 20 年间，其占全球石油总产量中的比重已从 20%上升到 30%以上了。 与陆上油田一样，海上油田的油井产出液中也不可避免地含有大量的地层伴生 水。 20 世纪 80 年代初，国内第一套由同济大学设计的日处理 l000t 规模的气浮装置，用来处理印染废水获得了成功，标志我国气浮设备的研制与开发迈上了一个新的台阶。 气浮技术因其在造纸白液的纤维回收、含油废水的处理；印染、化工、轻工、食品、制药等工业废水物化处理；各类生物处理中生物絮体与水分离 (代替二沉池 )等方面的适用以及具有处理效率高、效果好、对水质适应广等优点，正在得到深入研究和不断推广。 在净水工艺中的应用，气浮技术的进展一直不大，原因在于气泡的尺寸很难控制，后来国外出现了专用释放器，有各种形式的喷嘴、 针形阀等，在国内也得到了应用。 70 年代以后，人们改善了溶气方法，解决了溶气释放中产生的气泡尺寸及其数量这个关键性难题，气浮净水技术才得以采用和逐步推广。 1905 年，美国专利刊出了加压溶气技术。 1907 年， 发明了喷射溶气气浮技术。 因此，气浮技术的发展，尤其是针对其中的气泡尺寸及其数量问题的研究，将 大大 改善 水质 的处理效果 ， 符合现代人对水质的追求，也将给 我们的生活 质量 带来巨大的影响。 气浮净水 技术 的 发展 气浮中气泡 粒径分布的实验研究 2 气浮净水技术的发展历程 气浮法是一种历史悠久的固液分离技术，气浮净水技术在 国内外应用广泛。 其原理是通过某种方式向废水中通入空气，并以微小气泡的形式从水中析出，然后以此为载体，粘附废水中的乳化油、微小悬浮颗粒等污染物质，使其随气泡一起上浮到水面，形成泡沫－气、水、颗粒 (油 )三相混合体，通过收集泡沫或浮渣达到分离杂质、净化废水的目的。 气浮技术最早应用于矿冶工业，其方法是先把矿石磨碎成粉粒，加水制成悬浊液，然后加入浮选剂，并通入气泡，使矿石中有用的成份粘附在气泡周围而向上浮起，不能粘附在气泡上的杂质则下沉，从而达到富集有用矿石的目的 [1]。 由于它可用于固体与液体，液体与液体，水中不同 的固体与固体甚至溶液中离子的分离，而且这种分离技术具有设备简单，分离速度快等特点。 因而近年来这种技术理论和应用的研究引起了越来越多的水处理和分析化学等科学工作者的广泛关注。 在水处理领域中，早在 1920 年， 就考虑用气浮法处理污水， 1930年瑞典某造纸厂曾试用一种将空气在压力下溶解于白水的水处理中，但上述实验结果均未公开发表和引起足够重视。 直到 1943 年汉森和高雷斯的英文排水杂志上才公开发表了有关气浮法处理污水的文章。 在 60 年代，美国出现溶气气浮处理污水的报道， 1960 年，第一台叶轮 气浮净化器出现在美国长滩油田。 上世纪 60 年代以前，气浮技术发展较慢，很少见其研究和应用的报道，究其原因主要是制造微气泡的技术没过关，特别是采用分散空气气浮时，产生的气泡不够微细，颗粒的粘附能力很差，大气泡还会产生严重紊流而撞碎絮体。 我国是最早研究气浮技术的国家之一。 随着工业的发展，特别是石油工业的发展，气浮净水技术被世界各国广泛用于炼油、石油开发、化工、造纸等行业。 1963 年哈尔滨建工学院在对齐齐哈尔钢厂煤气发生站含酚废水进行预处理除油研究中用过射流浮选，试验除油效率为 80%左右。 大庆油田设计院在 1963~1965 年期间，曾在东油库污水站用自制的叶轮浮选机进行过气浮试验，除油效率达到 99 .7%，但当时考虑到无定型的叶轮浮选机产品，且混凝除油也有较好的效果，因此从 60 年代到 80 年代中期，油田开发业一直没用气浮法处理含油废水。 我国在 60 年代末已有压力溶气装置应用于食盐溶液的净化和石油废水的处理。 70 年代气浮技术迅速发展，当采 用部分回流溶气气浮法时气法时，显著改善了气浮的地位。 在水处理技术中，气浮法 (也称浮上法 )固 液或液 液分离技术已广泛地应用在气浮中气泡 粒径分布的实验研究 3 下述几个方面： 1. 在饮用水处理上，浮上法已 成功地应用在处理低浊度、含藻类及一些浮游生物的水处理工艺中。 2. 用于石油、化工及机械制造业中的含油 (包括乳化油 )污水的油水分离中。 3. 用于有机及市政污水的物化处理工艺中。 4. 用于废水中有用物质的回收，如造纸厂纸浆纤维及填料的回收工艺。 5. 与有机废水生物处理相配合用浮上法代替二次沉淀池，特别对于那些易于产生污泥膨胀的生物处理工艺中，可保证处理工作的正常运行。 6. 已研究应用在对污水处理厂剩余污泥进行气浮浓缩的处理工艺 [3]。 气浮净水技术简介 气浮法主要用来处理废水中靠自然沉降或 上浮难以去除的乳化油或相对密度接近于水的微小悬浮颗粒。 根据气泡产生方式的不同，气浮法可分为电解气浮、散气气浮和溶气气浮法三种，其中部分回流水加压溶气气浮法是一种国内外常用的气浮方法。 此外，还有生化气浮、离子气浮等 [4]。 (1) 电解气浮 电解气浮法是向水中通入 5~10V 的直流电压，废水在直流电压的作用下电解产生 H O2和 CO2等的微小气泡。 利用电解法产生的气泡密度小，直径 10~60 um，浮升过程中不会引起水流紊动，浮载能力大，特别适用于脆弱絮凝体的分离。 如果采用铝板或钢板作阳极，则电解溶蚀产生的 Fe2+和 A13+离子经过水解、聚合及氧化，生成具有凝聚、吸附及共沉作用的多核轻基络合物和胶状氢氧化物，有利于水中悬浮物的去除。 但由于存在电耗较高，电极板易结垢等问题，目前该法主要用于小规模的工业废水处理和污泥浓缩中。 电解气浮除用于固液分离外，还有降低有机物、氧化、和杀菌作用，对废水符合变化适应性强，生成污泥量小，占地面积少，不产生噪声。 (2) 机械搅拌 气浮 机械搅拌 气浮是利用机械剪切力，将混合于水中的空气粉碎成细小的气泡，以进行气浮处理的方法。 按粉碎气泡方法的不同，散气气浮又分为：水泵吸水管吸气气浮、射流气浮 、扩散板曝气气浮以及叶轮气浮等。 叶轮气浮法是 机械搅拌 气浮中最常用的一种，其基本原理为：依靠叶轮的高速旋转形成的负压，吸入气体并将其剪碎，形成微小的气泡，利用气泡携带污水中的气浮中气泡 粒径分布的实验研究 4 污染物质上浮至水面，以净化污水。 叶轮高速旋转时，在固定的盖板下形成负压，气体从进气管中吸入，进入水中的气体与循环水流一起被叶轮充分搅拌，在叶轮剪切力作用下，气体被剪碎为微细的气泡并与循环水流一起甩出导向叶轮，经过稳流板消能，气泡携带污染物质垂直上升，进行气浮处理。 叶轮气浮法的气浮效果取决于叶轮的转速、浮选剂的投加量和污水在浮选池内的停 留时间。 叶轮的转速愈高，产生的负压越高，吸入的气量大，并且能够将其剪切成更小的气泡而有利于气浮处理。 但转速过高时，提高了油珠和悬浮物的乳化程度，使其以更细小的颗粒存在于水体中，这样反而会使处理效果下降。 浮选剂的投加一方面减弱了絮体表面的亲水性，增强其疏水性，以利于气泡与絮体的粘附作用，另一方面降低了气、水界面的界面张力，减小了气泡之间相互兼并的几率，使细小气泡能够稳定地存在于水体中。 污水在浮选池中的停留时间，直接影响着气泡与絮体及气泡之间的碰撞接触时间，在气浮处理中，存在着三种不同的碰撞和粘附作用： ① 气泡 与絮体之间； ② 气泡与气泡之间； ③ 携带气泡的絮体之间。 后两种粘附作用会降低水体中的气泡密度，破坏已上升的絮团结构，而不利于气浮处理。 如果停留时间太短，粘附气泡的絮体未能上浮至水面就随着出水流出，处理效果不理想；停留时间过长时，气泡之间与携带絮体的气泡之间的兼并量增大，也会降低气浮处理的效果。 (3) 加压溶气气浮 溶气气浮是使空气在一定压力下溶于水中并呈饱和状态，然后使废水的压力骤然降低，这时空气便以微小的气泡从水中析出并进行气浮。 这种方法形成的气泡直径只有 80u m 左右，而且可以人为控制气泡与废水的接触时间 ，因而处理效果远比散气气浮好，应用也更为广泛。 根据气泡从水中析出时所处的压力不同，溶气气浮又可分为两种方式：一种是溶气真空气浮，空气在常压或加压下溶于水中，而在负压下析出；另一种是加压溶气气浮，空气在加压下溶入水中，而在常压下析出。 加压溶气气浮广泛地应用于含油污水的处理，通常作为隔油后的处理和过滤或生化处理前的预处理，其气浮装置一般应包含加压溶气系统、微气泡发生系统和悬浮物分离系统等。 其中，微气泡发生系统的溶气释放器只有产生微气泡的密度较高，才能提高气浮的净水效果。 同济大学于 1978 年研制成功 TS278 型低压溶气释放器，陈林峰于 1999 年研制成功高效溶气释放机 [4]。 气浮中气泡 粒径分布的实验研究 5 根据加压方式的不同，加压溶气气浮法具有三种不同的基本流程：全流程溶气气浮、部分溶气气浮和部分回流溶气气浮。 全 流程溶气气浮法是将全部废水用水泵加压，在泵前或泵后注入空气。 在溶气罐内，空气溶解于废水中，然后通过减压阀释放将溶气废水送入气浮池。 减压释放后的溶气废水在气浮池内形成许多小气泡，粘附废水中的乳化油滴或悬浮物颗粒，一起上浮至水面，在水面上形成浮渣。 用刮板将浮渣排入浮渣槽，最后经浮渣管排出池外。 处理后的净化水通过溢流堰和出水管排出。 其特点 为： 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，比部分回流溶气气浮所需的气浮池小，减少了基建投资； ③ 由于全部废水经过压力泵，所以增加了含油废水的乳化程度，而且所需的压力泵和溶气罐均较其它两种流程大，因此投资和运转动力消耗较大。 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。 其特点为： ① 较全流程溶气气浮所需的压力泵小，故动力消耗低； ② 压力泵所造成的乳化油量较全流程溶气气浮低； ③ 气浮池的大小与全流程溶气气浮相同，但较部。