溶氣氣浮實(shí)驗(yàn).doc

環(huán)工綜合實(shí)驗(yàn)溶氣氣浮實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心實(shí)驗(yàn)題目溶氣氣浮實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)類別綜合實(shí) 驗(yàn) 室實(shí) 驗(yàn) 時(shí) 間實(shí)驗(yàn)環(huán)境溫度: 濕度: 同組人數(shù)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解加壓溶氣系統(tǒng)和設(shè)備各部分的組成、運(yùn)行過程、操作和控制要點(diǎn)、溶氣水釋放的表現(xiàn)特征以及浮渣的形成。2、加深對(duì)懸浮顆粒濃度、操作壓力與澄清效果間關(guān)系的理解。二、 實(shí)驗(yàn)儀器及設(shè)備儀器設(shè)備：氣浮裝置(由蓄水池、進(jìn)水泵、氣浮池、清水池、溶氣加壓泵、溶氣罐、溶氣釋放器、流量計(jì)等組成)，漏斗75mmD，錐形瓶250mL，2000mL量筒2個(gè)，快速水分測(cè)定儀，燒杯若干等。試劑：定性濾紙一盒，10%硫酸鋁溶液，三、實(shí)驗(yàn)原理1、氣浮凈水方法目前環(huán)境工程和排水工程中日益廣泛應(yīng)用的一種水處理方法。該法主要用于處理水中相對(duì)密度小于或接近于1的懸浮雜質(zhì)，如乳化油、羊毛脂、纖維以及其他各種有機(jī)或無機(jī)的懸浮絮體等。因此氣浮法在自來水廠、城市污水處理廠以及煉油廠、食品加工廠、造紙廠、毛紡廠、印染廠、化工廠等的水處理中都有應(yīng)用。氣浮法具有處理效果好、周期短、占地面積小以及處理后的浮渣中固體物質(zhì)含量較高等優(yōu)點(diǎn)；但也存在設(shè)備多、操作復(fù)雜、動(dòng)力消耗大的缺點(diǎn)。2、氣浮法就是使空氣以微小氣泡的形式出現(xiàn)于水中并慢慢自下而上地上升，在上升過程中，氣泡與水中污染物接觸，并把污染物黏附于氣泡上（或氣泡附于污染物上），從而形成密度小于水的氣水結(jié)合物浮升到水面，使污染物質(zhì)從水中分離出去。3、產(chǎn)生密度小于水的氣水結(jié)合物的主要條件如下： （1）水中污染物質(zhì)具有足夠的憎水性; （2）加入水中的空氣所形成氣泡直徑不宜大于70m; （3）氣泡與水中污染物質(zhì)應(yīng)有足夠的接觸時(shí)間。4、氣浮法按水中氣泡產(chǎn)生的方法分為布?xì)鈿飧?、溶氣氣浮和電氣浮幾種。由于布?xì)鈿飧∫话銡飧≈睆捷^大、氣浮效果較差，而電氣浮氣泡直徑雖不大但耗電較多，因此目前應(yīng)用氣浮法的工程中，以加壓溶氣氣浮法最多。5、加壓溶氣氣浮法就是使空氣在一定壓力的作用下溶解于水，并達(dá)到飽和狀態(tài)，然后使加壓水表面壓力突然減到常壓，此時(shí)溶解于水中的空氣便以微小氣泡的形式從水中逸出來。這樣產(chǎn)生了供氣浮用的合格的微小氣泡。6、影響加壓溶氣氣浮的因素很多，如空氣在水中溶解量、氣泡直徑的大小、氣浮時(shí)間、水質(zhì)、藥劑種類與加藥量、表面活性物質(zhì)種類、數(shù)量等。因此，采用氣浮法進(jìn)行水質(zhì)處理時(shí)，常需通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定一些有關(guān)的設(shè)計(jì)運(yùn)行參數(shù)。實(shí)驗(yàn)原理問答題：1、采用氯化鐵作為混凝氣浮的混凝劑可行嗎？染色廢水混凝氣浮選用的混凝劑有何講究？答：不可行。因?yàn)槁然F中Fe3+ 在水溶液中以水合離子Fe(H2O)63+的形態(tài)存在，當(dāng)溶液的PH值增大，水合鐵離子會(huì)發(fā)生配位水分子的離解，反應(yīng)生成各種羥基鐵離子。形成的絮凝體較緊密，密度較大，易沉淀，會(huì)沉降到容器底部，不易被氣浮帶到水體表面去除。染色廢水氣浮混凝劑的選擇，需要考慮到混凝后的氣浮效果，使得形成的絮凝物質(zhì)易于氣浮處理。同時(shí)，還要考慮混凝的效果是否能較大效率的脫色，使水質(zhì)達(dá)標(biāo)排放。染色廢水分兩種，一種是活性染料屬親水類，一種是分散染料等屬疏水類，混凝氣浮選用混凝劑鐵鹽，鋁鹽都行。但混凝氣浮對(duì)染色廢水中的分散染料作用大，對(duì)染色廢水中的活性染料作用小。目前國內(nèi)用于印染廢水的無機(jī)混凝劑有硫酸亞鐵、氯化鐵、聚合硫酸鐵、硫酸鋁、氯化鋁、堿式氯化鋁（PAC）、含鎂脫色劑、Fenton試劑、改性膨潤土等。其中以鐵鹽、鎂鹽、鋁鹽以及硅、鈣元素的化合物為主。印染廢水種類繁多，混凝劑應(yīng)結(jié)合具體廢水的性質(zhì),如染料品種、色度、廢水pH值等,選擇合適的混凝劑進(jìn)行混凝氣浮。以下是幾種不同混凝劑的適用廢水種類。鋁系混凝劑：PAC對(duì)深藍(lán)色印染廢水的處理效果較好，對(duì)紅色廢水（低濃度）的處理效果比較差。堿式氯化鋁處理酸性染料、分散性染料及直接染料的印染廢水的效果較好。且當(dāng)PH值大于4時(shí)，適用鋁系混凝劑更有利于吸附印染廢水中懸浮的膠體雜質(zhì)。鐵系混凝劑：鐵鹽混凝劑其混凝作用機(jī)理與鋁鹽相似。但鐵較鋁有更強(qiáng)的親OH能力，因此，水解的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于鋁鹽，鐵鹽中Fe3+對(duì)非水溶性染料在.PH值511的范圍內(nèi)色度去除率高。硫酸亞鐵輔以適當(dāng)?shù)闹齽瑢?duì)不溶性染料和大部分水溶性染料均有較好的脫色效果。鎂及其它混凝劑：鎂鹽和堿生成帶正電荷的氫氧化鎂沉淀，強(qiáng)烈吸附帶負(fù)電荷的陰離子染料而使染料廢水得以脫色。尤其對(duì)含磺酸基團(tuán)的水溶性染料具有良好的處理效果。鎂鹽在一定的PH溶液中發(fā)生水解反應(yīng)，生成各種羥基絡(luò)合物。在高PH值（10.412.4）時(shí)，經(jīng)水解反應(yīng)生成具有聚合作用的物質(zhì)氫氧化鎂膠體；在低PH值時(shí)，Mg2+，MgOH+可在多種表面上發(fā)生專屬吸附作用。 復(fù)合混凝劑：除了鐵鹽、鎂鹽、鋁鹽無機(jī)混凝劑外，還有高效復(fù)合混凝劑，它對(duì)水溶性染料廢水脫色效果良好。聚硅酸鹽是一類新型無機(jī)高分子混凝劑，把鋁鹽或鐵鹽引入到聚硅酸中制成混凝劑可預(yù)先羥基化聚合后再混合，也可先混合再聚合，這類混凝劑具有聚硅酸和聚鋁或聚鐵的優(yōu)點(diǎn)，混凝脫穩(wěn)性能遠(yuǎn)超過單獨(dú)的聚硅酸或聚金屬離子，同聚硅酸相比，不但提高了穩(wěn)定性，且增加了電中和能力，同聚金屬離子相比，則增強(qiáng)了黏結(jié)架橋效能。2、壓力溶氣氣浮法是目前國內(nèi)外最常采用的方法，可選擇的基本流程有全流程溶氣氣浮法、部分溶氣氣浮法和部分回流溶氣氣浮法三種。這三種氣浮方法有什么區(qū)別，你認(rèn)為哪種氣浮方法最好？答：（1）全流程溶氣氣浮法流程是使全部經(jīng)混凝后的廢水全部經(jīng)溶氣罐加壓溶氣，再經(jīng)過減壓裝置釋放進(jìn)入氣浮池進(jìn)行固液分離。與其他兩個(gè)流程相比，其電耗高，但因不另加溶氣水，所以氣浮池容積小。部分溶氣氣浮法是將一部分已經(jīng)混凝的廢水進(jìn)行加壓溶氣,然后使之經(jīng)釋放器釋放,并與待處理原水混合而實(shí)現(xiàn)氣浮。此流程可縮小氣浮系統(tǒng)的裝置及降低動(dòng)力費(fèi)用，但易打碎絮體而影響凈水效果,且控制也比較困難。部分回流溶氣氣浮法是指將原水和一部分出水混合后進(jìn)行加壓溶氣后經(jīng)過氣浮池將沉淀去除。用水泵將部分氣浮出水提升到溶氣罐，加壓到0.30.55MPa，同時(shí)注入壓縮空氣使之過飽和，然后瞬間減壓，原來容積在水中的空氣驟然釋放，產(chǎn)生出大量的微細(xì)氣泡，從而使被除去物質(zhì)與微細(xì)氣泡結(jié)合在一起。其特點(diǎn)為：在加壓條件下，空氣的溶解度大，供氣浮用的氣泡數(shù)量多，能保證氣浮的效果。溶入水中的氣體經(jīng)急驟減壓后，可以釋放出大量的尺寸微細(xì)、粒度均勻、密集穩(wěn)定的微氣泡。微氣泡集群上浮過程穩(wěn)定，對(duì)水流的擾動(dòng)較小，可以確保氣浮效果，特別適用于細(xì)小顆粒和疏松絮體的固液分離過程。工藝流程及設(shè)備比較簡(jiǎn)單，管理維修方便，處理效果穩(wěn)定，并且節(jié)能效果顯著。加壓氣浮產(chǎn)生的微氣泡可以直接參與凝聚并和微絮粒一起共聚長大，因此可以節(jié)約混凝劑的用量。(2)部分回流溶氣氣浮法最好，由于不易造成加壓溶氣罐里面填料的堵塞，處理效果穩(wěn)定，氣浮過程中不促進(jìn)乳化，并且加壓的水量少，動(dòng)力消耗少，節(jié)能效果顯著。此流程氣泡數(shù)量多，且能形成微氣泡不打碎絮體，氣浮池的容積較前兩種流程大，優(yōu)勢(shì)更加突出。四、實(shí)驗(yàn)步驟1.配置50ppm分散大紅溶液12升，每隔2分鐘加入10%硫酸鋁溶液5ml，并緩慢攪拌，直至產(chǎn)生礬花，配置成混凝水，并測(cè)定混凝水的SS，以確定后續(xù)實(shí)驗(yàn)氣固比。2.向4根分離柱分別注入880mm（氣浮柱）、990mm（氣浮柱）、1056mm（氣浮柱）、1320mm高度（沉淀柱）的混凝水，并靜置5分鐘，使得分離柱中的混凝水礬花重新凝結(jié)。3.打開三根氣浮分離柱閥門，分別向氣浮柱緩慢注入加壓溶氣水，各柱注入量到終線1320mm刻度止。4.10分鐘后記錄各分離柱浮渣或沉渣高度。5.將各分離柱的浮渣或沉渣放出，測(cè)含固率（渣干重與渣體積的比值）。確定溶氣釋氣量1.調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)瓶使得密閉大細(xì)口瓶?jī)?nèi)加滿自來水，并加滿后調(diào)節(jié)三通塞趕走計(jì)量管中的空氣。2.調(diào)節(jié)三通旋塞，密閉大細(xì)口瓶與外界空氣隔絕，倒去量筒中水后通入1升壓力溶氣水。3.調(diào)節(jié)三通旋塞，使得大密閉細(xì)口瓶與調(diào)節(jié)瓶聯(lián)通，密閉大細(xì)口瓶中的空氣進(jìn)入到計(jì)量管中，使得調(diào)節(jié)瓶水位與計(jì)量管水位相平，讀出1升溶氣水釋放出的空氣體積。注意事項(xiàng)：溶氣水釋放量速度應(yīng)該適量，提高氣浮效果。五、實(shí)驗(yàn)記錄及原始數(shù)據(jù)氣浮柱內(nèi)徑：4.3cm 1升水釋氣量：42ml 空氣密度：1.29g/L干濾紙質(zhì)量（g）過濾后質(zhì)量（g）浮渣高度（mm）混凝水（100ml）0.5060.514880mm氣浮柱0.5090.53315990mm氣浮柱0.5050.570201056mm氣浮柱0.5110.92518未氣浮底層有一小層沉淀，沉淀未完成，其間懸浮著較多顆粒六、數(shù)據(jù)處理及結(jié)論1、1L水釋氣量為42*10*0.001*1.29=0.5418g。2、氣浮含固量如下表固體質(zhì)量（g）體積（ml）含固率（mg/ml）混凝水0.0088800.02410.131.109900.06513.502.2310560.41412.1515.84（1）混凝水SS的測(cè)定：SS=0.008/100=0.08g/mL(2)含固率的測(cè)定：880mL分離柱的含固率為：（0.024103）/(4.3/2)2 1510-1=1.10mg/mL 990mL分離柱的含固率為：（0.065103）/(4.3/2)2 2010-1=2.23mg/mL1050mL分離柱的含固率為： （0.414103）/(4.3/2)2 1810-1=15.84mg/mL(3)氣固比的測(cè)定：880mL分離柱的氣固比為：42（1320-880）10-1 (4.3/2)2 10-31.29/0.0888010-1 (4.3/2)2 =0.339990mL分離柱的氣固比為：42（1320-990）10-1 (4.3/2)2 10-31.29/0.0899010-1 (4.3/2)2=0.0261050mL分離柱的氣固比為： 42（1320-1050）10-1 (4.3/2)2 10-31.29/0.08105010-1 (4.3/2)2=0.174(4)關(guān)于混凝柱現(xiàn)象的簡(jiǎn)單結(jié)論： 如上圖所示為實(shí)驗(yàn)中混凝柱的沉淀效果，可見水體中懸浮絮凝物較多且分散，雖在重力作用下柱中絮體分布存在差異，由上而下絮體逐漸沉積，但在柱體底部并未產(chǎn)生如同氣浮柱中浮渣層一般的顯著沉渣層，表明絮體密度較小不利于沉降，此外，直至實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)混凝柱中溶液色度仍較高，氣浮柱中則基本澄清且顏色淺淡。因此該溶液不適于使用單純混凝法進(jìn)行處理，而應(yīng)采用混凝氣浮法。七、思考題1、應(yīng)用已掌握的知識(shí)分析你取得釋氣量測(cè)定結(jié)果的正確性，你有更好的測(cè)定溶氣釋氣量的辦法嗎？請(qǐng)思考。答：實(shí)驗(yàn)中釋氣量的測(cè)定存在一定誤差，實(shí)際釋氣量Vg是一定體積加壓溶氣水在實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)氣壓條件下所釋出的空氣體積,可實(shí)測(cè)得出,單位為毫升;理論溶氣量Vc是一定體積加壓溶氣水的飽和溶氣量(理論值)與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)氣壓條件下的飽和溶氣量(理論值)之差,根據(jù)亨利定律可由下式計(jì)算得出,單位為毫升: Vc=k*p*W式中: W為加壓溶氣水的體積,mL；p為絕對(duì)壓力,單位為MPa；k為空氣的溫度溶解系數(shù),隨水溫變化而變化,其值由參考文獻(xiàn)提供的數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算列入表1。 表1 各溫度條件下的空氣溶解系數(shù)水溫（) 0 10 20 30 40 50K值0.0380.029 0.0240.0210.0180.015所以理論值為Vg=0.025*3.5*1.29=0.112875g2、電解凝聚氣浮廢水處理發(fā)明已久，但并未大量推廣使用，與加壓溶氣氣浮相比，其有何優(yōu)缺點(diǎn)？請(qǐng)分析說明。答：用鋁或鐵等金屬作為陽極，具有可溶性，Al、Fe以離子狀態(tài)溶入水中，經(jīng)過水解反應(yīng)可以生成基絡(luò)合物并發(fā)展成為無機(jī)高分子電解質(zhì)。這類無機(jī)高分子電解質(zhì)可以當(dāng)作混凝劑對(duì)各種含有懸浮物、膠體的污水進(jìn)行處理。當(dāng)電極采用不溶性電極時(shí)，電解時(shí)在陽、陰極表面可以大量生成氫氣和氧氣，以微小氣泡逸出。在氣泡脫離電極從水層中上升的過程中，可以吸附水中微粒雜質(zhì)浮至水面，經(jīng)收集后除去。廢水電解時(shí)，由于水的電解及有機(jī)物的電解氧化，在陽極、陰極表面上會(huì)有氣體（如H2,O2及CO2，Cl2等）,呈微小氣泡析出，它們?cè)谏仙^程中，可粘附水中雜質(zhì)微粒及油類浮到水面而分離。電解時(shí)，不僅有氣泡浮上作用，而且還兼有凝聚、共沉、電化學(xué)氧化、電化學(xué)還原等作用。廢水在直流電場(chǎng)作用下，水被電解，在陽極析出氧氣，在陰極析出氫氣，此外，電解氧化時(shí)，有機(jī)物可產(chǎn)生CO2，氯化物可產(chǎn)生Cl2。電解產(chǎn)生的氣泡粒徑很小，而且密度也小。電解凝聚氣浮廢水處理的原理是廢水一般含有多種成分的電解質(zhì)溶液,具有一定的導(dǎo)電性。在外加電流情況下,廢水的化學(xué)成分,不溶性雜質(zhì)的性質(zhì)和狀態(tài),將隨著發(fā)生變化。在外加電壓的作用下“犧牲陽極”產(chǎn)生的膠體絮凝劑(如Al3+、Fe3+)，使廢水中的膠體有機(jī)粒子、微細(xì)固體懸浮物產(chǎn)生的絮凝作用形成絮團(tuán)。借助于電化學(xué)反應(yīng)在陽極產(chǎn)生的絮凝作用,以及金屬離子的形式進(jìn)入溶液中經(jīng)過水解聚合作用,可產(chǎn)生多核羥基絡(luò)合物及氫氧化物,作為絮凝劑對(duì)水中懸浮物及膠體進(jìn)行絮凝處理。也通過陰極、陽極產(chǎn)生的H2、O2等微小氣泡產(chǎn)生的氣浮作用除去,使廢水