第13章工业废水的物理化学处理
13.1 混凝
处理环节：预处理、中间处理、最终处理、三级处理、污泥处理、除油、脱色。
胶体：憎水性对混凝敏感，亲水性需特殊处理
高分子絮凝剂：分子量大的水溶性差，分子量小的水溶性好，故分子量要适当。
混凝的操作程序：里特迪克程序。
１）提高碱度：加重碳酸盐（增加碱度但pH值不提高）――快速搅拌1~3min ２）投加铝盐或铁盐――快速搅拌1~3min
３）投加活化硅酸和聚合电解质之类的助凝剂――搅拌20~30min
应用：1）造纸和纸板废水：加入少量的硫酸铝即可有效地混凝。如表13－1 2）滚珠轴承制造厂含乳化油废水：用CaCl2破除乳化，用硫酸铝去除油脂、悬浮物、Fe、PO4。
13.2气浮
13.2.1 气浮的基本原理
气浮＝固液分离＋液液分离――用于悬浮物、油类、脂肪、污泥浓缩
原理：微气泡――粘附微粒――气浮体（密度小于水）――去除浮渣。
探讨：
1、水中颗粒与气泡粘附条件
（１）界面张力、接触角和体系界面自由能
任何不同介质的相表面上都因受力不均衡而存在界面张力
气浮的情况涉及：气、水、固三种介质，每两个之间都存在界面张力σ。
三相间的吸附界面构成的交界线称为润湿周边。通过润湿周边作水、粒界面张力作用线和水、气界面张力作用线，二作用线的交角称为润湿接触角θ。见图13－3和13－4。
θ>90，疏水性,易于气浮
θ<90, 亲水性
悬浮物与气泡的附着条件：
按照物理化学的热力学理论, 任何体系均存在力图使界面能减少为最小的趋势。
界面能W =σS S：界面面积；σ：界面张力
附着前W1 =σ水气+σ水粒（假设S 为1）
附着后W2=σ气粒
界面能的减少△Ｗ= W1－W2＝σ水气+σ水粒－σ气粒
图13－4，σ水粒=σ气粒+σ水气COS(180︒-θ)
所以: △Ｗ=σ水气(1-COSθ)
按照热力学理论, 悬浮物与气泡附着的条件：△Ｗ>0
△Ｗ越大，推动力越大，越易气浮。
（2）气－粒气浮体的亲水吸附和疏水吸附
由于水中颗粒表面性质的不同，所构成的气一粒结合体的粘附情况也不同。
亲水吸附：亲水性颗粒润湿接触角（θ）小，气粒两相接触面积小，气浮体结合不牢，易脱落。
疏水吸附：疏水性颗粒的接触角（θ）大，气浮体结合牢固。
根据△Ｗ=σ水气(1-COSθ)，得：
1) θ→0, COSθ→1, △Ｗ= 0 气浮
θ<90, COSθ<1, △Ｗ<σ水气颗粒附着不牢
θ>90, △Ｗ>σ水气气浮――疏水吸附
θ→180 △Ｗ=2σ水气最易被气浮
2) 同时, COS θ＝（σ气粒－σ水粒）/σ水气（由图13-4）
σ水气增加，θ增大, 有利于气浮
如石油废水, 表面活性物质含量少, σ水气大,乳化油粒疏水性强，直接气浮效果好。
而煤气洗涤水中的乳化焦油，由于水中表面活性物质含量多，σ水气小，直接气浮效果差。
对于亲水性颗粒的气浮，表面需改性为疏水性→投加浮选剂
浮选剂：松香油、煤油、脂肪酸，起连接颗粒和气泡之间作用。
2、泡沫的稳定性
气浮中要求气泡具有一定的分散度和稳定性。气泡粒径在100μ左右为好。
洁净水中：
•气泡常达不到气浮要求的细小分散度
→洁净水表面张力大，气泡有自动降低自由能的倾向，即气泡合并。
•稳定性不好。
→缺乏表面活性物质的保护，气泡易破灭，不稳定。
即使悬浮物已附着在气泡上也易重新脱落会水中
↓
加入起泡剂（一种表面活性物质），保护气泡的稳定性。见图13－5
对于有机污染物含量不多的废水在进行气浮时，气泡的稳定性可能成为重要的影响因素。适当的表面活性剂是必要的。
但表面活性物质过多太多→σ水气降低，同时→此时，尽管气泡稳定，
污染粒子严重乳化但颗粒－气泡附着不好
如何控制最佳的投加量？
影响三个因素：稳定性、表面张力、乳化效果
3、界面电现象和混凝剂胶稳
疏水性颗粒易气浮，但多数情况下并不好，主要是由于乳化现象。以油粒为例：
▲表面活性物质存在：非极性端吸附在油粒，极性端则伸向水中→乳化油（图13－6）→电离后带电→双电层现象→稳定体系
▲废水中含有亲水性固体粉末（固体乳化剂），如粉砂、粘土等（θ<90）：一小部分与油接触，大部分为水润湿，见图13－7。
→乳化油稳定体系
带电的稳定体系是不利于气浮的，应
→脱稳、破乳→投加混凝剂→压缩双
电层
混凝剂包括：硫酸铝、聚合氯化铝、三
氯化铁等
13.2.2 电解气浮法
1、电解气浮装置
直流电的电解作用下，正极产生氢气，
负极产生氧气，微气泡。气泡小于溶气法和
散气法。具有多种作用：除BOD、氧化、
脱色等，去除污染物范围广，污泥量少，占地少。但电耗大。
有竖流式和平流式装置。
2、平流式电解气浮装置的工艺计算
1、电解气浮法在工业废水处理中的应用
特点：范围广、泥渣量少、工艺简单、设备小，但电耗大。
应用：去除细分散悬浮固体和乳化油。
13.2.3 散气气浮法
分类：扩散板曝气气浮法＋叶轮气浮法
１．扩散板曝气气浮法
见图13－11
压缩空气通过扩散装置以微小气泡形式
进入水中。简单易行，但容易堵塞，气泡
较大，气浮效果不高。
２．叶轮气浮
（1）叶轮气浮设备构造
见图13－12。
叶轮在电机的驱动下高速旋转，在盖板下
形成负压吸入空气，废水由盖板上的小孔
进入，在叶轮的搅动下，空气被粉碎成细
小的气泡，并与水充分混合成水气混合体
经整流板稳流后，在池体内平稳地垂直上升，进行气浮。形成的泡沫不断地被缓慢转动的刮板刮出槽外。
特点：处理水量小，而污染物质浓度高的废水。除油效果一般可达80％左右。
（2）叶轮气浮池的计算
13.2.4
溶气气
浮法
根据气
泡析出
时所处
的压力
不同，
分为：
溶气真
空气浮
和加压溶气气浮
1．溶气真空气浮
如图13－14
在负压（真空）状态下运行的，至于空气的溶解，可在常压下进行，也可在加压下进行。特点：在负压下进行。压力低，动力设备和电能消耗少，但因在负压条件下，使构造复杂，维护运行困难，故使用少。
