超微气泡对铜酞青污水处理的实验研究
发布日期：2022/2/18 16:45:02 访问次数：155
摘要：气浮法广泛应用于污水处理、气浮选矿、生化反应等领域。气浮法中微气泡的应用相当广泛，但对微气泡生戍的机理研究一直是值得探讨的前沿课题。通过微气泡发生装置对微气泡的效果进行实验研究。依据微气泡运动过程中的表面吸附以及传质特性，通过实验观测傲气泡对含有氦、邻苯二甲酸及铜酞青类污染物水样的去除效果和主要影响因素，了解微气泡在污水中的处理效果，从而对实际应用起到借鉴作用。
关键词：气浮法 溶气法 微气泡
在污水处理领域，利用微气泡与水中的杂质相黏结，从而形成比重小于水的“复合体”上浮来最终达到处理的目的，这种方法即人们所熟悉的气泡上浮法。20世纪7O年代研究人员就将气浮法用于污水处理等领域，但当时最好的效果的乳状气泡直径侄50—100μm之间。目前已经能够将生成的微气泡达到一个崭新的水平，微气泡的平均直径小于1 um，这使得微气泡技术能够应用于更多的领域，给人类带来更大的效益。美国橡树岭圜家实验室Taleyarkhan等人利用声纳发光技术使得高温高压液泡在超声波场中内爆产生中子和氘，从而发现微气泡在形成后具有巨大的能量，而这个能量和气泡的初始直径有很大的联系。同时，从实验中发现气泡越小能量越大。
微气泡可以应用 很多领域，而且有很好的实际效用。本文依据微气泡运动过程中的表面吸刚以及传质特性，通过实验观测微气泡对含有氨、邻苯二甲酸及铜酞青类污染物水样的去除效果和主要影响因素，了解微气泡在污水中的处理效果。
1 实验方法
1．1 实验原理
气泡产生的方法很多，其中应用比较广泛的是微孔曝气法。采用该法产生的气泡大小是毫米级的。本实验采用的是加压溶气法，并且通过特殊的喷嘴，将高压水喷入水体。在污水处理领域，单位体积中的微气泡的数量和微气泡的尺度对处理效果有直接影响。影响气泡大小的因素主要有系统压力、气液流量比等。系统压力越大(即压力梯度越大)得到的微气泡的尺度越小。但是当压力大到一定程度时，微气泡的尺度变化就不明显了。即压力达到一定值时，只有通过压力的调节来改变得到的微气泡尺度作用不大了。
加压溶气法，其实质是在一定的压力下，将空气溶入水中， 并使其达到指定压力下的饱和值，然后将饱和液突然降压，这时由于溶解度降低，溶解在水中的空气即以非常细小的气泡释放出来。
在液固分离中，数量众多的微气泡裹胁着污水中的悬浮状颗粒，使这些夹带了无数细微气泡的颗粒的比重因小于水而上浮，从而产生分离作用。
在液液分离中，由于微气泡的存在，根据开尔文定理，微气泡内的压力和温度都要高于水体的压力和温度。这样导致液液中易挥发组分的蒸汽分压的变化而蒸发，使易挥发组分分离出来。
1．2 实验装置
实验装置如图1所示，主要有气泡台、氨水分离台和溶液分离台。
在该装置中，气体经过气泡发生装置产生气泡。然后通过射流装置和喷嘴射入水中。实验中，通过调节阀门，将喷嘴前压力从0．5 MPa调节到0.7MPa。每30 min取样一次，样品通过酸碱滴定的方法检测水样中的污染物含量，且观测污水的外观变化情况。
2 实验结果与讨论
经观察发现，随着压力上升，所产生的气泡半径随之减小。在表压低于0-3MPa时，装置中气泡较大，数量较少，液体透明度良好：表压在0.3MPa至0.5MPa时，气泡变小，气泡数量开始增多，液体的透明度降低；当表压高于0.5MPa时，含气泡液体变成乳浊液。
从图2中可以看到，微气泡在处理水样过程中，随着时间的进行，COD(化学需氧量)值基本上成线性变化，不过在末期时速率变化减慢。这可能是因为水样中，氨含量的不断减少，气泡内外的传质阻力增大，传质效果减弱 ]。从0.5MPa、0.6MPa、0.7 MPa三个压力下COD值的变化情况可以看出，压力越高，COD值变化越快，即除污效果越好。这是因为压力越高，气泡越小，则在污水中停留时间比较长，这样传质时间长，除污效果就比较好。
从图3可以看到，在未通臭氧的情况下(开始到2．5 h时)，微气泡处理的水样COD值基本上没有什么明显的波动(除去由于测量等原因引起的误差点)，这时微气泡并不能有效除污；而2．5 h后通入臭氧，曲线则开始发生变化，有明显的下降趋势。这是由于臭氧在水中产生了氧化能力极强的原子氧和OH，它们能与废水中的有机物迅速反应，从而降低溶液中的COD数值。单位时间内产生的活性粒种(原子氧和OH)越多，在碱性溶液中活性粒种对有机物的降解作用越强。比较两个压力下的微气泡处理效果，可以看到压力升高时，水样的COD值降低得更快，即除污效果更加明显。
当对铜酞青类污染物水样进行实验时，原先浑浊不清的水体，经过超微气泡20min的处理，逐渐变清。滴定法测试表明，其COD值已经降到400ppm左右。综上所述，在除氨污水实验中，压力越高，其污水的COD值下降越快，被除去的氨气也就越多。而在含邻苯二甲酸水样的实验中，压力变化对去除邻苯 甲酸的影响不是很明显，可见邻苯二甲酸是很难除去的一种污染环境的物质，后期通入臭氧后，由于微气泡的作用，也可以降低邻苯_二甲酸含量。
3 结论
由于在实验中采用的是滴定检测的方式，难免会产生一定的误差，但是从定性的角度还是可以看出瓜力升高对于微气泡除污有一定积极作用。
(1)用超微气泡法，可大幅度减少臭氧的消耗量， 以达到节约能源的目的。
(2)用臭氧法改进的湿式氧化法对于氨水有明显去除效果。
(3)用超微气泡法改进的湿式氧化法对邻苯二甲酸的去除效果不理想，而用臭氧法改进的湿式氧化法对邻苯一 甲酸有明显的去除效果。
(4)适当的增加处理时间可以改进去除率，但去除率有一个平衡数值。
(5)泵压对氨去除有较明显的效果，对邻苯二甲酸的效果很小。
