氣浮工藝技術(shù)匯總

氣浮工藝技術(shù)匯總（一）基本概念

氣浮處理法就是向廢水中通人空氣，并以微小氣泡形式從水中析出成為載體，使廢水中的乳化油、微小懸浮顆粒等污染物質(zhì)粘附在氣泡上，隨氣泡一起上浮到水面，形成泡沫一氣、水、顆粒（油）三相混合體，通過(guò)收集泡沫或浮渣達(dá)到分離雜質(zhì)、凈化廢水的目的。浮選法主要用來(lái)處理廢水中靠自然沉降或上浮難以去除的乳化油或相對(duì)密度接近于1的微小懸浮顆粒。

（二）氣浮的基本原理

1、帶氣絮粒的上浮和氣浮表面負(fù)荷的關(guān)系

粘附氣泡的絮粒在水中上浮時(shí)，在宏觀上將受到重力G浮力F等外力的影響。帶氣絮粒上浮時(shí)的速度由牛頓第二定律可導(dǎo)出，上浮速度取決于水和帶氣絮粒的密度差，帶氣絮粒的直徑（或特征直徑）以及水的溫度、流態(tài)。如果帶帶氣絮粒中氣泡所占比例越大則帶氣絮粒的密度就越??；而其特征直徑則相應(yīng)增大，兩者的這種變化可使上浮速度大大提高。

然而實(shí)際水流中；帶氣絮粒大小不一，而引起的阻力也不斷變化，同時(shí)在氣浮中外力還發(fā)生變化，從而氣泡形成體和上浮速度也在不斷變化。具體上浮速度可按照實(shí)驗(yàn)測(cè)定。根據(jù)測(cè)定的上浮速度值可以確定氣浮的表面負(fù)荷。而上浮速度的確定須根據(jù)出水的要求確定。

2、水中絮粒向氣泡粘附

如前所述，氣浮處理法對(duì)水中污染物的主要分離對(duì)象，大體有兩種類型即混凝反應(yīng)的絮凝體和顆粒單體。氣浮過(guò)程中氣泡對(duì)混凝絮體和顆粒單體的結(jié)合可以有三種方式，即氣泡頂托，氣泡裹攜和氣粒吸附。顯然，它們之間的裹攜和粘附力的強(qiáng)弱，即氣、粒（包括絮廢體）結(jié)合的牢固程度與否，不僅與顆粒、絮凝體的形狀有關(guān)，更重要的受水、氣、粒三相界面性質(zhì)的影響。水中活性劑的含量，水中的硬度，懸浮物的濃度，都和氣泡的粘浮強(qiáng)度有著密切的聯(lián)系。氣浮運(yùn)行的好壞和此有根本的關(guān)聯(lián)。在實(shí)際應(yīng)用中質(zhì)須調(diào)整水質(zhì)。

3.水中氣泡的形成及其特性

形成氣泡的大小和強(qiáng)度取決于空氣釋放時(shí)各種用途條件和水的表面張力大小。（表面張力是大小相等方向相反，分別作用在表面層相互接觸部分的一對(duì)力，它的作用方向總是與液面相切。）

（1）氣泡半徑越小，泡內(nèi)所受附加壓強(qiáng)越大，泡內(nèi)空氣分子對(duì)氣泡膜的碰撞機(jī)率也越多、越劇烈。因此要獲得穩(wěn)定的微細(xì)泡，氣泡膜強(qiáng)度要保證。

（2）氣泡小，浮速快，對(duì)水體的擾動(dòng)小，不會(huì)撞碎絮粒。并且可增大氣泡和絮粒碰撞機(jī)率。但并非氣泡越細(xì)越好，氣泡過(guò)細(xì)影響上浮速度，因而氣浮池的大小和工程造價(jià)。此外投加一定量的表面活性劑，可有效降低水的表面張力系數(shù)，加強(qiáng)氣泡膜牢度，r也變小。

（3）向水中投加高溶解性無(wú)機(jī)鹽，可使氣泡膜牢度削弱，而使氣泡容易破裂或并大。4、表面活性劑和混凝劑在氣浮分離中的作用和影響

（1）表面活性物質(zhì)影響

如水中缺少表面活性物質(zhì)時(shí)，小氣泡總有突破泡壁與大泡并合的趨勢(shì)，從而破壞氣浮體穩(wěn)定。此時(shí)就需要向水中投加起泡劑，以保證氣浮操作中氣泡的穩(wěn)定。所謂起泡劑，大多數(shù)是由極性一非極性分子組成的表面活性劑，表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)符號(hào)一般用0表示，圓頭端表示極性基，易溶于水，伸向水中（因?yàn)樗菑?qiáng)極性分子）；尾端表示非極性基，為疏水基，伸人氣泡。由于同號(hào)電荷的相斥作用，從而防止氣泡的兼并和破滅，增強(qiáng)了泡沫穩(wěn)定性，因而多數(shù)表面活性劑也是起泡劑。

對(duì)有機(jī)污染物含量不多的廢水進(jìn)行氣浮法處理時(shí)，氣泡的分散度和泡沫的穩(wěn)定性可能時(shí)是必須的（例如飲用水的氣浮過(guò)濾）。但是當(dāng)其濃度超過(guò)一定限度后由于表面活性物質(zhì)增多，使水的表面張力減小，水中污染粒子嚴(yán)重乳化，表面電位增高，此時(shí)水中含有與污染粒子相同荷電性的表面活性物的作用則轉(zhuǎn)向反面，這時(shí)盡管起泡現(xiàn)象強(qiáng)烈，泡沫形成穩(wěn)定；但氣一粒粘附不好，氣浮效果變低。因此，如何掌握好水中表面活性物質(zhì)的最佳含量，便成為氣浮處理需要探討的重要課題之一。

（2）混凝劑投加產(chǎn)生的帶電絮粒

對(duì)含有細(xì)分散親水性顆粒雜質(zhì)（例如紙漿、煤泥等）的工業(yè)廢水，采用氣浮法處理時(shí)，除應(yīng)用前述的投加電解質(zhì)混凝劑進(jìn)行表面電中和方法外，還可向水中投加（或水中存在）浮選劑，也可使顆粒的親水性表面改變?yōu)槭杷裕⒛軌蚺c氣泡粘附。當(dāng)浮選劑（亦屬二親分子組成的表面活性物）的極性端被吸附在親水性顆粒表面后，其非極性端則朝向水中，這樣具有親水性表面的物質(zhì)即轉(zhuǎn)變?yōu)槭杷裕瑥亩軌蚺c氣泡粘附，并隨其上浮到水面。

浮選劑的種類很多，使用時(shí)能否起作用，首先在于它的極性端能否附著在親水性污染物質(zhì)表面，而其與氣泡結(jié)合力的強(qiáng)弱，則又取決于其非極性端鏈的長(zhǎng)短。

如分離洗煤廢水中煤粉時(shí)所采用的浮選劑為脫酚輕油、中油、柴油、煤油或松油等

（三）、氣浮工藝的形式

氣浮凈水上藝已開(kāi)發(fā)出多種形式。按其產(chǎn)生氣泡方式可分為：布?xì)夥飧。òㄞD(zhuǎn)子碎氣法、微孔布?xì)夥?，葉輪散氣浮選法等）電解氣浮法；生化氣浮法（包括生物產(chǎn)氣浮法，化學(xué)產(chǎn)氣氣?。蝗芙饪諝鈿飧。òㄕ婵諝飧》ǎ瑝毫飧》ǖ娜軞馐?、部分溶氣式及部分回流溶氣式）。

（一）布?xì)鈿飧?/p>

布?xì)鈿飧∈抢脵C(jī)械剪切力，將混合于水中的空氣碎成細(xì)小的氣泡，以進(jìn)行氣浮的方法。按粉碎氣泡方法的不同，布?xì)鈿飧∮址譃椋核梦芪鼩飧　⑸淞鳉飧　U(kuò)散板曝氣浮選以及葉輪氣浮等四種。

1、水泵吸水管吸人空氣氣浮

這是最簡(jiǎn)單的一種氣浮方法。由于水泵工作特性的限制，吸人的空氣量不宜過(guò)多，一般不大于吸水量的10%（按體積計(jì)），否則將破壞水泵吸水管的負(fù)壓工作。另外，氣泡在水泵內(nèi)被破碎的不夠完全，粒度大，氣浮效果不好，這種方法用于處理通過(guò)除油池后的含油廢水，除油效率一般為50%~65%。

2、射流氣浮

采用以水帶氣射流器向廢水中混入空氣進(jìn)行氣浮的方法。射流器由噴嘴射出的高速水流使吸人室形成負(fù)壓，并從吸氣管吸人空氣，在水氣混合體進(jìn)入喉管段后進(jìn)行激烈的能量交換，空氣被粉碎成微小氣泡，然后直人擴(kuò)散段，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能，進(jìn)一步壓縮氣泡、增大了空氣在水中的溶解度，最終進(jìn)入氣浮池中進(jìn)行氣水分離。射流器各部位的尺寸及有關(guān)參數(shù)，一般都是通過(guò)試驗(yàn)來(lái)確定其最佳尺寸的。

3、擴(kuò)散板曝氣氣浮

這種布?xì)飧”容^傳統(tǒng)，壓縮空氣通過(guò)具有微細(xì)孔隙的擴(kuò)散板或擴(kuò)散管，使空氣以細(xì)小氣泡的形式進(jìn)入水中，但由于擴(kuò)散裝置的微孔過(guò)小易于堵塞。若微孔板孔徑過(guò)大，必須投加表面活性劑，方可形成可利用的微小氣泡，從而導(dǎo)致該種方法使用受到限制。但近年研制、開(kāi)發(fā)的彈性膜微孔曝氣器，克服了擴(kuò)散裝置微孔易下。它可用擴(kuò)大底部出流面積或提高出水的均勻度實(shí)現(xiàn)，隨著底部的均勻集流、出流，水流到池未端U平約為零，這有利于上浮力較小的帶氣絮凝體的分離；如要提前實(shí)現(xiàn)上浮去除，應(yīng)盡量降低u平，這可用擴(kuò)大氣浮池橫斷面的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。接著要處理好絮凝體的大小，通過(guò)加藥混合，和絮凝反應(yīng)來(lái)完成，應(yīng)注意控制以下幾個(gè)點(diǎn)，藥劑的品種，投藥量，藥劑和污水的混合時(shí)間和混合強(qiáng)度，藥劑的投加點(diǎn)，藥劑和污水的反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)強(qiáng)度，產(chǎn)生的絮凝體的大小。另外還要控制溶氣系統(tǒng)中氣泡的大小。

豎流式氣浮池分離區(qū)中顆粒的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與平流式相似。但其水平向分速要小得多、而且隨徑向距離的增加，斷面迅速擴(kuò)展，u平迅速變小。特別是豎流式的流速方向改政變不大，絮凝體主要受到向上水流推動(dòng)力的慣性作用，顆粒的向上分速增大，使得帶氣絮凝體與水體的分離條件比平流式要優(yōu)越得多。不過(guò)究竟采用什么形式還需要對(duì)各方面的條件進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)后才能確定。（六）電解氣浮氣浮工藝流程

電解氣浮法對(duì)廢水進(jìn)行電解，這時(shí)在陰極產(chǎn)生大量的氫氣泡，氫氣泡的直徑很小，僅有20～100微米，它們起著氣浮劑的作用。廢水中的懸浮顆粒粘附在氫氣泡上，隨其上浮，從而達(dá)到了凈化廢水的目的。與此同時(shí)，在陽(yáng)極上電離形成的氫氧化物起著混凝劑的作用，有助于廢水中的污泥物上浮或下沉。

電解氣浮法的優(yōu)點(diǎn)是：能產(chǎn)生大量小氣泡；在利用可溶性陽(yáng)極時(shí)，氣浮過(guò)程和混凝過(guò)程結(jié)合進(jìn)行；裝置構(gòu)造簡(jiǎn)單，是一種新的廢水凈化方法。

這是最近幾年在水處理領(lǐng)域才出現(xiàn)的二種工藝，由于這種方法具有設(shè)備簡(jiǎn)單；管理方便；運(yùn)行條件易于控制、裝置緊湊、效果良好，因而發(fā)展很快。

（七）溶氣浮法的設(shè)計(jì)與計(jì)算

(A)設(shè)計(jì)要點(diǎn)及注意事項(xiàng)

（1）要充分研究探討待處理水的水質(zhì)情況，分析采用氣浮工藝的合理性和適用性；

（2）在有條件的情況下，對(duì)需處理的廢水應(yīng)進(jìn)行必要的氣浮小型試驗(yàn)或模型試驗(yàn)。并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果選擇適當(dāng)?shù)娜軞鈮毫盎亓鞅龋ㄖ溉軞馑颗c待處理水量的比值）。通常溶氣壓力采用0.2~0.4MPa，回流比取5％~100%一之間，回流比的確定需和懸浮物的濃度聯(lián)系起來(lái)。濃度高回流比大，濃度小回流比小。

（3）根據(jù)試驗(yàn)時(shí)選定的混凝劑種類、投加量、絮凝時(shí)間、反應(yīng)程度等，確定反應(yīng)形式及反應(yīng)時(shí)間，一般沉淀反應(yīng)時(shí)間較短，以2一30分鐘為宜；

（4）確定氣浮池的池型，應(yīng)根據(jù)對(duì)處理水質(zhì)的要求、凈水工藝與前后處理構(gòu)筑物的銜接、周圍地形和構(gòu)筑物的協(xié)調(diào)、施工難易程度及造價(jià)等因素綜合地加以考慮。反應(yīng)池宜與氣浮池合建。為避免打碎絮體，應(yīng)注意構(gòu)筑物的銜接形式。進(jìn)人氣浮池接觸室的流速宜控制在0.1m／s以內(nèi)；

（5）接觸室必須對(duì)氣泡與絮凝體提供良好的接觸條件，同時(shí)寬度應(yīng)考慮安裝和檢修的要求。水流上升流速一般取10~20mm／s：，水流在室內(nèi)的停留時(shí)間不宜小于60秒。

（6）接觸室內(nèi)的溶氣釋放器，需根據(jù)確定的回流量，溶氣壓力及各種型號(hào)釋放器的作用范圍按下表來(lái)選定:

(7)氣浮分離室需根據(jù)帶氣絮體上浮分離的難易程度和水質(zhì)的處理要求而定。選擇水流（向下）的流速，一般取1.5~3.0mm／s，即分離室的表面負(fù)荷率取5.4~10.8m3/(m2.h)；

（8）氣浮池的有效水深一般取2.0~2.5m，池中水流停留時(shí)間一般為10~20min；（９）氣浮池的長(zhǎng)寬比無(wú)嚴(yán)格要求；一般以單格寬度不超過(guò)10m，池長(zhǎng)不超過(guò)15m為宜；

（10）氣浮池的排渣一般采用刮渣機(jī)定期排除。集渣槽可設(shè)置在池的一端或兩端.;刮渣機(jī)的行車速度宜控制在5m／min以內(nèi)；

（11）氣浮池集水應(yīng)力求均勻，一般采用穿孔集水管，集水管的最大流速宜控制在0.5m／s左右；

(B)設(shè)計(jì)程序

1、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室或現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

由于廢水種類繁多，即使是同類型的廢水，其水質(zhì)變化也很大。通常的設(shè)計(jì)參數(shù)也只是經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)值。因此可靠的辦法最好采用實(shí)驗(yàn)室或現(xiàn)場(chǎng)小型試驗(yàn)取得的結(jié)果作為設(shè)計(jì)依據(jù)。

2、確定設(shè)計(jì)方案在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)查勘及綜合分析各種資料的基礎(chǔ)上，確定主體設(shè)計(jì)方案。

（1）溶氣方式采用全溶氣式還是部分回流式；

（2）氣浮池池型選用平流式還是豎流式，取圓形、方形還是矩形；

（3）在氣浮前或后是否需要用預(yù)處理或后續(xù)處理構(gòu)筑物，其形式怎樣，如何銜接？

（4）浮渣處理與處置途徑；

（5）工藝流程及平面布置的初步確定及合理性分析。

3、設(shè)計(jì)計(jì)算（不包括一般處理構(gòu)筑物的常規(guī)計(jì)算）

4提供廢水性質(zhì)，詳細(xì)的表格參見(jiàn)后面的附表。（八）溶氣浮法的主要設(shè)備的設(shè)計(jì)

（一）溶氣釋放器

(1)釋氣完全，在0.15MPa以上能釋放溶氣量的99%左右;

(2)能在較低壓力下工作，在0.2MPa以上時(shí)能取得良好的凈水效果，節(jié)約電耗：

(3)釋出的氣泡微細(xì)，氣泡平均直徑為20-40微米，氣泡密集，附著性能良好。

(二)壓力溶氣罐

溶氣效率達(dá)80%以上

（四）技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

由于凈水工藝中沉淀法沿用了多年，人們選用氣浮法自然地要與沉淀法比較。其實(shí)，兩種方法各具特點(diǎn)，對(duì)于輕飄易浮的雜質(zhì)宜采用溶氣氣浮法，；對(duì)于密實(shí)沉重的雜質(zhì)宜采用沉淀法。通常通過(guò)投藥、混合反應(yīng)后形成的絮體，當(dāng)上浮速度快于沉淀時(shí)，則選用氣浮法為好。因?yàn)闅飧》ㄕ嫉孛娣e?。▋H為沉淀法的1／8一１／２），池容積也?。▋H為沉淀法的１／８－１／４），處理后出水水質(zhì)好，不僅濁度及ＳＳ低而且溶解氧高，排出的浮渣含水率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于沉淀法排出的污泥。一般污泥體積比為1／１０－１／2，這給污泥的進(jìn)一步處理和處置既帶來(lái)了較大方便，又節(jié)約了費(fèi)用。

有些廢水同時(shí)含可沉、可浮的雜質(zhì)，單獨(dú)使用氣浮或沉淀效果都不理想。此時(shí)可將沉淀與氣浮結(jié)合，發(fā)揮各自優(yōu)點(diǎn)，不僅會(huì)提高處理效果，而且也節(jié)省投資和運(yùn)行費(fèi)用。

生產(chǎn)實(shí)踐表明，氣浮池不僅在除色、去濁上優(yōu)于沉淀池，而且在降低污染水的COD、木質(zhì)素以及提取氧等方面都顯出極其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，其造價(jià)也比平流沉淀池、斜管沉淀池、水力或機(jī)械加速澄清池低，其運(yùn)行費(fèi)用也略低。

盡管氣浮法凈水因其獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)而日露鋒芒，但要充分發(fā)揮其特點(diǎn)，目前還應(yīng)重點(diǎn)在以下應(yīng)三個(gè)方面進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)。

1．氣泡進(jìn)一步微細(xì)化。

眾所周知，在相等的釋氣量條件下，所產(chǎn)生的微氣泡越細(xì)，則氣泡個(gè)數(shù)越多越密集，粘附的絮粒也越小，凈水效果也就越好，而且形成的浮渣也越穩(wěn)定。因此。研究氣泡平均直徑更小的溶氣釋放器是當(dāng)前提高氣浮凈水技術(shù)的一個(gè)途徑。它不僅能提高現(xiàn)有凈水對(duì)象的去除效果，而且還能開(kāi)拓氣浮法凈水的應(yīng)用范圍。

2．直接切割氣體制造微氣泡

壓力溶氣氣浮法凈水存在兩個(gè)問(wèn)題：第一是壓力溶氣相對(duì)能耗較大；第二是溶氣水量的加入增大了氣浮池內(nèi)的水力負(fù)荷，給分離帶來(lái)困難。解決這兩個(gè)問(wèn)題的理想辦法是研制直接產(chǎn)生微氣泡的布?xì)庋b置，通過(guò)該裝置將氣體切割成穩(wěn)定、微細(xì)、密集的微氣泡群，從而極大限度地降低能耗，而且不會(huì)增加氣浮池容積。盡管直接布?xì)夥y度很大，但它是最有吸引力的研究方向。

3．固、液分離技術(shù)。

為了提高固、液分離技術(shù)，充分發(fā)揮氣浮凈水的優(yōu)勢(shì)，除上述氣泡進(jìn)一步微細(xì)化與采用直接布?xì)夥ㄍ?，改善固、液分離效果也是一個(gè)重