氣浮工藝技術匯總

氣浮工藝技術匯總（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，通過收集泡沫或浮渣達到分離雜質(zhì)、凈化廢水的目的。浮選法主要用來處理廢水中靠自然沉降或上浮難以去除的乳化油或相對密度接近于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荷的關系

粘附氣泡的絮粒在水中上浮時，在宏觀上將受到重力G浮力F等外力的影響。帶氣絮粒上浮時的速度由牛頓第二定律可導出，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增大，兩者的這種變化可使上浮速度大大提高。

然而實際水流中；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驗測定。根據(jù)測定的上浮速度值可以確定氣浮的表面負荷。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，氣浮處理法對水中污染物的主要分離對象，大體有兩種類型即混凝反應的絮凝體和顆粒單體。氣浮過程中氣泡對混凝絮體和顆粒單體的結合可以有三種方式，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弱，即氣、粒（包括絮廢體）結合的牢固程度與否，不僅與顆粒、絮凝體的形狀有關，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，都和氣泡的粘浮強度有著密切的聯(lián)系。氣浮運行的好壞和此有根本的關聯(lián)。在實際應用中質(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度取決于空氣釋放時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)所受附加壓強越大，泡內(nèi)空氣分子對氣泡膜的碰撞機率也越多、越劇烈。因此要獲得穩(wěn)定的微細泡，氣泡膜強度要保證。

（2）氣泡小，浮速快，對水體的擾動小，不會撞碎絮粒。并且可增大氣泡和絮粒碰撞機率。但并非氣泡越細越好，氣泡過細影響上浮速度，因而氣浮池的大小和工程造價。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)，加強氣泡膜牢度，r也變小。

（3）向水中投加高溶解性無機鹽，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，小氣泡總有突破泡壁與大泡并合的趨勢，從而破壞氣浮體穩(wěn)定。此時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構符號一般用0表示，圓頭端表示極性基，易溶于水，伸向水中（因為水是強極性分子）；尾端表示非極性基，為疏水基，伸人氣泡。由于同號電荷的相斥作用，從而防止氣泡的兼并和破滅，增強了泡沫穩(wěn)定性，因而多數(shù)表面活性劑也是起泡劑。

對有機污染物含量不多的廢水進行氣浮法處理時，氣泡的分散度和泡沫的穩(wěn)定性可能時是必須的（例如飲用水的氣浮過濾）。但是當其濃度超過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，水中污染粒子嚴重乳化，表面電位增高，此時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向反面，這時盡管起泡現(xiàn)象強烈，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

對含有細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，除應用前述的投加電解質(zhì)混凝劑進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?，并能夠與氣泡粘附。當浮選劑（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)即轉變?yōu)槭杷?，從而能夠與氣泡粘附，并隨其上浮到水面。

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

如分離洗煤廢水中煤粉時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

氣浮凈水上藝已開發(fā)出多種形式。按其產(chǎn)生氣泡方式可分為：布氣法氣?。òㄞD子碎氣法、微孔布氣法，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，化學產(chǎn)氣氣?。?；溶解空氣氣?。òㄕ婵諝飧》?，壓力氣浮法的全溶氣式、部分溶氣式及部分回流溶氣式）。

（一）布氣氣浮

布氣氣浮是利用機械剪切力，將混合于水中的空氣碎成細小的氣泡，以進行氣浮的方法。按粉碎氣泡方法的不同，布氣氣浮又分為：水泵吸水管吸氣浮、射流氣浮、擴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多，一般不大于吸水量的10%（按體積計），否則將破壞水泵吸水管的負壓工作。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壓，并從吸氣管吸人空氣，在水氣混合體進入喉管段后進行激烈的能量交換，空氣被粉碎成微小氣泡，然后直人擴散段，動能轉化為勢能，進一步壓縮氣泡、增大了空氣在水中的溶解度，最終進入氣浮池中進行氣水分離。射流器各部位的尺寸及有關參數(shù)，一般都是通過試驗來確定其最佳尺寸的。

3、擴散板曝氣氣浮

這種布氣浮比較傳統(tǒng)，壓縮空氣通過具有微細孔隙的擴散板或擴散管，使空氣以細小氣泡的形式進入水中，但由于擴散裝置的微孔過小易于堵塞。若微孔板孔徑過大，必須投加表面活性劑，方可形成可利用的微小氣泡，從而導致該種方法使用受到限制。但近年研制、開發(fā)的彈性膜微孔曝氣器，克服了擴散裝置微孔易下。它可用擴大底部出流面積或提高出水的均勻度實現(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；如要提前實現(xiàn)上浮去除，應盡量降低u平，這可用擴大氣浮池橫斷面的方式來實現(xiàn)。接著要處理好絮凝體的大小，通過加藥混合，和絮凝反應來完成，應注意控制以下幾個點，藥劑的品種，投藥量，藥劑和污水的混合時間和混合強度，藥劑的投加點，藥劑和污水的反應時間和反應強度，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)中顆粒的運動狀態(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。不過究竟采用什么形式還需要對各方面的條件進行綜合評價后才能確定。（六）電解氣浮氣浮工藝流程

電解氣浮法對廢水進行電解，這時在陰極產(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，從而達到了凈化廢水的目的。與此同時，在陽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)點是：能產(chǎn)生大量小氣泡；在利用可溶性陽極時，氣浮過程和混凝過程結合進行；裝置構造簡單，是一種新的廢水凈化方法。

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

（七）溶氣浮法的設計與計算

(A)設計要點及注意事項

（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，對需處理的廢水應進行必要的氣浮小型試驗或模型試驗。并根據(jù)試驗結果選擇適當?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。濃度高回流比大，濃度小回流比小。

（3）根據(jù)試驗時選定的混凝劑種類、投加量、絮凝時間、反應程度等，確定反應形式及反應時間，一般沉淀反應時間較短，以2一30分鐘為宜；

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

（5）接觸室必須對氣泡與絮凝體提供良好的接觸條件，同時寬度應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釋放器的作用范圍按下表來選定:

(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，池中水流停留時間一般為10~20min；（９）氣浮池的長寬比無嚴格要求；一般以單格寬度不超過10m，池長不超過15m為宜；

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

（11）氣浮池集水應力求均勻，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)設計程序

1、進行實驗室或現(xiàn)場試驗

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。通常的設計參數(shù)也只是經(jīng)驗統(tǒng)計值。因此可靠的辦法最好采用實驗室或現(xiàn)場小型試驗取得的結果作為設計依據(jù)。

2、確定設計方案在進行現(xiàn)場查勘及綜合分析各種資料的基礎上，確定主體設計方案。

（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處理或后續(xù)處理構筑物，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、設計計算（不包括一般處理構筑物的常規(guī)計算）

4提供廢水性質(zhì)，詳細的表格參見后面的附表。（八）溶氣浮法的主要設備的設計

（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以上時能取得良好的凈水效果，節(jié)約電耗：

(3)釋出的氣泡微細，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80%以上

（四）技術經(jīng)濟分析

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，兩種方法各具特點，對于輕飄易浮的雜質(zhì)宜采用溶氣氣浮法，；對于密實沉重的雜質(zhì)宜采用沉淀法。通常通過投藥、混合反應后形成的絮體，當上浮速度快于沉淀時，則選用氣浮法為好。因為氣浮法占地面積?。▋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遠低于沉淀法排出的污泥。一般污泥體積比為1／１０－１／2，這給污泥的進一步處理和處置既帶來了較大方便，又節(jié)約了費用。

有些廢水同時含可沉、可浮的雜質(zhì)，單獨使用氣浮或沉淀效果都不理想。此時可將沉淀與氣浮結合，發(fā)揮各自優(yōu)點，不僅會提高處理效果，而且也節(jié)省投資和運行費用。

生產(chǎn)實踐表明，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特的優(yōu)點，其造價也比平流沉淀池、斜管沉淀池、水力或機械加速澄清池低，其運行費用也略低。

盡管氣浮法凈水因其獨特優(yōu)點而日露鋒芒，但要充分發(fā)揮其特點，目前還應重點在以下應三個方面進行研究開發(fā)。

1．氣泡進一步微細化。

眾所周知，在相等的釋氣量條件下，所產(chǎn)生的微氣泡越細，則氣泡個數(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前提高氣浮凈水技術的一個途徑。它不僅能提高現(xiàn)有凈水對象的去除效果，而且還能開拓氣浮法凈水的應用范圍。

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問題：第一是壓力溶氣相對能耗較大；第二是溶氣水量的加入增大了氣浮池內(nèi)的水力負荷，給分離帶來困難。解決這兩個問題的理想辦法是研制直接產(chǎn)生微氣泡的布氣裝置，通過該裝置將氣體切割成穩(wěn)定、微細、密集的微氣泡群，從而極大限度地降低能耗，而且不會增加氣浮池容積。盡管直接布氣法難度很大，但它是最有吸引力的研究方向。

3．固、液分離技術。

為了提高固、液分離技術，充分發(fā)揮氣浮凈水的優(yōu)勢，除上述氣泡進一步微細化與采用直接布氣法外，改善固、液分離效果也是一個重