常用的污水處理技術氣浮法

水木清環保【15653632199】

氣浮是一種歷史悠久的高效固液分離技術,主要用于去除密度與水相近、無法自然沉降又難于自然上浮的懸浮雜質，具有分離效率高、設備簡單等優點，在水處理領域應用廣泛。

一、什么是氣浮？

1.氣浮原理

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、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。

2.氣浮的應用

造紙廠紙機白水回收及中段廢水纖維回收及黑液中木質素的回收。

機械工業，石油工業中的乳化液、含油廢水的固液分離。

汽車工業或其它工業的油漆處理及印染廢水處理。

屠宰及食品工業等的前處理工序。

難以生物降解有機物的加藥反應固液分離處理。

重金屬離子、電鍍廢水的化學處理固液分離工藝。　

城市自來水、飲用水處理工程。

污水處理工藝中剩余污泥的固液分離及濃縮工藝。　　

二、氣浮的影響因素

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。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小；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出水的要求確定。

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系。氣浮運行的好壞和此有根本的關聯。在實際應用中質須調整水質。

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，泡內所受附加壓強越大，泡內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，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。

表面活性劑和混凝劑在氣浮分離中的作用和影響

1.表面活性物質影響

如水中缺少表面活性物質時，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定。所謂起泡劑，大多數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，增強了泡沫穩定性，因而多數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，這時盡管起泡現象強烈，泡沫形成穩定；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.混凝劑投加產生的帶電絮粒

對含有細分散親水性顆粒雜質（例如紙漿、煤泥等）的工業廢水，采用氣浮法處理時，除應用前述的投加電解質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為疏水性，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即轉變為疏水性，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、氣浮的分類

氣浮凈水上藝已開發出多種形式。按其產生氣泡方式可分為：布氣法氣浮（包括轉子碎氣法、微孔布氣法，葉輪散氣浮選法等）; 溶解空氣氣浮（包括真空氣浮法，壓力氣浮法的全溶氣式、部分溶氣式及部分回流溶氣式）；電解氣浮法；生化氣浮法（包括生物產氣浮法，化學產氣氣浮）。

1.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，吸入的空氣量不宜過多， 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，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，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、開發的彈性膜微孔曝氣器，克服了擴散裝置微孔易堵或孔徑大等缺點，用微孔彈性材料制成的微孔盤起到擴張、關閉作用。

4.葉輪氣浮

葉輪在電機的驅動下高速旋轉，在蓋板下形成負壓吸入空氣，廢水由蓋板上的小孔進入， 在葉輪的攪動下，空氣被粉碎成細小的氣泡，并與水充分混合成水氣混合體經整流板穩流后，在池體內平穩地垂直上升，進行氣浮。形成的泡沫不斷地被緩慢轉動的刮板刮出槽外。

葉輪直徑一般多為200~400mm，最大不超過600~700mm。葉輪的轉速多采用900～1500r／min，圓周線速度則為10～15m/s。氣浮池充水深度與吸氣量有關一般為1.5～2.0m但不超過3m。葉輪與導向葉片間的間距也能夠影響吸氣量的大小，實踐證明，此間距超過8mm將使進氣量大大降低。

這種氣浮設備適用于處理水量小，而污染物質濃度高的廢水。除油效果一般可達80％左右，布氣氣浮的優點是設備簡單，易于實現。但其主要的缺點是空氣被粉碎的不夠充分，形成的氣泡粒度較大，一般都不小于0.1mm。這樣，在供氣量一定的條件下，氣泡的表面積小，而且由于氣泡直徑大，運動速度快，氣泡與被去除污染物質的接觸時間短，這些因素都使布氣浮達不到高效的去除效果。

2.溶氣氣浮

根據廢水中所含懸浮物的種類、性質、處理水凈化程度和加壓方式的不同，基本流程有以下三種。

1.全流程溶氣氣浮法

全流程溶氣氣浮法是將全部廢水用水泵加壓，在泵前或泵后注入空氣。在溶氣罐內，空氣溶解于廢水中，然后通過減壓閥將廢水送人氣浮池。廢水中形成許多小氣泡粘附廢水中的乳化油或懸浮物而逸出水面，在水面上形成浮渣。用刮板將浮渣連排入浮渣槽,經浮渣管排出池外,處理后的廢水通過溢流堰和出水管排出。

全流程溶氣氣浮法的優點：①溶氣量大，增加了油粒或懸浮顆粒與氣泡的接觸機會；②在處理水量相同的條件下，它較部分回流溶氣氣浮法所需的氣浮池小，從而減少了基建投資。但由于全部廢水經過壓力泵，所以增加了含油廢水的乳化程度，而且所需的壓力泵和溶氣罐均較其他兩種流程大，因此投資和運轉動力消耗較大。

2.部分溶氣氣浮法

部分溶氣氣浮法是取部分廢水加壓和溶氣，其余廢水直接進入氣浮池并在氣浮池中與溶氣廢水混合。其特點為：①較全流程溶氣氣浮法所需的壓力泵小，故動力消耗低；②壓力泵所造成的乳化油量較全流程溶氣氣浮法低：③氣浮池的大小與全流程溶氣氣浮法相同，但較部分回流溶氣氣浮法小。

3.部分回流溶氣氣浮法

部分回流溶氣氣浮法是取一部分除油后出水回流進行加壓和溶氣，減壓后直接進入氣浮池，與來自絮凝池的含油廢水混合和氣浮。回流量一般為含油廢水的25％～100％。其特點為：①加壓的水量少，動力消耗省；②氣浮過程中不促進乳化；③礬花形成好，出水中絮凝也少；④氣浮池的容積較前兩種流程大。為了提高氣浮的處理效果，往往向廢水中加入混凝劑或氣浮劑，投加量因水質不同而異，一般由試驗確定。

4.加壓溶氣氣浮法的主要設備

壓力溶氣氣浮法工藝主要由三部分組成，即壓力溶氣系統、溶氣釋放系統及氣浮分離系統。

（A）壓力溶氣系統。它包括水泵、空壓機、壓力溶氣罐及其它附屬設備。其中壓力溶氣罐是影響溶氣效果的關鍵設備。

采用空壓機供氣方式的溶氣系統是目前應用最廣泛的壓力溶氣系統。氣浮法所需空氣量較少，可選用功率小的空壓機，并采取間歇運行方式。此外空壓機供氣還可以保證水泵的壓力不致有大的損朱。一般水泵至溶氣罐的壓力約0.5MPa，因此可以節省能耗。

（B）溶氣釋放系統。它一般是由釋放器（或穿孔管、減壓閥）及溶氣水管路所組成。溶氣釋放器的功能是將壓力溶氣水通過消能、減壓，使溶入水中的氣體以微氣泡的形式釋放出來，并能迅速而均勻地與水中雜質相粘附。

對溶氣釋放器的具體要求是：

充分地減壓消能，保證溶人水中的氣體能充分地全部釋放出來；

消能要符合氣體釋出的規律，保證氣泡的微細度，增加氣泡的個數，增大與雜質粘附的表面積，防止微氣泡之間的相互碰撞而使氣泡擴大；

 創造釋氣水與待處理水中絮凝體良好的粘附條件，避免水流沖擊，確保氣泡能迅速均勻地與待處理水混合，提高"捕捉"機率；

為了迅速地消能，必須縮小水流通道，故必須要有防止水流通道堵塞的措施；

構造力求簡單，材質要堅固、耐腐蝕，同時要便于加工、制造與拆裝，盡量減少可動部件，確保運行穩定、可靠；

溶氣釋放器的主要工藝參數為：釋放器前管道流速：1m/s以下，釋放器的出口流速以0.4～０.5m／s為宜；沖洗時狹窄縫隙的張開度為5mm；每個釋放器的作用范圍30~100cm。

（C）氣浮分離系統。它一般可分為三種類型即平流式、豎流式及綜合式。其功能是確保一定的容積與池的表面積，使微氣泡群與水中絮凝體充分混合、接觸、粘附，以保證帶氣絮凝體與清水分離。

評價溶氣系統的技術性能指標主要有兩個即溶氣效率和單位能耗。到目前為止雙膜理論解釋氣體傳質于液體還是比較接近于實際的。根據雙膜理論，對于難溶氣體決定傳質過程的主要阻力來自液膜，而氣膜中的傳質阻力與之相比，可以忽略而不計。即要強化溶氣過程，除應有足夠的傳質推動力外，關鍵在于擴大液相界面或減薄液膜厚度。但實際上在紊流劇烈的自由界面上是難以存在穩定的層流膜。因此便出現了隨機表面更新理論，這種理論增加了表面更新速率，即在考慮氣液接觸界面傳質時，引入了氣相、液相在單位時間內因渦流擴散而流入氣、液更新界面的傳質因素，從而使理論和實際更為接近。

3.電解氣浮

電解氣浮法對廢水進行電解，這時在陰極產生大量的氫氣泡，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。

電解氣浮法的優點是：能產生大量小氣泡；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，因而發展很快。

4.生物、化學氣浮工藝

生物氣浮法：該法利用微生物的作用產生氣體，與水中的懸浮絮體充分接觸，使水中懸浮絮體粘附在微氣泡上，隨氣泡一起浮到水面，形成浮渣并刮去浮渣，從而凈化水質。

化學氣浮：利用某些化含物在廢水中產生氣體的反應原理進行的，反應生成的氣體在釋放過程中形成微小氣泡，吸附在固體顆粒表面，使固體順粒向浪面浮大，從而使固液分離。化學氣浮法作選礦、醫藥和廢水處理工程中都用應用。在國內的油田污水的處理中化學氣浮法使用幾乎沒有，本課題就是要優選化學氣浮法的條件和藥劑體系，對油田水處理的方法進行改進，以求達到比較理想的效果。