幾種氣浮設(shè)備的應(yīng)用與比較

0 前言
　　氣浮設(shè)備是一類在水中通入或產(chǎn)生大量的微細(xì)氣泡，使空氣以高度分散的微小氣泡形式附著在懸浮物顆粒上，造成密度小于水的狀態(tài)，利用浮力原理使其浮在水面，從而實(shí)現(xiàn)固-液分離的水處理設(shè)備。氣浮方式可分為散氣氣浮、溶氣氣浮（包括真空氣浮法）與電解氣浮法。目前在給水、工業(yè)廢水和城市污水處理方面都有應(yīng)用。氣浮設(shè)備較其它固-液分離設(shè)備具有投資少、占地面極小、自動(dòng)化程度高、操作管理方便等特點(diǎn)。在實(shí)踐中應(yīng)根據(jù)廢水處理工藝、廢水的水質(zhì)水量等特點(diǎn)進(jìn)行有針對(duì)性的選擇與使用。以下結(jié)合多年來的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)幾種氣浮設(shè)備的應(yīng)用情況進(jìn)行介紹，供同行及用戶設(shè)計(jì)、改造、選型時(shí)參考。
1 電解氣浮設(shè)備
　　電解氣浮設(shè)備是用不容性陽極和陰極直接電解廢水。靠電解產(chǎn)生的氫和氧的微小氣泡將已絮凝的懸浮物載浮至水面。達(dá)到固-液分離的目的。電解法產(chǎn)生的氣泡尺寸遠(yuǎn)小于溶氣氣浮和散氣氣浮產(chǎn)生的氣泡尺寸，而且不產(chǎn)生紊流。該設(shè)備去除的污染物范圍廣，對(duì)有機(jī)物廢水除降低BOD外，還有氧化、脫色和**作用，對(duì)廢水負(fù)載變化的適應(yīng)性強(qiáng)，生成污泥量少，占地少，不產(chǎn)生噪聲。近年來發(fā)展很快。電解氣浮設(shè)備目前尚存在電解能耗及極板損耗較大，運(yùn)行費(fèi)用較高等問題，因此限制了該種設(shè)備的推廣使用。
2 散氣氣浮設(shè)備
　　散氣氣浮設(shè)備是靠高速旋轉(zhuǎn)葉輪的離心力所造成的真空負(fù)壓狀態(tài)將空氣吸入，成為微細(xì)的空氣泡而擴(kuò)散于水中。氣泡由池底向水面上升并粘附水中的懸浮物一起帶至水面。達(dá)到固-液分離的目的。形成的浮渣不斷地被緩慢旋轉(zhuǎn)的刮渣板刮出池外。水流的機(jī)械剪切力與擴(kuò)散板產(chǎn)生的氣泡較大（直徑達(dá)1mm左右），不易與細(xì)小顆粒和絮凝體相吸附，反而易將絮體打碎，因此，散氣氣浮不適用于處理含顆粒細(xì)小與絮體的廢水。散氣氣浮設(shè)備氣浮時(shí)間約為30nim,溶氣量達(dá)0.51m3/m3（氣/水）。旋轉(zhuǎn)葉輪周邊線速度約為12.5m/s。
　　該設(shè)備應(yīng)用范圍有油漆、制革、煉油、印染、化學(xué)、乳品加工、纖維生產(chǎn)、造紙、食品飲料、屠宰、紡織、機(jī)械加工、市政污水等小型污水處理工程。在部分行業(yè)中的運(yùn)行情況見表1。

表1　 散氣氣浮設(shè)備在部分行業(yè)中運(yùn)行的情況

廢水種類	廢水量m3/h	進(jìn)水（mg/L）				出水（mg/L）				去除率（%）
		BOD	COD	SS	油脂	BOD	COD	SS	油脂	BOD （COD）	SS	油脂
造紙廢水vigin	100		6325	4366			2875	＜100		（54.5）	97
乳品廢水	150		44400	6410	250		4800	334	55	（89.1）	94.7	78
肉類加工廢水	100	1440		3880	826	810		294	25	43.8	92.5	96.9
煉油廢水	100				50000				＜65		99.8
重工業(yè)洗滌廢水	25			5950	3995			77	28		98.7	99.3
雞肉加工廢水	50	510		395		120		36		76.5	90.8
食品加工廢水	163	540		10800	59000	232		318	608	57	97	99
魚肉加工廢水	58	2600		2500	765	1100		190	29	57.6	92.4	96.7
精煉脫鹽廢水	50			3320	350			11	6		99.6	98.3
造紙廢水kraft	150		9200	1760			5100	92		（44.5）	94.7

　　由表1數(shù)據(jù)分析，COD（BOD）經(jīng)處理后其去除率在43.38%-89.1%，SS的去處理在90%-99.8%，油脂的去除率在78%-99.3%。處理量在25-163m3/h。由此可見，這種氣浮設(shè)備處理廢水水量有限，但對(duì)不可溶性物質(zhì)及懸浮物的處理效果較為明顯。除油效果一般可達(dá)80%左右。處理廢水中的油脂、膠狀物和懸浮物的去除率在95%以上，加入合適的化學(xué)藥劑能使廢水中的COD和BOD去除率在60%以上。
3 溶氣真空氣浮設(shè)備
　　水中過飽和空氣在減壓時(shí)能以微細(xì)的氣泡形式釋放出來，從而使水中的雜質(zhì)顆粒被粘附而上浮。達(dá)到固-液分離的目的。如果先將空氣加壓使其溶于水形成空氣過飽和溶液，然后減至常壓使空氣析出，稱為加壓溶氣氣浮；如果將廢水在常壓下曝氣后在真空條件下誘使溶氣逸出，稱為真空式氣浮。
　　溶氣真空氣浮設(shè)備是使空氣在常壓或加壓下溶于水中，而在負(fù)壓下析出的氣浮設(shè)備。真空式氣浮設(shè)備優(yōu)點(diǎn)是氣泡的形成、它與顆粒的粘附以及氣泡和顆粒絮凝體的上浮都在穩(wěn)定的環(huán)境中進(jìn)行，絮凝體破壞的可能性小，整個(gè)氣浮過程所需要的能耗量小。其缺點(diǎn)是水中溶氣量有限，不適用于含濃度大于250-300mg/L懸浮物的廢水；另一缺點(diǎn)是要求有密封的容器，在容器內(nèi)還需要裝有刮渣機(jī)械，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此在工程實(shí)際中使用較少。該設(shè)備可能得到的空氣量因受到能夠達(dá)到的真空度（一般運(yùn)行真空度40kPa）的影響，析出的微細(xì)泡量很有限，且構(gòu)造復(fù)雜，運(yùn)行維修不方便，現(xiàn)已逐步淘汰。
4 加壓溶氣氣浮設(shè)備
　　加壓溶氣氣浮設(shè)備是將清水加壓至（3-4）×105Pa，同時(shí)加入空氣，使空氣溶解于水，然后驟然減至常壓，溶解于水的空氣以微小氣泡形式（氣泡直徑約為20-100μm左右），從水中析出，將水中的懸浮物顆粒載浮于水面。從而實(shí)現(xiàn)固-液分離。加壓溶氣氣浮設(shè)備是目前應(yīng)用范圍較為廣泛的一種氣浮設(shè)備。該設(shè)備可以廣泛適用于各類廢水處理（尤其是含油廢水處理）、污泥濃縮及給水處理。
　　加壓溶氣氣浮設(shè)備主要有空氣飽和設(shè)備、空氣釋放及與廢水相混合的設(shè)備、固-液或液-液分離設(shè)備三部分組成。根據(jù)原水中所含懸浮物的種類、性質(zhì)、處理效率，可分為全部加壓溶氣氣浮、部分加壓溶氣氣浮和回流加壓溶氣氣浮三種。
　　目前加壓力溶氣氣浮法應(yīng)用*廣。與其它氣浮設(shè)備相比，具有以下特點(diǎn)：
　　⑴在加壓條件下，空氣溶解度大，供氣浮用的氣泡數(shù)量多，能夠確保氣浮效果；
　　⑵溶入的氣體經(jīng)驟然減壓釋放，產(chǎn)生的氣泡不僅微細(xì)、粒度均勻、密集度大，而且上浮穩(wěn)定，對(duì)液體擾動(dòng)小，因此特別適用于對(duì)疏松絮凝體、細(xì)小顆粒的固液分離；
　　⑶工藝過程及設(shè)備比較簡(jiǎn)單，便于管理、維護(hù)；
　　⑷特別是部分回流式，處理效果顯著、穩(wěn)定，并能較大地節(jié)約能耗。
4.1組合式氣浮設(shè)備
　　此種設(shè)備屬于加壓溶氣氣浮。它廣泛用于造紙、印染、電鍍、化工、食品、煉油等工業(yè)廢水處理。在部分企業(yè)應(yīng)用情況見表2。

表2 加壓溶氣組合氣浮的實(shí)際應(yīng)用情況

	處理量（m3/h）	SS（mg/L）			COD（mg/L）
		處理前	處理后	去除率%	處理前	處理后	去除率%
黃板瓦楞紙廢水	71.36	1363	64.7	95.3	476.41	100.55	78.9
再生紙廢水	150	347	55	84.1	605	73	87.9
玉米酒糟廢水	10	1021	123	87.9	1240	225	81.9

　　從表2數(shù)據(jù)可以看出，加壓溶氣組合氣浮設(shè)備處理廢水的COD、SS去除率在78%-95%之間，處理能力在30-150 m3/h左右。
4.2高效淺池氣浮設(shè)備
　　高效淺池氣浮設(shè)備的出現(xiàn)，是氣浮凈水技術(shù)的一個(gè)重大突破。它改傳統(tǒng)氣浮的靜態(tài)進(jìn)水動(dòng)態(tài)出水，為動(dòng)態(tài)進(jìn)水靜態(tài)出水，應(yīng)用“零速原理”，使浮選體在相對(duì)靜止的環(huán)境中垂直浮上水面，實(shí)現(xiàn)固-液分離的。“零速原理”使上浮路程減至*小，且不受出水流速的影響，上浮速度達(dá)到或接近理論*大值，污水在凈化池中的停留時(shí)間由傳統(tǒng)氣浮的30－40分鐘減至僅需3－5分鐘，極大地提高了處理效率，設(shè)備體積隨之大幅減小，且可架空、疊裝、設(shè)置于建筑物上，少占地或不占地。隨著布水裝置的旋轉(zhuǎn)，將事先與污水均勻混合的氣泡能十分均勻地充滿整個(gè)凈化池，不存在氣浮死區(qū)和氣泡不均勻區(qū)，從而大大提高了凈化效率。
　　淺池氣浮設(shè)備是將進(jìn)水口、出水口和氣浮刮渣斗安裝在繞氣浮池中央回轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)機(jī)上。回轉(zhuǎn)機(jī)架和刮渣斗均由電機(jī)帶動(dòng)并可無級(jí)調(diào)速。用同進(jìn)水流速一致的速度旋轉(zhuǎn)。廢水從池中心的旋轉(zhuǎn)進(jìn)水器進(jìn)水，通過進(jìn)水配水器布水，進(jìn)水配水器的移動(dòng)速度可以和進(jìn)水流速相同。使原水進(jìn)入池內(nèi)產(chǎn)生零速度，按此“零速原理”進(jìn)水不會(huì)對(duì)池內(nèi)水流產(chǎn)生擾亂。使池內(nèi)顆粒的沉浮在一種超靜的狀態(tài)下進(jìn)行，從而大大提高了氣浮池的效率。螺旋狀的刮泥裝置對(duì)水體的擾動(dòng)極小，且刮起的僅為已充分分離的浮渣，含固率高。與其它氣浮設(shè)備相比有以下特點(diǎn)：
　　⑴采用“淺池理論”、“零速原理”、“新溶氣機(jī)理”設(shè)計(jì)；
　　⑵水力停留時(shí)間短，只有3-5分鐘，池深不超過700mm；
　　⑶微氣泡極小，密度極高，不需事先將它們凝聚為很大礬花，固可大大減少加藥量，極大的降低運(yùn)行成本；
　　⑷微細(xì)氣泡與絮粒的沾附發(fā)生于包括接觸區(qū)在內(nèi)的整個(gè)氣浮分離過程；
　　⑸強(qiáng)制布水，進(jìn)出水都是靜態(tài)的；
　　⑹清水的排出是在固液分離以后進(jìn)行的，浮渣瞬時(shí)隔離排除，水體擾動(dòng)小；
　　⑺出渣含固率高達(dá)3%-5%，懸浮物去除率達(dá)99.5%，池底設(shè)有刮泥板，自動(dòng)刮除沉降污泥；
　　⑻采用的溶氣管設(shè)計(jì)獨(dú)特，體積小，溶氣效率高，操作方便，占地面積小；
　　⑼設(shè)備運(yùn)行效率高，穩(wěn)定性好，處理量大，一次性投資少；
　　⑽溶氣水和藥劑加入點(diǎn)的合理選用，保證實(shí)現(xiàn)共聚氣浮；
　　⑾具有多項(xiàng)調(diào)節(jié)功能，能隨處理水質(zhì)水量的變化而變化。
　　淺池氣浮是工業(yè)廢水物化處理中新型高效氣浮處理設(shè)備，廣泛適用于造紙白水回收、制革、紡織、制皂、食品、碳黑、纖維制品、采油、啤酒、市政污水回用等領(lǐng)域。和加藥設(shè)備、溶氣設(shè)備、泵等輔助設(shè)備合理配置可使廢水中的懸浮物總量降低90%以上。而氣浮水力停留時(shí)間只有3-5nim。采用本設(shè)備能大幅度降低投資和運(yùn)行費(fèi)用，節(jié)約大量的耕地，當(dāng)用于處理大規(guī)模污水時(shí)尤為顯著。國內(nèi)外加壓溶氣氣浮處理設(shè)備性能比較和淺池氣浮設(shè)備在造紙工業(yè)的應(yīng)用情況分別見表3、表4。

表3  國內(nèi)外加壓溶氣氣浮設(shè)備性能比較

	國外淺池氣浮	國內(nèi)淺池氣浮	曝氣頭氣浮	淺池離子氣浮
水溫高于40℃	效果很差	基本無效果	無效果	效果優(yōu)良
溶解性COD去除率	不能去除	不能去除	不能去除	45-75%
總COD去除率	60%-70%	＜60%	＜30%	85%以上
SS≥4000mg/L	不能處理	不能處理	不能處理	出水SS≤30mg/L
SS＜1500mg/L	70%左右	50%左右	＜50%	99.8%左右
電耗比較值	1	1	0.4	1
投藥量比較值	1	1.2	1.8-2.5	0.4-0.6

表4 高效淺池氣浮設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用情況

	處理量（m3/h）	SS（mg/L）			COD（mg/L）
		處理前	處理后	去除率%	處理前	處理后	去除率%
草漿中段廢水	750	470	34	92.8	1170	406	65.3
抄紙車間白水	300	3234	45.4	98.5	3716.9	638.7	81.8
造紙混合廢水	600	1729	54.9	96.8	4017	614	84.7
白水回收	850	1800	84	94	800	200	75

　　由表3可見，各項(xiàng)數(shù)據(jù)表明淺池氣浮處理效果優(yōu)于曝氣氣浮，在淺池氣浮中離子氣浮的COD、SS處理技術(shù)指標(biāo)及使用效果更佳。
　　從表4統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析，淺池氣浮設(shè)備懸浮物的去除率達(dá)92.8%以上，COD的去除率為65.3%以上，處理設(shè)施對(duì)SS的去除效果較為明顯，此外，數(shù)據(jù)表明淺池氣浮設(shè)備的處理能力在300-850m3/h以上。
4 結(jié)語
　　⑴散氣氣浮設(shè)備處理水量為25-163m3/h，處理廢水量較小，對(duì)不可溶性物質(zhì)及懸浮物的處理效果較為明顯。除油效果一般可達(dá)80%左右。處理廢水中的油脂、膠狀物和懸浮物的去除率在95%以上，加入合適的化學(xué)藥劑能使廢水中的COD和BOD去除率在60%以上。
　　⑵壓力溶氣組合氣浮設(shè)備處理能力也有限，處理能力在30-150m3/h左右。加入合適的化學(xué)藥劑后，處理廢水的COD、SS去除率均在80%左右。
　　⑶淺池氣浮設(shè)備的處理能力在300-850m3/h以上，懸浮物的去除率達(dá)92.8%以上，COD的去除率為65.3%以上，設(shè)備對(duì)SS的去除效果*為明顯。同時(shí)設(shè)備水力停留時(shí)間只有3-5分鐘，比其它氣浮設(shè)備占地更少，技術(shù)含量高、操作管理方便，處理后的水完全能夠滿足工藝回用水的要求，節(jié)約了水資源，有可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
　　⑷對(duì)幾種氣浮設(shè)備的應(yīng)用與比較，建議在廢水處理工藝選擇氣浮設(shè)備時(shí)，應(yīng)根據(jù)廢水的水質(zhì)水量、廢水可回收利用價(jià)值、占地面積、設(shè)備投資等因素綜合考慮，在保證工藝要求的前提下，廢水處理量小于300m3/h時(shí)，可選擇散氣氣浮或壓力溶氣氣浮設(shè)備。廢水處理規(guī)模超過300m3/h時(shí)應(yīng)考慮選擇淺池氣浮設(shè)備。