几种气浮设备的应用与比较

0 前言
　　气浮设备是一类在水中通入或产生大量的微细气泡，使空气以高度分散的微小气泡形式附着在悬浮物颗粒上，造成密度小于水的状态，利用浮力原理使其浮在水面，从而实现固-液分离的水处理设备。气浮方式可分为散气气浮、溶气气浮（包括真空气浮法）与电解气浮法。目前在给水、工业废水和城市污水处理方面都有应用。气浮设备较其它固-液分离设备具有投资少、占地面极小、自动化程度高、操作管理方便等特点。在实践中应根据废水处理工艺、废水的水质水量等特点进行有针对性的选择与使用。以下结合多年来的实践经验，对几种气浮设备的应用情况进行介绍，供同行及用户设计、改造、选型时参考。
1 电解气浮设备
　　电解气浮设备是用不容性阳极和阴极直接电解废水。靠电解产生的氢和氧的微小气泡将已絮凝的悬浮物载浮至水面。达到固-液分离的目的。电解法产生的气泡尺寸远小于溶气气浮和散气气浮产生的气泡尺寸，而且不产生紊流。该设备去除的污染物范围广，对有机物废水除降低BOD外，还有氧化、脱色和杀菌作用，对废水负载变化的适应性强，生成污泥量少，占地少，不产生噪声。近年来发展很快。电解气浮设备目前尚存在电解能耗及极板损耗较大，运行费用较高等问题，因此限制了该种设备的推广使用。
2 散气气浮设备
　　散气气浮设备是靠高速旋转叶轮的离心力所造成的真空负压状态将空气吸入，成为微细的空气泡而扩散于水中。气泡由池底向水面上升并粘附水中的悬浮物一起带至水面。达到固-液分离的目的。形成的浮渣不断地被缓慢旋转的刮渣板刮出池外。水流的机械剪切力与扩散板产生的气泡较大（直径达1mm左右），不易与细小颗粒和絮凝体相吸附，反而易将絮体打碎，因此，散气气浮不适用于处理含颗粒细小与絮体的废水。散气气浮设备气浮时间约为30nim,溶气量达0.51m3/m3（气/水）。旋转叶轮周边线速度约为12.5m/s。
　　该设备应用范围有油漆、制革、炼油、印染、化学、乳品加工、纤维生产、造纸、食品饮料、屠宰、纺织、机械加工、市政污水等小型污水处理工程。在部分行业中的运行情况见表1。

表1　 散气气浮设备在部分行业中运行的情况

废水种类	废水量m3/h	进水（mg/L）				出水（mg/L）				去除率（%）
		BOD	COD	SS	油脂	BOD	COD	SS	油脂	BOD （COD）	SS	油脂
造纸废水vigin	100		6325	4366			2875	＜100		（54.5）	97
乳品废水	150		44400	6410	250		4800	334	55	（89.1）	94.7	78
肉类加工废水	100	1440		3880	826	810		294	25	43.8	92.5	96.9
炼油废水	100				50000				＜65		99.8
重工业洗涤废水	25			5950	3995			77	28		98.7	99.3
鸡肉加工废水	50	510		395		120		36		76.5	90.8
食品加工废水	163	540		10800	59000	232		318	608	57	97	99
鱼肉加工废水	58	2600		2500	765	1100		190	29	57.6	92.4	96.7
精炼脱盐废水	50			3320	350			11	6		99.6	98.3
造纸废水kraft	150		9200	1760			5100	92		（44.5）	94.7

　　由表1数据分析，COD（BOD）经处理后其去除率在43.38%-89.1%，SS的去处理在90%-99.8%，油脂的去除率在78%-99.3%。处理量在25-163m3/h。由此可见，这种气浮设备处理废水水量有限，但对不可溶性物质及悬浮物的处理效果较为明显。除油效果一般可达80%左右。处理废水中的油脂、胶状物和悬浮物的去除率在95%以上，加入合适的化学药剂能使废水中的COD和BOD去除率在60%以上。
3 溶气真空气浮设备
　　水中过饱和空气在减压时能以微细的气泡形式释放出来，从而使水中的杂质颗粒被粘附而上浮。达到固-液分离的目的。如果先将空气加压使其溶于水形成空气过饱和溶液，然后减至常压使空气析出，称为加压溶气气浮；如果将废水在常压下曝气后在真空条件下诱使溶气逸出，称为真空式气浮。
　　溶气真空气浮设备是使空气在常压或加压下溶于水中，而在负压下析出的气浮设备。真空式气浮设备优点是气泡的形成、它与颗粒的粘附以及气泡和颗粒絮凝体的上浮都在稳定的环境中进行，絮凝体破坏的可能性小，整个气浮过程所需要的能耗量小。其缺点是水中溶气量有限，不适用于含浓度大于250-300mg/L悬浮物的废水；另一缺点是要求有密封的容器，在容器内还需要装有刮渣机械，结构复杂，因此在工程实际中使用较少。该设备可能得到的空气量因受到能够达到的真空度（一般运行真空度40kPa）的影响，析出的微细泡量很有限，且构造复杂，运行维修不方便，现已逐步淘汰。
4 加压溶气气浮设备
　　加压溶气气浮设备是将清水加压至（3-4）×105Pa，同时加入空气，使空气溶解于水，然后骤然减至常压，溶解于水的空气以微小气泡形式（气泡直径约为20-100μm左右），从水中析出，将水中的悬浮物颗粒载浮于水面。从而实现固-液分离。加压溶气气浮设备是目前应用范围较为广泛的一种气浮设备。该设备可以广泛适用于各类废水处理（尤其是含油废水处理）、污泥浓缩及给水处理。
　　加压溶气气浮设备主要有空气饱和设备、空气释放及与废水相混合的设备、固-液或液-液分离设备三部分组成。根据原水中所含悬浮物的种类、性质、处理效率，可分为全部加压溶气气浮、部分加压溶气气浮和回流加压溶气气浮三种。
　　目前加压力溶气气浮法应用最广。与其它气浮设备相比，具有以下特点：
　　⑴在加压条件下，空气溶解度大，供气浮用的气泡数量多，能够确保气浮效果；
　　⑵溶入的气体经骤然减压释放，产生的气泡不仅微细、粒度均匀、密集度大，而且上浮稳定，对液体扰动小，因此特别适用于对疏松絮凝体、细小颗粒的固液分离；
　　⑶工艺过程及设备比较简单，便于管理、维护；
　　⑷特别是部分回流式，处理效果显著、稳定，并能较大地节约能耗。
4.1组合式气浮设备
　　此种设备属于加压溶气气浮。它广泛用于造纸、印染、电镀、化工、食品、炼油等工业废水处理。在部分企业应用情况见表2。

表2 加压溶气组合气浮的实际应用情况

	处理量（m3/h）	SS（mg/L）			COD（mg/L）
		处理前	处理后	去除率%	处理前	处理后	去除率%
黄板瓦楞纸废水	71.36	1363	64.7	95.3	476.41	100.55	78.9
再生纸废水	150	347	55	84.1	605	73	87.9
玉米酒糟废水	10	1021	123	87.9	1240	225	81.9

　　从表2数据可以看出，加压溶气组合气浮设备处理废水的COD、SS去除率在78%-95%之间，处理能力在30-150 m3/h左右。
4.2高效浅池气浮设备
　　高效浅池气浮设备的出现，是气浮净水技术的一个重大突破。它改传统气浮的静态进水动态出水，为动态进水静态出水，应用“零速原理”，使浮选体在相对静止的环境中垂直浮上水面，实现固-液分离的。“零速原理”使上浮路程减至最小，且不受出水流速的影响，上浮速度达到或接近理论最大值，污水在净化池中的停留时间由传统气浮的30－40分钟减至仅需3－5分钟，极大地提高了处理效率，设备体积随之大幅减小，且可架空、叠装、设置于建筑物上，少占地或不占地。随着布水装置的旋转，将事先与污水均匀混合的气泡能十分均匀地充满整个净化池，不存在气浮死区和气泡不均匀区，从而大大提高了净化效率。
　　浅池气浮设备是将进水口、出水口和气浮刮渣斗安装在绕气浮池中央回转的回转机上。回转机架和刮渣斗均由电机带动并可无级调速。用同进水流速一致的速度旋转。废水从池中心的旋转进水器进水，通过进水配水器布水，进水配水器的移动速度可以和进水流速相同。使原水进入池内产生零速度，按此“零速原理”进水不会对池内水流产生扰乱。使池内颗粒的沉浮在一种超静的状态下进行，从而大大提高了气浮池的效率。螺旋状的刮泥装置对水体的扰动极小，且刮起的仅为已充分分离的浮渣，含固率高。与其它气浮设备相比有以下特点：
　　⑴采用“浅池理论”、“零速原理”、“新溶气机理”设计；
　　⑵水力停留时间短，只有3-5分钟，池深不超过700mm；
　　⑶微气泡极小，密度极高，不需事先将它们凝聚为很大矾花，固可大大减少加药量，极大的降低运行成本；
　　⑷微细气泡与絮粒的沾附发生于包括接触区在内的整个气浮分离过程；
　　⑸强制布水，进出水都是静态的；
　　⑹清水的排出是在固液分离以后进行的，浮渣瞬时隔离排除，水体扰动小；
　　⑺出渣含固率高达3%-5%，悬浮物去除率达99.5%，池底设有刮泥板，自动刮除沉降污泥；
　　⑻采用的溶气管设计独特，体积小，溶气效率高，操作方便，占地面积小；
　　⑼设备运行效率高，稳定性好，处理量大，一次性投资少；
　　⑽溶气水和药剂加入点的合理选用，保证实现共聚气浮；
　　⑾具有多项调节功能，能随处理水质水量的变化而变化。
　　浅池气浮是工业废水物化处理中新型高效气浮处理设备，广泛适用于造纸白水回收、制革、纺织、制皂、食品、碳黑、纤维制品、采油、啤酒、市政污水回用等领域。和加药设备、溶气设备、泵等辅助设备合理配置可使废水中的悬浮物总量降低90%以上。而气浮水力停留时间只有3-5nim。采用本设备能大幅度降低投资和运行费用，节约大量的耕地，当用于处理大规模污水时尤为显著。国内外加压溶气气浮处理设备性能比较和浅池气浮设备在造纸工业的应用情况分别见表3、表4。

表3  国内外加压溶气气浮设备性能比较

	国外浅池气浮	国内浅池气浮	曝气头气浮	浅池离子气浮
水温高于40℃	效果很差	基本无效果	无效果	效果优良
溶解性COD去除率	不能去除	不能去除	不能去除	45-75%
总COD去除率	60%-70%	＜60%	＜30%	85%以上
SS≥4000mg/L	不能处理	不能处理	不能处理	出水SS≤30mg/L
SS＜1500mg/L	70%左右	50%左右	＜50%	99.8%左右
电耗比较值	1	1	0.4	1
投药量比较值	1	1.2	1.8-2.5	0.4-0.6

表4 高效浅池气浮设备的实际应用情况

	处理量（m3/h）	SS（mg/L）			COD（mg/L）
		处理前	处理后	去除率%	处理前	处理后	去除率%
草浆中段废水	750	470	34	92.8	1170	406	65.3
抄纸车间白水	300	3234	45.4	98.5	3716.9	638.7	81.8
造纸混合废水	600	1729	54.9	96.8	4017	614	84.7
白水回收	850	1800	84	94	800	200	75

　　由表3可见，各项数据表明浅池气浮处理效果优于曝气气浮，在浅池气浮中离子气浮的COD、SS处理技术指标及使用效果更佳。
　　从表4统计数据分析，浅池气浮设备悬浮物的去除率达92.8%以上，COD的去除率为65.3%以上，处理设施对SS的去除效果较为明显，此外，数据表明浅池气浮设备的处理能力在300-850m3/h以上。
4 结语
　　⑴散气气浮设备处理水量为25-163m3/h，处理废水量较小，对不可溶性物质及悬浮物的处理效果较为明显。除油效果一般可达80%左右。处理废水中的油脂、胶状物和悬浮物的去除率在95%以上，加入合适的化学药剂能使废水中的COD和BOD去除率在60%以上。
　　⑵压力溶气组合气浮设备处理能力也有限，处理能力在30-150m3/h左右。加入合适的化学药剂后，处理废水的COD、SS去除率均在80%左右。
　　⑶浅池气浮设备的处理能力在300-850m3/h以上，悬浮物的去除率达92.8%以上，COD的去除率为65.3%以上，设备对SS的去除效果最为明显。同时设备水力停留时间只有3-5分钟，比其它气浮设备占地更少，技术含量高、操作管理方便，处理后的水完全能够满足工艺回用水的要求，节约了水资源，有可观的经济效益。
　　⑷对几种气浮设备的应用与比较，建议在废水处理工艺选择气浮设备时，应根据废水的水质水量、废水可回收利用价值、占地面积、设备投资等因素综合考虑，在保证工艺要求的前提下，废水处理量小于300m3/h时，可选择散气气浮或压力溶气气浮设备。废水处理规模超过300m3/h时应考虑选择浅池气浮设备。