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、自動化程度高、操作管理方便等特點。在實踐中應(yīng)根據(jù)廢水處理工藝、廢水的水質(zhì)水量等特點進(jìn)行有針對性的選擇與使用。以下結(jié)合多年來的實踐經(jīng)驗，對幾種氣浮設(shè)備的應(yīng)用情況進(jìn)行介紹，供同行及用戶設(shè)計、改造、選型時參考。
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，對有機(jī)物廢水除降低BOD外，還有氧化、脫色和殺菌作用，對廢水負(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，運行費用較高等問題，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)中的運行情況見表1。
表1 散氣氣浮設(shè)備在部分行業(yè)中運行的情況
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，整個氣浮過程所需要的能耗量小。其缺點是水中溶氣量有限，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：
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，對液體擾動小，因此特別適用于對疏松絮凝體、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)的一個重大突破。它改傳統(tǒng)氣浮的靜態(tài)進(jìn)水動態(tài)出水，為動態(tài)進(jìn)水靜態(tài)出水，應(yīng)用“零速原理”，使浮選體在相對靜止的環(huán)境中垂直浮上水面，實現(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間由傳統(tǒng)氣浮的30－40分鐘減至僅需3－5分鐘，*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*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)帶動并可無級調(diào)速。用同進(jìn)水流速*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)水不會對池內(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水體的擾動極小，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：
⑴采用“淺池理論”、“零速原理”、“新溶氣機(jī)理”設(shè)計；
⑵水力停留時間短，只有3-5分鐘，池深不超過700mm；
⑶微氣泡極小，密度*，不需事先將它們凝聚為很大礬花，固可大大減少加藥量，*的降低運行成本；
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，浮渣瞬時隔離排除，水體擾動小；
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，自動刮除沉降污泥；
⑻采用的溶氣管設(shè)計*，體積小，溶氣效率高，操作方便，占地面積小；
⑼設(shè)備運行效率高，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的合理選用，保證實現(xiàn)共聚氣浮；
⑾具有多項調(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。而氣浮水力停留時間只有3-5nim。采用本設(shè)備能大幅度降低投資和運行費用，節(jié)約大量的耕地，當(dāng)用于處理大規(guī)模污水時尤為顯著。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SS的去除效果為明顯。同時設(shè)備水力停留時間只有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*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，應(yīng)根據(jù)廢水的水質(zhì)水量、廢水可回收利用價值、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，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時應(yīng)考慮選擇淺池氣浮設(shè)備。
供應(yīng)項城一體化污水處理溶氣氣浮機(jī)設(shè)備供應(yīng)項城一體化污水處理溶氣氣浮機(jī)設(shè)備
