氣浮法水處理工藝應(yīng)用現(xiàn)狀

孟興智，張 仂，謝承友，賈 超

(1.中鹽工程技術(shù)研究院有限公司，天津 300450； 2. 中鹽龍祥鹽化有限公司，河北 邢臺(tái) 055550)

氣浮法水處理技術(shù)是20世紀(jì)70年代～80年代發(fā)展起來(lái)的一種新型的固—液、液—液分離新技術(shù)，該技術(shù)廣泛應(yīng)用于油田、日用化工及其它工業(yè)污水處理[1]。與傳統(tǒng)的沉降法相比，氣浮法除了可以較容易地去除水中處于乳化狀態(tài)的油類(lèi)或懸浮的微生物藻類(lèi)以外，更廣泛應(yīng)用于除去(污)水中密度接近于水、無(wú)法自然沉降又難于自然上浮的微細(xì)懸浮顆粒狀態(tài)的雜質(zhì)，具有應(yīng)用范圍廣、氣浮時(shí)間設(shè)備體積小、絮凝藥劑消耗量少等優(yōu)點(diǎn)。因此更適合水中懸浮物比重較輕，現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地?zé)o法提供足夠停留時(shí)間的情況[2]。

1 氣浮法的工作原理

氣浮是利用廢水中的顆粒(或油類(lèi))的疏水性，通過(guò)向氣浮設(shè)備的廢水中通入一定尺寸的氣泡，使廢水中的污染物附著在氣泡表面，由于浮力作用氣泡開(kāi)始上浮，污染物也隨之浮到水面上而形成由氣泡、水和污染物形成的三相泡沫層，收集泡沫層即可把污染物與水分離開(kāi)來(lái)。

根據(jù)以上描述，氣浮法水處理工藝必須滿(mǎn)足下述基本條件：

(1)水中的被處理污染物表面應(yīng)呈疏水性；

(2)必須向水中提供足夠量的細(xì)微氣泡；

(3)必須使污水中污染物質(zhì)形成懸浮狀態(tài)；

(4)必須使氣泡與懸浮的物質(zhì)產(chǎn)生粘附作用。

以上條件相輔相成，共同作用從而實(shí)現(xiàn)水與污染物的分離目的。

2 氣浮法的應(yīng)用領(lǐng)域

在水處理技術(shù)領(lǐng)域，氣浮法固—液或液—液分離技術(shù)主要應(yīng)用在以下幾個(gè)方面：

(1)機(jī)械工業(yè)，石油工業(yè)中的乳化液、含油廢水的固液分離；

(2)工業(yè)廢水的處理。如：汽車(chē)工業(yè)或其它工業(yè)的油漆處理及印染廢水處理、取代二次沉降池用于進(jìn)一步去除水中微細(xì)顆粒物；

(3)污水中有用物質(zhì)的回收。如：造紙廠紙機(jī)白水回收及中段廢水纖維回收和黑液中木質(zhì)素的回收、重金屬離子、電鍍廢水的化學(xué)處理固液分離工藝；

(4)污水處理工藝中剩余污泥的固液分離及濃縮工藝；

(5)微生物養(yǎng)殖行業(yè)從高濃度鹽水中提取鹽藻[3]。

目前新的應(yīng)用領(lǐng)域還在不斷發(fā)現(xiàn)和拓展之中。

3 氣浮法工藝的分類(lèi)

氣浮法水處理的效果，與通入其中的氣泡數(shù)量、大小、分散均勻度等有直接關(guān)系，這些都取決于產(chǎn)生氣泡的方式。因此常見(jiàn)的氣浮法工藝，從氣泡產(chǎn)生方式上可分為兩大種：自然布?xì)夥飧∨c加壓溶氣法氣浮[4]。

3.1 布?xì)夥飧?/h3>

布?xì)夥飧∈抢脵C(jī)械剪切力，將混合于水中的空氣碎成細(xì)小的氣泡，以進(jìn)行氣浮的方法。按粉碎氣泡方法的不同，布?xì)鈿飧∮址譃樗梦芪鼩飧　⑸淞鳉飧?、擴(kuò)散板曝氣浮選以及葉輪氣浮等。

(1)水泵吸水管吸入空氣氣浮。

這是最簡(jiǎn)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(guò)多， 一般不大于吸水量的10%(按體積計(jì))，否則將破壞水泵吸水管的負(fù)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。

(2)射流氣浮。

采用射流器以水帶氣向廢水中混入空氣進(jìn)行氣浮。射流器由噴嘴射出的高速水流使吸入室形成負(fù)壓，并從吸氣管吸入空氣，在水氣混合體進(jìn)入喉管段后進(jìn)行激烈的能量交換，空氣被粉碎成微小氣泡，然后直入擴(kuò)散段，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能，進(jìn)一步壓縮氣泡、增大了空氣在水中的溶解度，最終進(jìn)入氣浮池中進(jìn)行氣水分離。

(3)擴(kuò)散板曝氣氣浮。

這種布?xì)飧”容^傳統(tǒng)，壓縮空氣通過(guò)具有微細(xì)孔隙的擴(kuò)散板或擴(kuò)散管，使空氣以細(xì)小氣泡的形式進(jìn)入水中，但由于擴(kuò)散裝置的微孔過(guò)小易于堵塞。若微孔板孔徑過(guò)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(dǎo)致該種方法使用受到限制。但近年研制、開(kāi)發(fā)的彈性膜微孔曝氣器，克服了擴(kuò)散裝置微孔易堵或孔徑大等缺點(diǎn)，用微孔彈性材料制成的微孔盤(pán)起到擴(kuò)張、關(guān)閉作用。

(4)葉輪氣浮。

葉輪在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下高速旋轉(zhuǎn)，在蓋板下形成負(fù)壓吸入空氣，廢水由蓋板上的小孔進(jìn)入，在葉輪的攪動(dòng)下，空氣被粉碎成細(xì)小的氣泡，并與水充分混合成水氣混合體經(jīng)整流板穩(wěn)流后，在池體內(nèi)平穩(wěn)地垂直上升，進(jìn)行氣浮。形成的泡沫不斷地被緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)的刮板刮出槽外。

布?xì)鈿飧》ㄟm用于處理水量小，而污染物質(zhì)濃度高的廢水。除油效果一般可達(dá)80%左右，布?xì)鈿飧〉膬?yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。但其主要的缺點(diǎn)是空氣被分散的不夠充分，形成的氣泡粒度較大，一般都不小于0.1 mm。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(yùn)動(dòng)速度快，氣泡與被去除污染物質(zhì)的接觸時(shí)間短，這些因素都使布?xì)飧∵_(dá)不到高效的去除效果。

3.2 加壓溶氣法氣浮

根據(jù)廢水中所含懸浮物的種類(lèi)、性質(zhì)、處理水凈化程度和加壓方式的不同，有以下三種方法：

(1)全溶氣氣浮法。

全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(nèi)，空氣溶解于廢水中，然后通過(guò)減壓閥將廢水送入氣浮池。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。用刮板將浮渣排入浮渣槽,經(jīng)浮渣管排出池外，處理后的廢水通過(guò)溢流堰和出水管排出。

全溶氣氣浮法的優(yōu)點(diǎn)：①溶氣量大，增加了油?；驊腋☆w粒與氣泡的接觸機(jī)會(huì)；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(jīng)過(guò)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(yùn)轉(zhuǎn)動(dòng)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(jìn)入氣浮池并在氣浮池中與溶氣廢水混合。其特點(diǎn)為：①較全流程溶氣氣浮法所需的壓力泵小，故動(dòng)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(jìn)行加壓和溶氣，減壓后直接進(jìn)入氣浮池，與來(lái)自絮凝池的含油廢水混合和氣浮?；亓髁恳话銥楹蛷U水的25%～100%。其特點(diǎn)為：①加壓的水量少，動(dòng)力消耗??；②氣浮過(guò)程中不促進(jìn)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(zhì)不同而異，一般由試驗(yàn)確定。

4 氣浮法應(yīng)用實(shí)例

國(guó)內(nèi)某井礦鹽廠的鹵水在一段時(shí)間之內(nèi)化學(xué)需氧量(COD)含量較高，且經(jīng)過(guò)石灰法鹵水凈化除鎂后的清鹵中不溶物氫氧化鎂顆粒太細(xì)懸浮在沉降器內(nèi)很難沉降，蒸發(fā)時(shí)氫氧化鎂細(xì)粉在蒸發(fā)罐表面累計(jì)(圖1)，造成蒸發(fā)的沸點(diǎn)升明顯升高，還出現(xiàn)蒸發(fā)液面偶爾“爆沸”現(xiàn)象，影響正常生產(chǎn)，后于2019年建成一套加壓溶氣法氣浮裝置(圖2)，鹵水情況明顯好轉(zhuǎn)，氣浮后的清液中化學(xué)需氧量(COD)和不溶物(濁度)含量明顯降低，生產(chǎn)也轉(zhuǎn)入正常。

圖1 在清鹵表面漂浮的氫氧化鎂細(xì)粉Fig.1 Mg(OH)2 fine powder floating on the surface clear brine

圖2 加壓溶氣法氣浮裝置Fig.2 Air flotation device of pressurized dissolved air method

氣浮裝置建成后，在不同時(shí)間的不同設(shè)備位置處取樣檢測(cè)出的COD含量見(jiàn)表1。

表1 氣浮裝置對(duì)鹵水中COD去除效果一覽表Tab.1 List of COD removal effect in brine by air flotation device

在不同時(shí)間的不同設(shè)備位置處取樣檢測(cè)出的鹵水濁度含量見(jiàn)表2。

表2 氣浮裝置對(duì)鹵水中不溶物去除效果一覽表Tab.2 List of removal efficiency of insoluble substances in brine by air flotation device

從表1、表2可見(jiàn)，氣浮裝置對(duì)去除鹵水中的COD和自然沉降難以去除的不溶物細(xì)粉具有明顯的效果。

5 結(jié)論

氣浮法水處理技術(shù)從工業(yè)污水處理行業(yè)發(fā)展而來(lái)，用途日益廣泛。通過(guò)在制鹽行業(yè)的實(shí)踐證明，該技術(shù)在去除鹵水中的COD時(shí)效果明顯，并在去除鹵水中懸浮的不溶物上表現(xiàn)優(yōu)異，能夠去除自然沉降法難以除掉的細(xì)顆粒，減少沉降設(shè)備的面積，適合在制鹽企業(yè)鹵水凈化生產(chǎn)中推廣。