气浮法水处理工艺应用现状

2021-07-22孟兴智谢承友

盐科学与化工 2021年6期

孟兴智，张仂，谢承友，贾超

(1.中盐工程技术研究院有限公司，天津 300450； 2. 中盐龙祥盐化有限公司，河北邢台 055550)

气浮法水处理技术是20世纪70年代～80年代发展起来的一种新型的固—液、液—液分离新技术，该技术广泛应用于油田、日用化工及其它工业污水处理[1]。与传统的沉降法相比，气浮法除了可以较容易地去除水中处于乳化状态的油类或悬浮的微生物藻类以外，更广泛应用于除去(污)水中密度接近于水、无法自然沉降又难于自然上浮的微细悬浮颗粒状态的杂质，具有应用范围广、气浮时间设备体积小、絮凝药剂消耗量少等优点。因此更适合水中悬浮物比重较轻，现场场地无法提供足够停留时间的情况[2]。

1 气浮法的工作原理

气浮是利用废水中的颗粒(或油类)的疏水性，通过向气浮设备的废水中通入一定尺寸的气泡，使废水中的污染物附着在气泡表面，由于浮力作用气泡开始上浮，污染物也随之浮到水面上而形成由气泡、水和污染物形成的三相泡沫层，收集泡沫层即可把污染物与水分离开来。

根据以上描述，气浮法水处理工艺必须满足下述基本条件：

(1)水中的被处理污染物表面应呈疏水性；

(2)必须向水中提供足够量的细微气泡；

(3)必须使污水中污染物质形成悬浮状态；

(4)必须使气泡与悬浮的物质产生粘附作用。

以上条件相辅相成，共同作用从而实现水与污染物的分离目的。

2 气浮法的应用领域

在水处理技术领域，气浮法固—液或液—液分离技术主要应用在以下几个方面：

(1)机械工业，石油工业中的乳化液、含油废水的固液分离；

(2)工业废水的处理。如：汽车工业或其它工业的油漆处理及印染废水处理、取代二次沉降池用于进一步去除水中微细颗粒物；

(3)污水中有用物质的回收。如：造纸厂纸机白水回收及中段废水纤维回收和黑液中木质素的回收、重金属离子、电镀废水的化学处理固液分离工艺；

(4)污水处理工艺中剩余污泥的固液分离及浓缩工艺；

(5)微生物养殖行业从高浓度盐水中提取盐藻[3]。

目前新的应用领域还在不断发现和拓展之中。

3 气浮法工艺的分类

气浮法水处理的效果，与通入其中的气泡数量、大小、分散均匀度等有直接关系，这些都取决于产生气泡的方式。因此常见的气浮法工艺，从气泡产生方式上可分为两大种：自然布气法气浮与加压溶气法气浮[4]。

3.1 布气法气浮

布气法气浮是利用机械剪切力，将混合于水中的空气碎成细小的气泡，以进行气浮的方法。按粉碎气泡方法的不同，布气气浮又分为水泵吸水管吸气浮、射流气浮、扩散板曝气浮选以及叶轮气浮等。

(1)水泵吸水管吸入空气气浮。

这是最简单的一种气浮方法。由于水泵工作特性的限制，吸入的空气量不宜过多，一般不大于吸水量的10%(按体积计)，否则将破坏水泵吸水管的负压工作。另外，气泡在水泵内被破碎的不够完全，粒度大，气浮效果不好。

(2)射流气浮。

采用射流器以水带气向废水中混入空气进行气浮。射流器由喷嘴射出的高速水流使吸入室形成负压，并从吸气管吸入空气，在水气混合体进入喉管段后进行激烈的能量交换，空气被粉碎成微小气泡，然后直入扩散段，动能转化为势能，进一步压缩气泡、增大了空气在水中的溶解度，最终进入气浮池中进行气水分离。

(3)扩散板曝气气浮。

这种布气浮比较传统，压缩空气通过具有微细孔隙的扩散板或扩散管，使空气以细小气泡的形式进入水中，但由于扩散装置的微孔过小易于堵塞。若微孔板孔径过大，必须投加表面活性剂，方可形成可利用的微小气泡，从而导致该种方法使用受到限制。但近年研制、开发的弹性膜微孔曝气器，克服了扩散装置微孔易堵或孔径大等缺点，用微孔弹性材料制成的微孔盘起到扩张、关闭作用。

(4)叶轮气浮。

叶轮在电机的驱动下高速旋转，在盖板下形成负压吸入空气，废水由盖板上的小孔进入，在叶轮的搅动下，空气被粉碎成细小的气泡，并与水充分混合成水气混合体经整流板稳流后，在池体内平稳地垂直上升，进行气浮。形成的泡沫不断地被缓慢转动的刮板刮出槽外。

布气气浮法适用于处理水量小，而污染物质浓度高的废水。除油效果一般可达80%左右，布气气浮的优点是设备简单，易于实现。但其主要的缺点是空气被分散的不够充分，形成的气泡粒度较大，一般都不小于0.1 mm。这样，在供气量一定的条件下，气泡的表面积小，而且由于气泡直径大，运动速度快，气泡与被去除污染物质的接触时间短，这些因素都使布气浮达不到高效的去除效果。

3.2 加压溶气法气浮

根据废水中所含悬浮物的种类、性质、处理水净化程度和加压方式的不同，有以下三种方法：

(1)全溶气气浮法。

全溶气气浮法是将全部废水用水泵加压，在泵前或泵后注入空气。在溶气罐内，空气溶解于废水中，然后通过减压阀将废水送入气浮池。废水中形成许多小气泡粘附废水中的乳化油或悬浮物而逸出水面，在水面上形成浮渣。用刮板将浮渣排入浮渣槽,经浮渣管排出池外，处理后的废水通过溢流堰和出水管排出。

全溶气气浮法的优点：①溶气量大，增加了油粒或悬浮颗粒与气泡的接触机会；②在处理水量相同的条件下，它较部分回流溶气气浮法所需的气浮池小，从而减少了基建投资。但由于全部废水经过压力泵，所以增加了含油废水的乳化程度，而且所需的压力泵和溶气罐均较其他两种流程大，因此投资和运转动力消耗较大。

(2)部分溶气气浮法。

部分溶气气浮法是取部分废水加压和溶气，其余废水直接进入气浮池并在气浮池中与溶气废水混合。其特点为：①较全流程溶气气浮法所需的压力泵小，故动力消耗低；②压力泵所造成的乳化油量较全流程溶气气浮法低；③气浮池的大小与全流程溶气气浮法相同，但较部分回流溶气气浮法小。

(3)部分回流溶气气浮法。

部分回流溶气气浮法是取一部分除油后出水回流进行加压和溶气，减压后直接进入气浮池，与来自絮凝池的含油废水混合和气浮。回流量一般为含油废水的25%～100%。其特点为：①加压的水量少，动力消耗小；②气浮过程中不促进乳化；③矾花形成好，出水中絮凝也少；④气浮池的容积较前两种流程大。为了提高气浮的处理效果，往往向废水中加入混凝剂或气浮剂，投加量因水质不同而异，一般由试验确定。

4 气浮法应用实例

国内某井矿盐厂的卤水在一段时间之内化学需氧量(COD)含量较高，且经过石灰法卤水净化除镁后的清卤中不溶物氢氧化镁颗粒太细悬浮在沉降器内很难沉降，蒸发时氢氧化镁细粉在蒸发罐表面累计(图1)，造成蒸发的沸点升明显升高，还出现蒸发液面偶尔“爆沸”现象，影响正常生产，后于2019年建成一套加压溶气法气浮装置(图2)，卤水情况明显好转，气浮后的清液中化学需氧量(COD)和不溶物(浊度)含量明显降低，生产也转入正常。