各種氣浮設備的應用與比較
0 前言
氣浮設備是一類在水中通入或產生大量的微細氣泡，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，利用浮力原理使其浮在水面，從而實現固-液分離的水處理設備。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、工業廢水和城市污水處理方面都有應用。氣浮設備較其它固-液分離設備具有投資少、占地面極小、自動化程度高、操作管理方便等特點。在實踐中應根據廢水處理工藝、廢水的水質水量等特點進行有針對性的選擇與使用。以下結合多年來的實踐經驗，對幾種氣浮設備的應用情況進行介紹，供同行及用戶設計、改造、選型時參考。
1 電解氣浮設備
電解氣浮設備是用不容性陽極和陰極直接電解廢水。靠電解產生的氫和氧的微小氣泡將已絮凝的懸浮物載浮至水面。達到固-液分離的目的。電解法產生的氣泡尺寸遠小于溶氣氣浮和散氣氣浮產生的氣泡尺寸，而且不產生紊流。該設備去除的污染物范圍廣，對有機物廢水除降低BOD外，還有氧化、脫色和殺菌作用，對廢水負載變化的適應性強，生成污泥量少，占地少，不產生噪聲。近年來發展很快。電解氣浮設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，因此限制了該種設備的推廣使用。
2 散氣氣浮設備
散氣氣浮設備是靠高速旋轉葉輪的離心力所造成的真空負壓狀態將空氣吸入，成為微細的空氣泡而擴散于水中。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。達到固-液分離的目的。形成的浮渣不斷地被緩慢旋轉的刮渣板刮出池外。水流的機械剪切力與擴散板產生的氣泡較大（直徑達1mm左右），不易與細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小與絮體的廢水。散氣氣浮設備氣浮時間約為30nim,溶氣量達0.51m3/m3（氣/水）。旋轉葉輪周邊線速度約為12.5m/s。
該設備應用范圍有油漆、制革、煉油、印染、化學、乳品加工、纖維生產、造紙、食品飲料、屠宰、紡織、機械加工、市政污水等小型污水處理工程。在部分行業中的運行情況見表1。
表1 散氣氣浮設備在部分行業中運行的情況
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由表1數據分析，COD（BOD）經處理后其去除率在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，這種氣浮設備處理廢水水量有限，但對不可溶性物質及懸浮物的處理效果較為明顯。除油效果一般可達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 溶氣真空氣浮設備
水中過飽和空氣在減壓時能以微細的氣泡形式釋放出來，從而使水中的雜質顆粒被粘附而上浮。達到固-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。
溶氣真空氣浮設備是使空氣在常壓或加壓下溶于水中，而在負壓下析出的氣浮設備。真空式氣浮設備優點是氣泡的形成、它與顆粒的粘附以及氣泡和顆粒絮凝體的上浮都在穩定的環境中進行，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，在容器內還需要裝有刮渣機械，結構復雜，因此在工程實際中使用較少。該設備可能得到的空氣量因受到能夠達到的真空度（一般運行真空度40kPa）的影響，析出的微細泡量很有限，且構造復雜，運行維修不方便，現已逐步淘汰。
4 加壓溶氣氣浮設備
加壓溶氣氣浮設備是將清水加壓至（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。從而實現固-液分離。加壓溶氣氣浮設備是目前應用范圍較為廣泛的一種氣浮設備。該設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。
加壓溶氣氣浮設備主要有空氣飽和設備、空氣釋放及與廢水相混合的設備、固-液或液-液分離設備三部分組成。根據原水中所含懸浮物的種類、性質、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用最廣。與其它氣浮設備相比，具有以下特點：
⑴在加壓條件下，空氣溶解度大，供氣浮用的氣泡數量多，能夠確保氣浮效果；
⑵溶入的氣體經驟然減壓釋放，產生的氣泡不僅微細、粒度均勻、密集度大，而且上浮穩定，對液體擾動小，因此特別適用于對疏松絮凝體、細小顆粒的固液分離；
⑶工藝過程及設備比較簡單，便于管理、維護；
⑷特別是部分回流式，處理效果顯著、穩定，并能較大地節約能耗。
4.1組合式氣浮設備
此種設備屬于加壓溶氣氣浮。它廣泛用于造紙、印染、電鍍、化工、食品、煉油等工業廢水處理。在部分企業應用情況見表2。
表2 加壓溶氣組合氣浮的實際應用情況
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從表2數據可以看出，加壓溶氣組合氣浮設備處理廢水的COD、SS去除率在78%-95%之間，處理能力在30-150 m3/h左右。
4.2高效淺池氣浮設備
高效淺池氣浮設備的出現，是氣浮凈水技術的一個重大突破。它改傳統氣浮的靜態進水動態出水，為動態進水靜態出水，應用“零速原理”，使浮選體在相對靜止的環境中垂直浮上水面，實現固-液分離的。“零速原理”使上浮路程減至最小，且不受出水流速的影響，上浮速度達到或接近理論最大值，污水在凈化池中的停留時間由傳統氣浮的30－40分鐘減至僅需3－5分鐘，極大地提高了處理效率，設備體積隨之大幅減小，且可架空、疊裝、設置于建筑物上，少占地或不占地。隨著布水裝置的旋轉，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，不存在氣浮死區和氣泡不均勻區，從而大大提高了凈化效率。
淺池氣浮設備是將進水口、出水口和氣浮刮渣斗安裝在繞氣浮池中央回轉的回轉機上。回轉機架和刮渣斗均由電機帶動并可無級調速。用同進水流速一致的速度旋轉。廢水從池中心的旋轉進水器進水，通過進水配水器布水，進水配水器的移動速度可以和進水流速相同。使原水進入池內產生零速度，按此“零速原理”進水不會對池內水流產生擾亂。使池內顆粒的沉浮在一種超靜的狀態下進行，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。與其它氣浮設備相比有以下特點：
⑴采用“淺池理論”、“零速原理”、“新溶氣機理”設計；
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，極大的降低運行成本；
⑷微細氣泡與絮粒的沾附發生于包括接觸區在內的整個氣浮分離過程；
⑸強制布水，進出水都是靜態的；
⑹清水的排出是在固液分離以后進行的，浮渣瞬時隔離排除，水體擾動小；
⑺出渣含固率高達3%-5%，懸浮物去除率達99.5%，池底設有刮泥板，自動刮除沉降污泥；
⑻采用的溶氣管設計獨特，體積小，溶氣效率高，操作方便，占地面積小；
⑼設備運行效率高，穩定性好，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，保證實現共聚氣浮；
⑾具有多項調節功能，能隨處理水質水量的變化而變化。
淺池氣浮是工業廢水物化處理中新型高效氣浮處理設備，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、市政污水回用等領域。和加藥設備、溶氣設備、泵等輔助設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。采用本設備能大幅度降低投資和運行費用，節約大量的耕地，當用于處理大規模污水時尤為顯著。國內外加壓溶氣氣浮處理設備性能比較和淺池氣浮設備在造紙工業的應用情況分別見表3、表4。
表3 國內外加壓溶氣氣浮設備性能比較
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表4 高效淺池氣浮設備的實際應用情況
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由表3可見，各項數據表明淺池氣浮處理效果優于曝氣氣浮，在淺池氣浮中離子氣浮的COD、SS處理技術指標及使用效果更佳。
從表4統計數據分析，淺池氣浮設備懸浮物的去除率達92.8%以上，COD的去除率為65.3%以上，處理設施對SS的去除效果較為明顯，此外，數據表明淺池氣浮設備的處理能力在300-850m3/h以上。
4 結語
⑴散氣氣浮設備處理水量為25-163m3/h，處理廢水量較小，對不可溶性物質及懸浮物的處理效果較為明顯。除油效果一般可達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。加入合適的化學藥劑后，處理廢水的COD、SS去除率均在80%左右。
⑶淺池氣浮設備的處理能力在300-850m3/h以上，懸浮物的去除率達92.8%以上，COD的去除率為65.3%以上，設備對SS的去除效果最為明顯。同時設備水力停留時間只有3-5分鐘，比其它氣浮設備占地更少，技術含量高、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，節約了水資源，有可觀的經濟效益。
⑷對幾種氣浮設備的應用與比較，建議在廢水處理工藝選擇氣浮設備時，應根據廢水的水質水量、廢水可回收利用價值、占地面積、設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備。廢水處理規模超過300m3/h時應考慮選擇淺池氣浮設備。
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