气浮工艺及加压溶气气浮的原理与设计要点

1 / 13 （一）基本概念 气浮处理法就是向废水中通人空气，并以微小气泡形式从水中析出成为载 体，使废水中的乳化油、微小悬浮颗粒等污染物质粘附在气泡上，随气泡一起 上浮到水面，形成泡沫一气、水、颗粒（油）三相混合体，通过收集泡沫或浮 渣达到分离杂质、净化废水的目的。浮选法主要用来处理废水中靠自然沉降或 上浮难以去除的乳化油或相对密度接近于 1 的微小悬浮颗粒。 （二）气浮的基本原理 1.带气絮粒的上浮和气浮表面负荷的关系 粘附气泡的絮粒在水中上浮时，在宏观上将受到重力 G 浮力 F 等外力的影 响。带气絮粒上浮时的速度由牛顿第二定律可导出，上浮速度取决于水和带气 絮粒的密度差，带气絮粒的直径（或特征直径）以及水的温度、流态。如果带 带气絮粒中气泡所占比例越大则带气絮粒的密度就越小；而其特征直径则相应 增大，两者的这种变化可使上浮速度大大提高。 然而实际水流中；带气絮粒大小不一，而引起的阻力也不断变化，同时在 气浮中外力还发生变化，从而气泡形成体和上浮速度也在不断变化。具体上浮 速度可按照实验测定。根据测定的上浮速度值可以确定气浮的表面负荷。而上 浮速度的 确定须根据出水的要求确定。 2.水中絮粒向气泡粘附 如前所述，气浮处理法对水中污染物的主要分离对象，大体有两种类型即 混凝反应的絮凝体和颗粒单体。气浮过程中气泡对混凝絮体和颗粒单体的结合 可以有三种方式，即气泡顶托，气泡裹携和气粒吸附。显然，它们之间的裹携 和粘附力的强弱，即气、粒（包括絮废体）结合的牢固程度与否，不仅与颗 粒、絮凝体的形状有关，更重要的受水、气、粒三相界面性质的影响。水中活 性剂的含量，水中的硬度，悬浮物的浓度，都和气泡的粘浮强度有着密切的联 系。气浮运行的好坏和此有根本的关联。在实际应用中质须调整水质。 3.水中气泡的形成及其特性 2 / 13 形成气泡的大小和强度取决于空气释放时各种用途条件和水的表面张力大 小。 （表面张力是大小相等方向相反，分别作用在表面层相互接触部分的一对 力，它的作用方向总是与液面相切。） （1）气泡半径越小，泡内所受附加压强越大，泡内空气分子对气泡膜的碰 撞机 率也越多、越剧烈。因此要获得稳定的微细泡，气泡膜强度要保证。 （2）气泡小，浮速快，对水体的扰动小，不会撞碎絮粒。并且可增大气泡 和絮粒碰撞机率。但并非气泡越细越好，气泡过细影响上浮速度，因而气浮池 的大小和工程造价。此外投加一定量的表面活性剂，可有效降低水的表面张力 系数，加强气泡膜牢度，r 也变小。 （3）向水中投加高溶解性无机盐，可使气泡膜牢度削弱，而使气泡容易破 裂或 并大。 4、表面活性剂和混凝剂在气浮分离中的作用和影响 （1）表面活性物质影响 如水中缺少表面活性物质时，小气泡总有突破泡壁与大泡并合的趋势，从 而破坏气浮体稳定。此时就需要向水中投加起泡剂，以保证气浮操作中气泡的 稳定。所谓起泡剂，大多数是由极性一非极性分子组成的表面活性剂，表面活 性剂的分子结构符号一般用 0 表示，圆头端表示极性基，易溶于水，伸向水中 （因为水是强 极性分子）；尾端表示非极性基，为疏水基，伸人气泡。由于同号电荷的 相斥作用，从而防止气泡的兼并和破灭，增强了泡沫稳定性，因而多数表面活 性剂也是起泡剂。 对有机污染物含量不多的废水进行气浮法处理时，气泡的分散度和泡沫的 稳定性可能时是必须的（例如饮用水的气浮过滤）。但是当其浓度超过一定限 3 / 13 度后由于表面活性物质增多，使水的表面张力减小，水中污染粒子严重乳化， 表面电位增高，此时水中含有与污染粒子相同荷电性的表面活性物的作用则转 向反面，这时尽管起泡现象强烈，泡沫形成稳定；但气一粒粘附不好，气浮效 果变低。因此，如何掌握好水中表面活性物质的最佳含量，便成为气浮处理需 要探讨的重要课题之一。 （2）混凝剂投加产生的带电絮粒 对含有细分散亲水性颗粒杂质（例如纸浆、煤泥等）的工业废水，采用气 浮法处理时，除应用前述的投加电解质混凝剂进行表面电中和方法外，还可向 水中投加（或水中存在）浮选剂，也可使颗粒的亲水性表面改变为疏水性，并 能够与气泡粘附。当浮选剂（亦属二亲分子组成的表面活性物）的极性端被吸 附在亲水性颗粒表面后，其非极性端则朝向水中，这样具有亲水性表面的物质 即转变为疏水性，从而能够与气泡粘附，并随其上浮到水面。 浮选剂的种类很多，使用时能否起作用，首先在于它的极性端能否附着在 亲水性污染物质表面，而其与气泡结合力的强弱，则又取决于其非极性端链的 长短。 如分离洗煤废水中煤粉时所采用的浮选剂为脱酚轻油、中油、柴油、煤油 或松油等。 （三）、气浮工艺的形式 气浮净水上艺已开发出多种形式。按其产生气泡方式可分为 布气法气浮（包括转子碎气法、微孔布气法，叶轮散气浮选法等）电解气 浮法；生化气浮法（包括生物产气浮法，化学产气气浮）；溶解空气气浮（包 括真空气浮法，压力气浮法 的全溶气式、部分溶气式及部分回流溶气式）。 1.布气气浮 布气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 4 / 13 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四种。 （1）水泵吸水管吸人空气气浮 这是最简单的一种气浮方法。由于水泵工作特性的限制，吸人的空气量不 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，这 种方法用于处理通过除油池后的含油废水，除油效率一般为 5065。 （2）射流气浮 采用以水带气射流器向废水中混入空气进行气浮的方法。射流器由喷嘴射 出的高速水流使吸人室形成负压，并从吸气管吸人空气，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，然后直人扩散段，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。 射流器各部位的尺寸及有关参数，一般都是通过试验来确定其最佳尺寸 的。 （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 5 / 13 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。 叶轮直径一般多为 200400mm，最大不超过 600700mm。叶轮的转速多采 用 900～1500r／min，圆周线速度则为 10～15m/s。气浮池充水深度与吸气量有 关一般为 1.5～ 2.0m 但不超过 3m。叶轮与导向叶片间的间距也能够影响吸气量的大小， 实践证明，此间距超过 8mm 将使进气量大大降低。 这种气浮设备适用于处理