孟興智，張 仂，謝承友，賈 超

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

氣浮法水處理技術是20世紀70年代～80年代發(fā)展起來的一種新型的固—液、液—液分離新技術，該技術廣泛應用于油田、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)的油類或懸浮的微生物藻類以外，更廣泛應用于除去(污)水中密度接近于水、無法自然沉降又難于自然上浮的微細懸浮顆粒狀態(tài)的雜質(zhì)，具有應用范圍廣、氣浮時間設備體積小、絮凝藥劑消耗量少等優(yōu)點。因此更適合水中懸浮物比重較輕，現(xiàn)場場地無法提供足夠停留時間的情況[2]。

1 氣浮法的工作原理

氣浮是利用廢水中的顆粒(或油類)的疏水性，通過向氣浮設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來。

根據(jù)以上描述，氣浮法水處理工藝必須滿足下述基本條件：

(1)水中的被處理污染物表面應呈疏水性；

(2)必須向水中提供足夠量的細微氣泡；

(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，共同作用從而實現(xiàn)水與污染物的分離目的。

2 氣浮法的應用領域

在水處理技術領域，氣浮法固—液或液—液分離技術主要應用在以下幾個方面：

(1)機械工業(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一步去除水中微細顆粒物；

(3)污水中有用物質(zhì)的回收。如：造紙廠紙機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]。

目前新的應用領域還在不斷發(fā)現(xiàn)和拓展之中。

3 氣浮法工藝的分類

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系，這些都取決于產(chǎn)生氣泡的方式。因此常見的氣浮法工藝，從氣泡產(chǎn)生方式上可分為兩大種：自然布氣法氣浮與加壓溶氣法氣浮[4]。

3.1 布氣法氣浮

布氣法氣浮是利用機械剪切力，將混合于水中的空氣碎成細小的氣泡，以進行氣浮的方法。按粉碎氣泡方法的不同，布氣氣浮又分為水泵吸水管吸氣浮、射流氣浮、擴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多， 一般不大于吸水量的10%(按體積計)，否則將破壞水泵吸水管的負壓工作。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行氣浮。射流器由噴嘴射出的高速水流使吸入室形成負壓，并從吸氣管吸入空氣，在水氣混合體進入喉管段后進行激烈的能量交換，空氣被粉碎成微小氣泡，然后直入擴散段，動能轉(zhuǎn)化為勢能，進一步壓縮氣泡、增大了空氣在水中的溶解度，最終進入氣浮池中進行氣水分離。

(3)擴散板曝氣氣浮。

這種布氣浮比較傳統(tǒng)，壓縮空氣通過具有微細孔隙的擴散板或擴散管，使空氣以細小氣泡的形式進入水中，但由于擴散裝置的微孔過小易于堵塞。若微孔板孔徑過大，必須投加表面活性劑，方可形成可利用的微小氣泡，從而導致該種方法使用受到限制。但近年研制、開發(fā)的彈性膜微孔曝氣器，克服了擴散裝置微孔易堵或孔徑大等缺點，用微孔彈性材料制成的微孔盤起到擴張、關閉作用。

(4)葉輪氣浮。

葉輪在電機的驅(qū)動下高速旋轉(zhuǎn)，在蓋板下形成負壓吸入空氣，廢水由蓋板上的小孔進入，在葉輪的攪動下，空氣被粉碎成細小的氣泡，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，進行氣浮。形成的泡沫不斷地被緩慢轉(zhuǎn)動的刮板刮出槽外。

布氣氣浮法適用于處理水量小，而污染物質(zhì)濃度高的廢水。除油效果一般可達80%左右，布氣氣浮的優(yōu)點是設備簡單，易于實現(xiàn)。但其主要的缺點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，運動速度快，氣泡與被去除污染物質(zhì)的接觸時間短，這些因素都使布氣浮達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、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，處理后的廢水通過溢流堰和出水管排出。

全溶氣氣浮法的優(yōu)點：①溶氣量大，增加了油?；驊腋☆w粒與氣泡的接觸機會；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，因此投資和運轉(zhuǎn)動力消耗較大。

(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，其余廢水直接進入氣浮池并在氣浮池中與溶氣廢水混合。其特點為：①較全流程溶氣氣浮法所需的壓力泵小，故動力消耗低；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行加壓和溶氣，減壓后直接進入氣浮池，與來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%。其特點為：①加壓的水量少，動力消耗??；②氣浮過程中不促進乳化；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，一般由試驗確定。

4 氣浮法應用實例

國內(nèi)某井礦鹽廠的鹵水在一段時間之內(nèi)化學需氧量(COD)含量較高，且經(jīng)過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懸浮在沉降器內(nèi)很難沉降，蒸發(fā)時氫氧化鎂細粉在蒸發(fā)罐表面累計(圖1)，造成蒸發(fā)的沸點升明顯升高，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，在不同時間的不同設備位置處取樣檢測出的COD含量見表1。

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

在不同時間的不同設備位置處取樣檢測出的鹵水濁度含量見表2。

表2 氣浮裝置對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，氣浮裝置對去除鹵水中的COD和自然沉降難以去除的不溶物細粉具有明顯的效果。

5 結論

氣浮法水處理技術從工業(yè)污水處理行業(yè)發(fā)展而來，用途日益廣泛。通過在制鹽行業(yè)的實踐證明，該技術在去除鹵水中的COD時效果明顯，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顆粒，減少沉降設備的面積，適合在制鹽企業(yè)鹵水凈化生產(chǎn)中推廣。