氣浮的原理和種類(lèi)（二）

要阻力來(lái)自 液膜，而氣膜中的傳質(zhì)阻力與之相比，可以忽略而不計。即要強化溶氣過(guò)程，除應有足夠的傳質(zhì)推動(dòng)力外，關(guān)鍵在于擴

大液相界面或減薄液膜厚度。但實(shí)際上在紊流 劇烈的自由界面上是難以存在穩定的層流膜。因此便出現了隨機表面更新理論，這種

理論增加了表面更新速率，即在考慮氣液接觸界面傳質(zhì)時(shí)，引入了氣相、液相在 單位時(shí)間內因渦流擴散而流入氣、液更新界面的傳

質(zhì)因素，從而使理論和實(shí)際更為接近。

（五）加壓溶氣氣浮工藝流程

加壓溶氣氣浮法在國內外應 用最為廣泛。目前壓力氣氣浮法應用最為廣泛。與其他方法相比，它具有以下優(yōu)點(diǎn)：在加壓條件下，空

氣的溶解度 大，供氣浮用的氣泡數量多，能夠確保氣浮效果；

溶入的氣體經(jīng)驟然減壓釋放， 產(chǎn)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(dòng)微小，因此特別適用于對疏

松絮凝體、細小顆粒的固液分離；

工藝過(guò)程及設備比較簡(jiǎn)單，便 于管理、維護； 特別是部分回流式，處理效果 顯著(zhù)、穩定，并能較大地節約能耗。

水泵自調節池將原水提升到反應池。絮凝劑在吸水管上(泵前)投入，并經(jīng)葉輪混合于反應池 中進(jìn)行絮凝，根據廢水的性質(zhì)不同反應

池的強度和反應時(shí)間應有所調整。反應后的絮凝水進(jìn)入氣浮池的接觸區，與來(lái)自溶氣釋放器釋出的溶氣水相混合，此時(shí)水中的 絮粒

和微氣泡相互碰撞粘附，形成帶氣絮粒而上浮，并在分離區進(jìn)行固液分離，浮至水面的泥渣由刮渣機刮至排渣槽排出。清水則由穿

孔集水管匯集至集水槽后出 流。部分清水經(jīng)由回流水泵加壓后進(jìn)入溶氣罐，在罐內與來(lái)自空壓機的壓縮空氣相互接觸溶解，飽和溶

氣水從罐底通過(guò)管道輸向釋放器。

壓力溶氣氣浮法工藝主要由 三部分組成，即壓力溶氣系統、溶氣釋放系統及氣浮分離系統。

（A）壓力溶氣系統。它包括水 泵、空壓機、壓力溶氣罐及其它附屬設備。其中壓力溶氣罐是影響溶氣效果的關(guān)鍵設備。

采用空壓機供氣方式的溶氣 系統是目前應用最廣泛的壓力溶氣系統。氣浮法所需空氣量較少，可選用功率小的空壓機，并采取間歇

運行方式。此外空壓機供氣還可以保證水泵的壓力不致有大的損失。一般水泵至溶氣罐的壓力約0.5MPa，因此可以節省能耗。

（B）溶氣釋放系統。它一般是由 釋放器（或穿孔管、減壓閥）及溶氣水管路所組成。溶氣釋放器的功能是將壓力溶氣水通過(guò)消能

、減壓，使溶入水中的氣體以微氣泡的形式釋放出來(lái)，并能迅速而均 勻地與水中雜質(zhì)相粘附。

對溶氣釋放器的具體要求是：

充分地減壓消能，保證溶人水中的氣體能充分地全部釋放出來(lái)；

消能要符合氣體釋出的規律， 保證氣泡的微細度，增加氣泡的個(gè)數，增大與雜質(zhì)粘附的表面積，防止微氣泡之間的相互碰撞而使氣

泡擴大；

創(chuàng )造釋氣水與待處理水中絮凝 體良好的粘附條件，避免水流沖擊，確保氣泡能迅速均勻地與待處理水混合，提高"捕捉"機率；

為了迅速地消能，必須縮小水 流通道，故必須要有防止水流通道堵塞的措施；

構造力求簡(jiǎn)單，材質(zhì)要堅固、 耐腐蝕，同時(shí)要便于加工、制造與拆裝，盡量減少可動(dòng)部件，確保運行穩定、可靠；

溶氣釋放器的主要工藝參數 為：釋放器前管道流速：1m/s以下，釋放器的出口流速以0.4～０.5m／s為宜；沖洗時(shí)狹窄縫隙的張開(kāi) 

度為5mm；每個(gè)釋放器的作用范圍30~100cm。

（C）氣浮分離系統。它一般可分 為三種類(lèi)型即平流式、豎流式及綜合式。其功能是確保一定的容積與池的表面積，使微氣泡群與

水中絮凝體充分混合、接觸、粘附，以保證帶氣絮凝體與清水分離。

下面以平流式氣浮池為例分 析帶氣絮凝體上浮分離過(guò)程的運動(dòng)狀態(tài)。

帶氣絮粒在接觸室內通過(guò)浮 力、重力與水流阻力的平衡作用后，取得了向上的升速U上。進(jìn)入分離區后，又受到兩 個(gè)力的作用：一

是水流擴散后由水平推力所產(chǎn)生的水平向流速U推；二是由于底部出流所產(chǎn)生 的向下流速U下。這兩種流速的合速度大 小及方向決

定了帶氣絮凝體或是上浮去除，或是隨水流挾出。至于其中上升或下降的速度則視合成速度U合在縱軸上投影的大小。 該速度影響

了氣浮的處理效 果。絮凝體的大小，氣泡的大小，氣浮池體中水流向下的速度三者直接影響合成向上速度。合成向上的速度越大，

氣浮的去除效率越高，氣浮池體的就越小，整個(gè)工 程造價(jià)越低。要使上浮效果好，首先在池體中盡量降低U下。它可用擴大底部出

流面積 或提高出水的均勻度實(shí)現，隨著(zhù)底部的均勻集流、出流，水流到池未端U平約為零，這有利于上浮力較 小的帶氣絮凝體的分

離； 如要提前實(shí)現上浮去除，應 盡量降低u平，這可用擴大氣浮池橫斷 面的方式來(lái)實(shí)現。接著(zhù)要處理好絮凝體的大小，通過(guò)加藥

混合，和絮凝反應來(lái)完成，應注意控制以下幾個(gè)點(diǎn)，藥劑的品種，投藥量，藥劑和污水的混合時(shí)間和混合強 度，藥劑的投加點(diǎn)，藥

劑和污水的反應時(shí)間和反應強度，產(chǎn)生的絮凝體的大小。另外還要控制溶氣系統中氣泡的大小。

豎流式氣浮池分離區中顆粒 的運動(dòng)狀態(tài)與平流式相似。但其水平向分速要小得多、而且隨徑向距離的增加，斷面迅速擴展，u平迅

速變小。特別是豎流式的 流速方向改政變不大，絮凝體主要受到向上水流推動(dòng)力的慣性作用，顆粒的向上分速增大，使得帶氣絮凝

體與水體的分離條件比平流式要優(yōu)越得多。不過(guò)究竟采用什 么形式還需要對各方面的條件進(jìn)行綜合評價(jià)后才能確定。

（六）電解氣浮氣浮工藝流程

電解氣浮法對廢水進(jìn)行電 解，這時(shí)在陰極產(chǎn)生大量的氫氣泡，氫氣泡的直徑很小，僅有20～100微米，它們起著(zhù)氣浮劑的作 用。廢

水中的懸浮顆粒粘附在氫氣泡上，隨其上浮，從而達到了凈化廢水的目的。與此同時(shí)，在陽(yáng)極上電離形成的氫氧化物起著(zhù)混凝劑的

作用，有助于廢水中的污泥 物上浮或下沉。

電解氣浮法的優(yōu)點(diǎn)是：能產(chǎn) 生大量小氣泡；在利用可溶性陽(yáng)極時(shí)，氣浮過(guò)程和混凝過(guò)程結合進(jìn)行；裝置構造簡(jiǎn)單，是一種新的廢水

凈化方法。

這是最近幾年在水處理領(lǐng)域 才出現的二種工藝，由于這種方法具有設備簡(jiǎn)單；管理方便；運行條件易于控制、裝置緊湊、效果良好

，因而發(fā)展很快。

（七）溶氣浮法的設計與計算

(A)設計要點(diǎn)及注意事項

（1）要充分研究探討待處理水的 水質(zhì)情況，分析采用氣浮工藝的合理性和適用性；

（2）在有條件的情況下，對需處 理的廢水應進(jìn)行必要的氣浮小型試驗或模型試驗。并根據試驗結果選擇適當的溶氣壓力及回流比

（指溶氣水量與待處理水量的比值）。通常溶氣壓力采用0.2~0.4MPa，回流比取5％~100%一之間，回流比的確定需和 懸浮物的濃度

聯(lián)系起來(lái)。濃度高回流比大，濃度小回流比小。

（3）根據試驗時(shí)選定的混凝劑種 類(lèi)、投加量、絮凝時(shí)間、反應程度等，確定反應形式及反應時(shí)間，一般沉淀反應時(shí)間較短，以2一

30分鐘為宜；

（4）確定氣浮池的池型，應根據 對處理水質(zhì)的要求、凈水工藝與前后處理構筑物的銜接、周?chē)�地形和構筑物的協(xié)調、施工難易程

度及造價(jià)等因素綜合地加以考慮。反應池宜與氣浮池合建。為避免打 碎絮體，應注意構筑物的銜接形式。進(jìn)人氣浮池接觸室的流速

宜控制在0.1m／s以?xún)龋?/p>

（5）接觸室必須對氣泡與絮凝體 提供良好的接觸條件，同時(shí)寬度應考慮安裝和檢修的要求。水流上升流速一般取10~20mm／s：，

水流在室內的停留時(shí)間不 宜小于60秒。

（6）接觸室內的溶氣釋放器，需 根據確定的回流量，溶氣壓力及各種型號釋放器的作用范圍按下表來(lái)選定:

(7)氣浮分離室需根據帶氣絮體 上浮分離的難易程度和水質(zhì)的處理要求而定。選擇水流（向下）的流速，一般取1.5~3.0mm／s，即

分離室的表面負荷率取 5.4~10.8m3/(m2.h)；

（8）氣浮池的有效水深一般取2.0~2.5m，池中水流停留時(shí)間一般為10~20min； （９）氣浮池的長(cháng)寬比無(wú)嚴格 要求；一般以單格寬

度不超過(guò)10m，池長(cháng)不超過(guò)15m為宜；

（10）氣浮池的排渣一般采用刮 渣機定期排除。集渣槽可設置在池的一端或兩端.;刮渣機的行車(chē)速度宜控制在5m／min以?xún)龋?/p>

（11）氣浮池集水應力求均勻， 一般采用穿孔集水管，集水管的最大流速宜控制在0.5m／s左右；

(B)設計程序

1、進(jìn)行實(shí)驗室或現場(chǎng)試驗

由于廢水種類(lèi)繁多，即使是 同類(lèi)型的廢水，其水質(zhì)變化也很大。通常的設計參數也只是經(jīng)驗統計值。因此可靠的辦法最好采用實(shí)驗

室或現場(chǎng)小型試驗取得的結果作為設計依據。

2、確定設計方案在進(jìn)行現場(chǎng) 查勘及綜合分析各種資料的基礎上，確定主體設計方案。

（1）溶氣方式采用全溶氣式還是 部分回流式；

（2）氣浮池池型選用平流式還是 豎流式，取圓形、方形還是矩形；

（3）在氣浮前或后是否需要用預處理或后續處理構筑物，其形式怎樣，如何銜接？

（4）浮渣處理與處置途徑；

（5）工藝流程及平面布置的初步 確定及合理性分析。

3、設計計算（不包括一般處 理構筑物的常規計算）

4 提 供廢水性質(zhì)，詳細的表格參見(jiàn)后面的附表。

（八）溶氣浮法的主要設備的設計

（一）溶氣釋放器

(1)釋氣完全，在0.15MPa以上能釋放溶氣量的99%左右;

(2)能在較低壓力下工作，在0.2MPa以上時(shí)能取得良好的凈水效 果，節約電耗：

(3)釋出的氣泡微細，氣泡平均 直徑為20-40微米，氣泡密集，附著(zhù)性能 良好。

(二)壓力溶氣罐

溶氣效率達80%以上

4

技術(shù)經(jīng)濟分析

由于凈水工藝中沉淀法沿用 了多年，人們選用氣浮法自然地要與沉淀法比較。其實(shí)，兩種方法各具特點(diǎn)，對于輕飄易浮的雜質(zhì)宜采

用溶氣氣浮法，；對于密實(shí)沉重的雜質(zhì)宜采用沉淀法。通常通過(guò)投藥、混合反應后形成的絮體，當上浮速度快于沉淀時(shí)，則選用氣

浮法為好。因為氣浮法占地面積小（僅為沉淀法的1／8一１／２），池容積也小（僅 為沉淀法的１／８－１／４），處理后出水水

質(zhì)好，不僅濁度及ＳＳ低而且溶解氧高，排出的浮渣含水率遠遠低于沉淀法排出的污泥。一般污泥體積比為1／１０－１／2，這給

污泥的進(jìn)一步處理和處 置既帶來(lái)了較大方便，又節約了費用。

有些廢水同時(shí)含可沉、可浮的雜質(zhì)，單獨使用氣浮或沉淀效果都不理想。此時(shí)可將沉淀與氣浮結合，發(fā)揮各自?xún)?yōu)點(diǎn)，不僅會(huì )提高處

理效果， 而且也節省投資和運行費用。

生產(chǎn)實(shí)踐表明，氣浮池不僅在除色、去濁上優(yōu)于沉淀池，而且在降低污染水的COD、木質(zhì)素以及提取氧等方面 都顯出極其獨特的優(yōu)

點(diǎn)，其造價(jià)也比平流沉淀池、斜管沉淀池、水力或機械加速澄清池低，其運行費用也略低。

盡管氣浮法凈水因其獨特優(yōu)點(diǎn)而日露鋒芒，但要充分發(fā)揮其特點(diǎn)，目前還應重點(diǎn)在以下應三個(gè)方面進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)。

1．氣泡進(jìn)一步微細化。

眾所周知，在相等的釋氣量 條件下，所產(chǎn)生的微氣泡越細，則氣泡個(gè)數越多越密集，粘附的絮粒也越小，凈水效果也就越好，而且

形成的浮渣也越穩定。因此。研究氣泡平均直徑更小的溶氣釋 放器是當前提高氣浮凈水技術(shù)的一個(gè)途徑。它不僅能提高現有凈水對

象的去除效果，而且還能開(kāi)拓氣浮法凈水的應用范圍。

2．直接切割氣體制造微氣泡

壓力溶氣氣浮法凈水存在兩 個(gè)問(wèn)題：第一是壓力溶氣相對能耗較大；第二是溶氣水量的加入增大了氣浮池內的水力負荷，給分離帶

來(lái)困難。解決這兩個(gè)問(wèn)題的理想辦法是研制直接產(chǎn)生微氣泡的 布氣裝置，通過(guò)該裝置將氣體切割成穩定、微細、密集的微氣泡群，

從而極大限度地降低能耗，而且不會(huì )增加氣浮池容積。盡管直接布氣法難度很大，但它是最有吸 引力的研究方向。

3．固、液分離技術(shù)。

為了提高固、液分離技術(shù)， 充分發(fā)揮氣浮凈水的優(yōu)勢，除上述氣泡進(jìn)一步微細化與采用直接布氣法外，改善固、液分離效果也是一

個(gè)重要方面。因為氣浮凈水的最終目的還是體現在提高分離效 果上。如果設法將電凝聚氣浮的泡、絮同時(shí)形成并凝聚的這個(gè)概念引

人壓力溶氣氣浮法中則有可能大大提高其分離效果。這個(gè)概念可稱(chēng)共凝聚氣浮。為了適應共凝聚 氣浮，應該研制一種新型的溶氣釋

放器，它應該延時(shí)釋出高度密集的超微氣泡，在與投藥混合后的初級反應水（確切說(shuō)，微絮粒尚未形成時(shí)的水）充分混和時(shí)，兩者 

同時(shí)成長(cháng)，即超微氣泡與微絮粒同時(shí)形成并結合在一起，進(jìn)而共同成長(cháng)為帶氣絮粒。這樣形成的帶氣絮粒在上浮過(guò)程中，不但不會(huì )

受剪力影響而使氣泡脫落，以至下 沉，而且上浮快，浮渣穩定，耗用的氣量最少。因此說(shuō)共凝聚氣浮是很有前途的研究方向。

4，如何妥善地解決粘附牢度 問(wèn)題也是當前急待解決的一個(gè)問(wèn)題。

氣浮法作為一個(gè)物化法，不僅要提高氣泡質(zhì)量（如細微度、密集度、穩定性等），而且還要十分重視改善絮粒的 性能。如果我們能

得到增水性、吸附性強的絮粒，則將大大有助于提高氣浮凈水的效果。為此，研究供氣浮用的絮凝劑和助凝劑也是迫在眉捷的一個(gè)

問(wèn)題。 正象沉淀技術(shù)的發(fā)展離不開(kāi) 沉淀理論的研究一樣，氣浮技術(shù)的發(fā)展也需要氣浮理論的指導。更何況氣浮研究的對象是液、

固、氣三相體系，比沉淀更復雜。對于氣泡的結構和特性、氣泡尺寸的 正確選擇與控制、氣泡與絮粒粘附的條件，均須深入研究。

有些理論上的新概念與假設，尚須進(jìn)一步通過(guò)實(shí)驗逐個(gè)地得到驗證與確認。因此氣浮凈水技術(shù)遠非已臻完 善，眾多的問(wèn)題等待著(zhù)我

們去研究突破。