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气浮工艺
一、气浮技术的概述
随着我国油田开发的不断深入，油田污水处理问题也随之而生，其中气浮作为一种净水技术，越来越受到石油化工行业的重视。目前，海上平台、炼油及石油化工等含油污水的处理都采用了气浮作为中间处理单元，天然气处理厂也增加了气浮装置。气浮法通常作为对含油污水隔油后的补充处理，即为生化处理之前的预处理，经过气浮处理，可将含油量降到30mg/L以下，再经过生化处理，出水含有可达到10mg/L以下。含油量较少的时，可直接进行气浮，污染严重时可经过絮凝沉淀、除油后进行气浮。
气浮技术基本原理是向水中通入空气，使水中产生大量的微细气泡，并促使其粘附于杂质颗粒上，形成比重小于水的浮体，上浮水面，从而获得分离杂质的一种净水方法。按气泡产生的方式，气浮可分为溶气气浮、充气气浮、电解气浮等。气浮过程包括气泡产生、气泡与颗粒（固体或液体）附着以及上浮分离等连续步骤。
实现气浮法分离的必要条件有两个：第一，必须向水中提供足够数量的细而均匀的微细气泡，微气泡量越多则气泡与被浮物质的接触、粘附的机会也越多，气浮效果越好。气泡理想尺寸为15～ 30μm；第二，必须使目的物呈悬浮或疏水性质，从而附着于气泡上浮。对于亲水性物质，需在混凝脱稳剂的作用下变为疏水性方能被气泡粘附。影响气浮的效果有以下四个因素：
（1）微细气泡的尺寸，决定于溶气方式和释放器的构造；
（2）气固比，决定于向水中释放的空气量； 水中的空气溶解度受温度与压力影响，遵循亨利定律
（3）进水浓度、工作压力、上浮停留时间；
（4）药剂的作用：表面活性剂、絮凝剂等 气浮工艺原理
气浮除油原理主要是利用油水间表面张力大于油气间表面张力，油疏水而气相对亲水的特点，将空气通人污水中，同时加人浮选剂（主要为表面活性剂和聚合物）使油粒粘附在气泡上，气泡吸附油及悬浮物上浮到水面从而达到分离的目的，气浮法主要去除的是残余浮油和不含表面活性剂的分散油。
采用高效溶气装置，将空气（或其它净化过的气体）溶入部分净化过的水（回流水）中，然后通过高效率的释放器，将溶于水中的气体释放成粒径小于10μm的微气泡。使这些微气泡迅速吸附到污水中的悬浮物或油粒的表面上，减轻絮体的整体比重，从而达到迅速上浮，与水分离，便可达到净化水质的目的。
这一过程大体由四个步骤完成①向处理水中投加混凝剂--反应池（沉底池）②使污水中微细油粒及悬浮物凝聚成为大的含油絮凝体③溶入空气的水减压时放出大量分散的细微气泡④细微气泡与油及悬浮物组成的絮凝体碰撞粘附（接触池）；粘附的絮凝体在气泡的带动
下，漂浮于处理水的表面，刮渣机除杂。
三、气浮工艺的形式
气浮净水工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、溶解空气法气浮、电解气浮，生物气浮法
3.1.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，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。
优点是设备简单，易于实现。但其主要的缺点是空气被粉碎的不够充分，形成的气泡粒度较大，一般都不小于0.1mm。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.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，加压溶气气浮法在国内外应用最为广泛此处主要介绍加压溶气气浮法。
3.2.1主要工艺设备
压力溶气气浮法工艺主要由三部分组成，即压力溶气系统、溶气释放系统及气浮分离系统。
（A）压力溶气系统。它包括水 泵、空压机、压力溶气罐及其它附属设备。其中压力溶气罐是影响溶气效果的关键设备。
采用空压机供气方式的溶气系统是目前应用最广泛的压力溶气系统。气浮法所需空气量较少，可选用功率小的空压机，并采取间歇运行方式。此外空压机供气还可以保证水泵的压力不致有大的损失。一般水泵至溶气罐的压力约0.5MPa，因此可以节省能耗。
（B）溶气释放系统。它一般是由释放器（或穿孔管、减压阀）及溶气水管路所组成。溶气释放器的功能是将压力溶气水通过消能、减压，使溶入水中的气体以微气泡的形式释放出来，并能迅速而均 匀地与水中杂质相粘附。
（C）气浮分离系统。它一般可分为三种类型即平流式、竖流式及综合式。其功能是确保一定的容积与池的表面积，使微气泡群与水中絮凝体充分混合、接触、粘附，以保证带气絮凝体与清水分离。
3.2.2工作方式
（１）全流程溶气气浮法
全流程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人气浮池。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。用刮板将浮渣连排入浮渣槽,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。
全流程溶气气浮法的优点：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，动力消耗省；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。
3.2.3优势
评价溶气系统的技术性能指标主要有两个：溶气效率和单位能耗。与其他方法相比，它具有以下优点：
在加压条件下，空气的溶解度大，供气浮用的气泡数量多，能够确保气浮效果；
溶入的气体经骤然减压释放，产生的气泡不仅微细、粒度均匀、密集度大、而且上浮稳定，对液体扰动微小，因此特别适用于对疏松絮凝体、细小颗粒的固液分离；
工艺过程及设备比较简单，便于管理、维护； 特别是部分回流式，处理效果显著、稳定，并能较大地节约能耗。
3.3电解气浮 气浮工艺流程
电解气浮法对废水进行电解，这时在阴极产生大量的氢气泡，氢气泡的直径很小，仅有20～100微米，它们起着气浮剂的作用。废水中的悬浮颗粒粘附在氢气泡上，随其上浮，从而达到了净化废水的目的。与此同时，在阳极上电离形成的氢氧化物起着混凝剂的作用，有助于废水中的污泥 物上浮或下沉。
电解气浮法的优点是：能产生大量小气泡；在利用可溶性阳极时，气浮过程和混凝过程结合进行；装置构造简单，是一种新的废水净化方法。
这是最近几年在水处理领域才出现的二种工艺，由于这种方法具有设备简单；管理方便；运行条件易于控制、装置紧凑、效果良好，因而发展很快。
四、溶气浮法的设计与计算
(A)设计要点及注意事项
（1）要充分研究探讨待处理水的水质情况，分析采用气浮工艺的合理性和适用性；
（2）在有条件的情况下，对需处理的废水应进行必要的气浮小型试验或模型试验。并根据
试验结果选择适当的溶气压力及回流比（指溶气水量与待处理水量的比值）。通常溶气压力采用0.2~0.4MPa，回流比取5％~100%一之间，回流比的确定需和悬浮物的浓度联系起来。浓度高回流比大，浓度小回流比小。
（3）根据试验时选定的混凝剂种类、投加量、絮凝时间、反应程度等，确定反应形式及反应时间，一般沉淀反应时间较短，以2一30分钟为宜；
（4）确定气浮池的池型，应根据对处理水质的要求、净水工艺与前后处理构筑物的衔接、周围地形和构筑物的协调、施工难易程度及造价等因素综合地加以考虑。反应池宜与气浮池合建。为避免打碎絮体，应注意构筑物的衔接形式。进人气浮池接触室的流速宜控制在0.1m／s以内；
（5）接触室必须对气泡与絮凝体提供良好的接触条件，同时宽度应考虑安装和检修的要求。水流上升流速一般取10~20mm／s：，水流在室内的停留时间不 宜小于60秒。（6）接触室内的溶气释放器，需根据确定的回流量，溶气压力及各种型号释放器的作用范围按下表来选定:
(7)气浮分离室需根据带气絮体上浮分离的难易程度和水质的处理要求而定。选择水流（向下）的流速，一般取1.5~3.0mm／s，即分离室的表面负荷率取 5.4~10.8m3/(m2.h)；（8）气浮池的有效水深一般取2.0~2.5m，池中水流停留时间一般为10~20min；
（９）气浮池的长宽比无严格要求；一般以单格宽度不超过10m，池长不超过15m为宜；
（10）气浮池的排渣一般采用刮渣机定期排除。集渣槽可设置在池的一端或两端.;刮渣机的行车速度宜控制在5m／min以内；
（11）气浮池集水应力求均匀，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)设计程序
1、进行实验室或现场试验
由于废水种类繁多，即使是同类型的废水，其水质变化也很大。通常的设计参数也只是经验统计值。因此可靠的办法最好采用实验室或现场小型试验取得的结果作为设计依据。
2、确定设计方案在进行现场 查勘及综合分析各种资料的基础上，确定主体设计方案。
（1）溶气方式采用全溶气式还是 部分回流式；
（2）气浮池池型选用平流式还是 竖流式，取圆形、方形还是矩形；
（3）在气浮前或后是否需要用预处理或后续处理构筑物，其形式怎样，如何衔接（4）浮渣处理与处置途径；
（5）工艺流程及平面布置的初步 确定及合理性分析。
3、设计计算（不包括一般处理构筑物的常规计算）
五、溶气浮法的主要设备的设计
（一）溶气释放器
(1)释气完全，在0.15MPa以上能释放溶气量的99%左右;
(2)能在较低压力下工作，在0.2MPa以上时能取得良好的净水效 果，节约电耗：
(3)释出的气泡微细，气泡平均 直径为20-40微米，气泡密集，附着性能 良好。
(二)压力溶气罐 ：溶气效率达80%以上
六、技术经济分析
由于净水工艺中沉淀法沿用了多年，人们选用气浮法自然地要与沉淀法比较。其实，两种方法各具特点，对于轻飘易浮的杂质宜采用溶气气浮法；对于密实沉重的杂质宜采用沉淀法。通常通过投药、混合反应后形成的絮体，当上浮速度快于沉淀时，则选用气浮法为好。因为气浮法占地面积小（仅为沉淀法的1／8一１／２），池容积也小（仅 为沉淀法的１／８－１／４），处理后出水水质好，不仅浊度及ＳＳ低而且溶解氧高，排出的浮渣含水率远远低于沉淀法排出的污泥。一般污泥体积比为1／１０－１／2，这给污泥的进一步处理和处 置既带来了较大方便，又节约了费用。
有些废水同时含可沉、可浮的杂质，单独使用气浮或沉淀效果都不理想。此时可将沉淀与气浮结合，发挥各自优点，不仅会提高处理效果，而且也节省投资和运行费用。
生产实践表明，气浮池不仅在除色、去浊上优于沉淀池，而且在降低污染水的COD、木质素以及提取氧等方面 都显出极其独特的优点，其造价也比平流沉淀池、斜管沉淀池、水力或机械加速澄清池低，其运行费用也略低。
七、研究方向
尽管气浮法净水因其独特优 点而日露锋芒，但要充分发挥其特点，目前还应重点在以下应三个方面进行研究开发。
1．气泡进一步微细化。
众所周知，在相等的释气量 条件下，所产生的微气泡越细，则气泡个数越多越密集，粘附的絮粒也越小，净水效果也就越好，而且形成的浮渣也越稳定。因此。研究气泡平均直径更小的溶气释放器是当前提高气浮净水技术的一个途径。它不仅能提高现有净水对象的去除效果，而且还能开拓气浮法净水的应用范围。2．直接切割气体制造微气泡
压力溶气气浮法净水存在两 个问题：第一是压力溶气相对能耗较大；第二是溶气水量的加入增大了气浮池内的水力负荷，给分离带来困难。解决这两个问题的理想办法是研制直接产生微气泡的布气装置，通过该装置将气体切割成稳定、微细、密集的微气泡群，从而极大限度地降低能耗，而且不会增加气浮池容积。尽管直接布气法难度很大，但它是最有吸 引力的研究方向。
3．固、液分离技术。
为了提高固、液分离技术，充分发挥气浮净水的优势，除上述气泡进一步微细化与采用直接布气法外，改善固、液分离效果也是一个重要方面。因为气浮净水的最终目的还是体现在提高分离效 果上。如果设法将电凝聚气浮的泡、絮同时形成并凝聚的这个概念引人压力溶气气浮法中则有可能大大提高其分离效果。
4，如何妥善地解决粘附牢度 问题也是当前急待解决的一个问题。
气浮法作为一个物化法，不仅要提高气泡质量（如细微度、密集度、稳定性等），而且还要十分重视改善絮粒的 性能。如果我们能得到增水性、吸附性强的絮粒，则将大大有助于提高气浮净水的效果。为此，研究供气浮用的絮凝剂和助凝剂也是迫在眉捷的一个问题。
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