污水處理中的氣浮技術(shù)介紹
污水處理的方法有很多，其中很重要的一種就是氣浮法。本文主要介紹了在工業(yè)發(fā)展過程中氣浮法對污水的處理原理，并且對氣浮技術(shù)的分類、影響因素、研究現(xiàn)狀進(jìn)行了闡述，同時對氣浮技術(shù)的發(fā)展前景進(jìn)行了展望。
當(dāng)今社會物質(zhì)生活日趨豐富，環(huán)境污染問題已經(jīng)成為全球關(guān)注的焦點。污水對人類、動物和植物甚至整個生態(tài)系統(tǒng)都產(chǎn)生了很大的危害，所以污水處理和回收已成為當(dāng)今生環(huán)境保護(hù)的重要內(nèi)容。
目前對于污水處理工藝有：氣浮處理法、微生物處理法和沉降法等，其中氣浮處理法是一種固液分離或液液分離的技術(shù)，作為一種高效的分離技術(shù)，得到了極大的推廣。氣浮技術(shù)工藝比較復(fù)雜，影響因素也比較多，但只要我們能夠控制好每種因素處于最佳狀態(tài)，就可以更好的利用氣浮技術(shù)。所以開發(fā)和研究氣浮技術(shù)的工藝條件是非常有必要的。
氣浮技術(shù)在我國已有幾十年的發(fā)展，基本的原理就是向污水中通入一定的空氣，使得水中產(chǎn)生大量的小氣包，然后雜質(zhì)顆粒就會黏著在氣泡上，隨著氣泡一同浮出水面，從而將雜質(zhì)和清水分離。氣浮技術(shù)所處理的水一般要添加適量的絮凝劑，形成一個內(nèi)部充滿水的網(wǎng)絡(luò)狀構(gòu)筑物的絮凝體。絮凝體的沉淀速度比較慢，所以粘附了一定量的氣泡的絮凝體得比重就會小于水的比重，這就使得絮凝體的上浮速度比最初的絮凝體的下降速度快很多，氣浮法的分離時間也將會被大大縮短。
盡管氣浮法的工藝有些復(fù)雜、需要更高的操作要求，但氣浮法所獨有的優(yōu)點使得其可以得到廣泛的推廣。由于氣浮池的表面負(fù)荷高，固液分離時間短，同時對混凝的反應(yīng)要求且低占地面積小，可以大量節(jié)省土地資源。氣浮池內(nèi)水和浮渣內(nèi)含有氧，這樣泥渣不易腐化，方便以后處理或再利用。特別對一些難以被沉淀分離的低濁藻水，氣浮法的處理后浮渣含水率低，體積小，有利于污泥的后續(xù)處理。氣浮法相比沉淀法而言需要更少的化學(xué)藥劑投比量。
氣浮法技術(shù)的影響因素有很多，主要包括絮雜質(zhì)顆粒、氣泡、加入空氣量、氣速、浮選劑、溫度等。其中我們主要介紹加入空氣量、氣速、浮選劑和溫度四個因素。
溫度能夠明顯的改變整個體系的狀態(tài)，比如整個體系的溶解度高低、穩(wěn)定性好壞等。其中溫度對整個體系的影響主要取決于整個氣浮體系的類型，假如在有些不同的氣浮體系中，溫度對于不同的體系會產(chǎn)生不一樣的影響。
由于整個吸附反應(yīng)需要放出大量的熱，因此吸附反應(yīng)就會因為溫度的增加而減緩，這就是物理吸附占據(jù)著優(yōu)勢。假如解離的好壞隨著溫度的增加而變快，也就是化學(xué)吸附占據(jù)著優(yōu)勢。溶劑氣浮過程中，由于吸附是放熱過程，一般情況下分離效率會隨著溫度的升高而降低。當(dāng)溫度降低時，浮選物在氣泡上的吸附量增加，分離效率就會提高。在沉淀氣浮過程中，溫度升高將會有利于粒子的長大，但同時也增加了沉淀的溶解度，降低了泡沫的穩(wěn)定性，反而不利于整個沉淀氣浮過程。
所謂溶氣氣浮技術(shù)，就是高壓使空氣溶解在水中，然后把溶解在水中的空氣釋放出來，為下一步提供大量的氣泡。我們應(yīng)當(dāng)使得通入的氣體的量要大于空氣在水中的溶解度，這樣才能夠讓空氣在水中處于飽和的環(huán)境。假如氣體的容量太少，那么對于氣浮來說是非常不好的，因為無法提供大量的小氣泡。但是如果裝置中存在許多沒有溶解的空氣，那么當(dāng)降壓釋放時，這些沒有溶解的空氣就會產(chǎn)生大氣泡影響氣浮效果。還有人認(rèn)為，氣浮技術(shù)需要多少氣泡跟污水的渾濁度有關(guān)，渾濁度高時需要的氣泡多，應(yīng)當(dāng)適量的增加進(jìn)氣量。
影響氣浮過程的另一個重要因素是氣流速率，當(dāng)離子與溶劑氣浮時，需要板的孔徑不大。氣流速率在較低的情況下，分離效果就會根據(jù)氣流的變化產(chǎn)生不同的變化。但是在氣流速率較高的情況下，氣液分離與氣速并不存在比例關(guān)系。這是由于氣泡的大小取決于氣速的大小，氣速越大，氣泡越大。與此同時，大氣泡可以上浮的比較快，減少了氣泡在水中的時間。所以由此可以得出，在保證氣泡尺寸的前提下，提高氣流速率對氣浮是有利的。
投加藥劑在氣浮法處理污水的效果上有很大的影響，并且有時候可能起著決定性的作用。在污水處理的過程中采用一些輔助劑等能夠很好的提升氣浮技術(shù)的效率。通常來講，不親水的雜質(zhì)顆粒容易跟氣泡粘合在一起，親水性雜質(zhì)顆粒則不容易產(chǎn)生氣浮。為了讓污水中的親水的雜質(zhì)顆粒更容易地氣浮出來，一般都會在污水處理的過程中放入一些不同的浮選劑。浮選劑可以明顯的提升雜質(zhì)顆粒的一些表面特性，使雜質(zhì)顆粒更容易同氣泡黏著并且浮出水面。浮選劑一般都是具有吸附、潤濕的極性或者非極性的表面活性劑。為了提高氣浮的除油效率，以便于氣泡黏附絮體顆粒上，在氣浮之前還要添加一些混凝劑、破乳劑等。
壓力溶氣氣浮是我國應(yīng)用比較早的一種氣浮技術(shù)，其主要由接觸室、反應(yīng)室、刮渣裝置、壓力溶氣罐和釋放頭等組成(如圖1所示)。經(jīng)過絮凝的污水由氣浮池的底部進(jìn)入接觸室，同溶氣釋放器釋放的氣泡接觸。這時絮粒與氣泡附著在一起，并在接觸室內(nèi)緩慢上升，接著隨水流進(jìn)入分離室，刮渣裝置去除在水面上的浮渣漂。可以在出水的地方取出一部分水，這部分水經(jīng)過加壓處理。通過機(jī)器向罐內(nèi)充入高壓空氣，讓充入的空氣溶于水中。
由于這部分氣液混合體的突然釋放，這時的壓力驟然降到常壓，從水中溶解的氣體就會突然釋放出來產(chǎn)生大量的小氣泡。氣液混合的程度很大方面取決于壓力溶氣罐的好壞，國內(nèi)的很多處理工藝都可以明顯促進(jìn)氣液混合的比例。
加壓溶氣氣浮作為應(yīng)用最為普遍的氣浮工藝，在許多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，主要應(yīng)用于污水凈化，廢水深度處理，以及一些成分單一、表面張力較大的廢水處理等方面。其次加壓溶氣氣浮技術(shù)的應(yīng)用范圍廣、應(yīng)用性強(qiáng)。
溶氣泵氣浮設(shè)備基本原理是：先由溶氣泵抽取出水作為回流水，然后產(chǎn)生氣液混合物，氣液混合物進(jìn)入反應(yīng)室之后，水中的微小氣泡開始往水面移動，同時雜質(zhì)顆粒粘在小氣泡上形成小浮體，小浮體上浮水面形成浮渣。浮渣隨著水流緩慢進(jìn)入下一個裝置，最后由特殊的設(shè)備將殘留物去掉。然后剩下的清水則會被收集或者繼續(xù)處理，這樣氣浮過程就算完成了。污水從裝置的上面緩慢加入，并且由緩慢攪拌后會產(chǎn)生聚合物，同時從裝置的下方進(jìn)入接觸室。聚合物同溶氣水中的小氣泡接觸并上浮。
近幾年發(fā)展起來的新型溶氣泵氣浮技術(shù)有很廣闊的市場前景。溶氣泵氣浮技術(shù)克服了附屬設(shè)備多、能耗大和氣泡大的缺點，同時具有能耗低的優(yōu)點。溶氣泵的原理是在泵的入口處，將空氣和水一起注進(jìn)泵殼內(nèi)，葉輪高速轉(zhuǎn)動將吸入的空氣切割成小氣泡，在泵內(nèi)的高壓環(huán)境下小氣泡迅速溶解在水中，然后進(jìn)入氣浮池完成上浮過程。溶氣泵所產(chǎn)生的氣泡直徑一般比較小，當(dāng)吸入空氣最大溶解度和溶氣水中最大含氣量達(dá)到的時候，泵的性能表現(xiàn)的十分穩(wěn)定。同時為泵的調(diào)節(jié)和氣浮工藝的控制提供了最佳的操作條件。溶氣泵氣浮技術(shù)工藝簡單，能耗低。
淺層氣浮主要是通過動態(tài)進(jìn)出水來實現(xiàn)最佳的靜態(tài)分離效果，能夠使得帶氣絮?？焖俑〕鲆好?，以此達(dá)到固液分離，從而提高其處理的效率，其工藝流程如圖2所示。
淺層氣浮設(shè)備通過靜止沉淀和多次浮選技術(shù)，提高了反應(yīng)器的處理效率。同時淺層氣浮設(shè)備同靜止沉淀技術(shù)相結(jié)合，極大降低了沉淀池水的深度。淺層氣浮設(shè)備產(chǎn)生的溶氣水可以到達(dá)沉淀池的每個地方，這樣一來就克服了傳統(tǒng)的“氣浮死區(qū)”難題。提升了處理效率，同時也縮小了沉淀池的體積。
淺層氣浮實現(xiàn)了設(shè)備是運動的，水體是靜止的，這樣就減弱了水體流動帶給分離的影響。在傳統(tǒng)的氣浮裝置中，難以避免池底有泥砂或雜質(zhì)，傳統(tǒng)的氣浮裝置為了防止帶出沉在池底的泥砂，一般出水管都需要設(shè)置懸高。但是淺層氣浮裝置在池底有刮泥裝置，所以就不需設(shè)置懸高。通過分析可知，一般淺層氣浮裝置的有效水深為400～500mm。因此淺層氣浮不僅水深小，而且體積也小很多。同時淺層氣浮池采用的是圓形設(shè)計，這樣一來池內(nèi)不存在死區(qū)，保證了浮選的高效。這也充分說明了淺層氣浮性能優(yōu)越，具有廣闊的應(yīng)用前景。
除了以上三種主要的氣浮技術(shù)，還有渦凹?xì)飧 ⑸淞鳉飧『碗娊鈿飧〉?。其中射流氣浮結(jié)構(gòu)簡單，占地小，且運行維護(hù)費用低，一般應(yīng)用在廢水生化系統(tǒng)方面代替?zhèn)鹘y(tǒng)氣浮裝置。而電解氣浮比較適用于難以處理的廢水領(lǐng)域，但是由于電力成本和電極板鈍化問題，很難進(jìn)行大范圍的推廣。
我們還選取了三種不同的氣浮形式，做了一個簡單的對比實驗。實驗條件：處理水為食品生產(chǎn)污水;水溫23℃，實驗結(jié)果如表1所示。盡管渦凹?xì)飧》ㄓ辛撕艽蟮奶岣撸沁^度依賴于葉輪的高速切割產(chǎn)生的氣泡在無壓體系中自然釋放，氣泡的直徑過大、動力消耗過高。
在污水處理的過程中，仍然需要進(jìn)一步的改進(jìn)處理工藝，采用更加先進(jìn)的氣浮技術(shù)。污水如果能夠被更好的達(dá)標(biāo)處理和回收，就會明顯減少污水對環(huán)境的污染，具有巨大的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。同時要結(jié)合現(xiàn)代的高新技術(shù)，積極借鑒國外成功的經(jīng)驗，只有這樣才能促進(jìn)污水處理能力和效果的不斷提升。
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