物理处理技术——气浮池

来源：东隆  日期：2014-05-20

    一、工艺概述

    气浮是向水中通入空气，以微小气泡形式析出而成为载体，气泡与细小悬浮物之间互相黏附，形成水--气--固三相体系，浮悬体依靠气泡的浮升作用，上浮到水面，形成泡沫或浮渣，从而使水中的悬浮物质得以分离。对那些难以形成沉淀的轻浮絮体更有效。而且在曝气充氧过程中，可以去色。臭并增加水中的溶解氧，更利于去除有机物。
    水中通入气后，并非任何悬浮物都能和气泡黏附，黏附力的强弱取决于颗粒的表面性质及水、气、固三相界面的相互作用。由于絮粒与微气泡带有一定的憎水性能，它们的比表面又很大，并且有剩余的自由界面能，因此，它们都有相互吸附而降低各自表面能的倾向。在恒定的水力条件下，具有足够动能的微气泡和絮粒相互撞击时，彼此挤开对方结合力较弱的外层水膜而靠近，相互通过分子间的范德华引力而黏附，与各种物质的表面特性有很大的关系。絮粒的网筛、包卷和架桥作用、微气泡与微絮粒之间的共聚作用及表面活性剂的参与作用使原先黏附不牢固、上浮缓慢的絮粒因此而得到改善，从而提高气浮净水的效果。为了说明不同物质与气泡黏附的难易程度，可利用接触角来反映。接触角是气、液、固三相界面上处于平衡状态时由界面张力所形成的。设有同一液体，分别和具有不同表面特征的固体物接触时，可出现两大类型的气、液、固三相界面上的平衡状态。
    通常把亲水的物质称为亲水性物质，这种物质不易与气泡黏附；而把不易与水接触的物质称为疏水性物质，这种物质容易与气泡黏附，可直接用气浮法去除。对于细小的亲水性颗粒，若用气浮法进行分离，要投加浮选剂，使去除物质变成疏水性，才可与气泡黏附。浮选剂大多数由极性--非极性分子所组成，其分子结构一般圆头端表示极性基，易溶于水；尾端表示非极性基，具有疏水性。例如，肥皂的有用成分硬脂酸C17H35COOH，它的C17H35是疏水性的非极性端；而COOH是亲水性的极性端，所以也可将极性--非极性分子叫两亲分子，即对亲水性和疏水性物质都亲密的意思。浮选剂的极性基能选择性被亲水物质所吸附，非极性基则朝向水，这样，亲水性物质的表面就被转化为疏水性物质而黏附在气泡上，然后随气泡一起上浮至水面形成浮渣而被出去。但由于界面电现象，水质各种离子或两亲分子的作用产生吸附现象，污染物质带有电荷，减少了液体的表面张力，形成了稳定的乳化状态，而不利于除去。因此，在实际运行过程中需要破乳，即通过投加混凝剂或絮凝剂使稳定的分散体系脱稳。
在运行过程中，考虑某些因素的变化，可能会因溶液发泡而影响效果，要在短时间内迅速消泡，需要投加消泡剂。消泡剂液体在溶液表面铺展时，使液膜破裂，泡沫破坏。常用的消泡剂是合成消泡剂，可以是不溶于水的低表面张力的液体有机消泡剂，也可以是有机硅类。
    气浮池（室）一般分为单室或双室两种，前者是液体的溶气和杂质的去除在一个室内发生，后者由入流和分离两个部分组成，入流部分产生气泡病黏附颗粒，实现微气泡与絮凝物混合、碰撞、黏附，它能否形成具有良好上浮性。脱水性与稳定性的带电絮粒，将直接影响气浮净水的效果。分离部分的功能是确保一定的容积来完成气泡与水质基质的充分混合、接触、黏附以及带气絮粒与清水的分离。使水得到澄清。

    二、气浮法的分类

    根据气泡产生方法的不同，水处理的气浮法分为两种：

    1、布气气浮法   利用机械剪切力，将混合于水中的空气粉碎成细小气泡。如射流气浮、叶轮气浮。

    2、溶气气浮法   在一定压力下使空气溶解于水中并达到过饱和状态，再减压释放，使溶于水中的气泡以微气泡的形式从水中逸出，起到气浮的作用。根据气泡析出的压力分为压力溶气气浮和溶气真空气浮。常采用压力溶气气浮，其形成的气泡粒度很小，初粒度为80μm左右。因为随着压力的增大，空气在水质的溶解度不断增加，气泡量可满足气浮的要求，再经减压释放，气泡平稳、细小，净化效果好。同时气泡与水的接触时间可以人为控制，造价低，管理方便，将原水全部加压送入密闭溶气罐，同时空气通过空压机也送入压力溶气罐，在罐内气、水在压力作用下充分接触，空气溶解于水中。溶气水通过气浮分离室经溶气释放器减压消能迫使气泡以微气泡的形式稳定释放，黏附于水中的杂质一起上浮到水面，刮渣机将浮渣送入集渣口，清水由气浮池下部收集后出流。但在全加压过程中，释放器的急剧消能会破坏水中的絮体，影响净化效果。此时可采用出水中的20%～50%的水回流加压，原水直接进入气浮池。

    压力溶气气浮法的装置由三部分构成：

    1、 压力溶气系统  包括供气和溶气罐，通气方式有水泵吸气式、空压机和射流溶气式。其中空压机组好，其供气稳定，保证水泵在高效率条件下工作，具有节能效果。溶气罐的作用是让空气充分溶解于水中，便于通过释放器送入气浮池。

    2、溶气释放装置   即溶气释放器，应使溶入的空气完全释出，且均匀、稳定、微细、密集，易于杂质黏附。常用的有同济大学的TS型、TJ型、TV型，释放器的数量可根据释放器的性能及溶气水的回流量来确定。

    3、气浮分离系统   指气浮法和刮渣设备。可采用平流式、竖流式和综合式三种，关键是考虑到水流的合理衔接。一般情况下絮凝池与气浮池合建以隔墙导流。浮渣采用定期刮渣或溢渣，对刮渣机赢注意控制行车的速度及刮板深度，避免影响到出水水质。浮选剂的种类很多，如煤油产品、脂肪酸及其盐类、松香油等，使用中注意不破坏净水效果与浮油层。对已装有溶气罐液位自动控制装置的，则需注意设备的维护保养。

    三、气浮池的类型

    1、平流式气浮法   指的是反应池和气浮池合建的形式。污水进入反应池完成反应后，将水流导向底部，以便从下部进入气浮池，延长絮体与气泡的接触时间，地面浮渣由刮渣机刮入集渣槽，清水由底部集水管收集。其具有池身浅，构造简单，管理方便等特点。

    2、竖流式气浮池   接触池在池中央，水流向四周扩散，水力条件比平流式单侧出流好，利于后续构筑物的配合，但与反应池较难衔接，容积利用率低。

    3、组合式气浮池   有气浮--反应一体式、气浮--沉淀一体式和气浮--过滤一体式三种。