废水的气浮处理工艺

聚合氯化铝气浮处理废水的工艺；

• 什么是气浮处理?
  气浮净水法是通过各种形式的装置向废水中通入或产生大量微气泡，同时添加混凝剂聚合氯化铝或浮选剂，使废水中细小颗粒形成的絮体与微气泡粘附，从而使絮体视密度下降，并依靠浮力使其上浮，达到固液分离净化废水的目的。
  近年来，气浮净水技术在染料、染色废水(染料废水、颜料废水、含油废水、印染废水等)处理中得到越来越广泛的应用。
• 气浮净水的一般工艺方法；
  工业废水气浮净水法，在一定条件下气泡质量(气泡大小、分散程度等)是影响气浮效率的重要因素，所以，一般以产生气泡的方法进行分类，如叶轮气浮、曝气气浮、射流气浮、电解气浮，压力溶气气浮等。
  (1)叶轮气浮。叶轮气浮是靠叶轮、翅片等作为搅拌器，高速旋转时在固定的盖板下形成负压，将空气吸入水中，高速旋流撞击，剪切破碎成小气泡扩散于水中。悬浮物与上升的微气泡接触并粘附于气泡上，升至水面形成泡沫层，被刮沫机刮至槽外。叶轮气浮电耗较高，产生气泡直径为0.8mm-1mm，效率较差。
  (2)曝气气浮。鼓风机将空气直接送至气浮池充气器，形成细小气泡进入废水中气浮。充气器一般用扩散板、穿孔管或微孔管等
  组成。曝气压力约1kg/cm2、空气量为2m3/m2·水-3m3/m2·水，曝气时间15min-25min。曝气气浮气泡与曝气器构造有关，往往气泡直径较大，且不够均匀，所以气浮效率较差，而且扩散板或微孔管易堵塞，管理困难。
  (3)射流气浮。废水通过气浮池布气管上安装的喷射器(喷嘴)，产生负压吸入空气形成气泡。喷射器前工作压力一般为2kg/cm2-4kg/cm2，喷射器流出气流速度为l00m/s-200m/s，反应时间10min-20min。射流气浮气泡较大、分散效果差，但设备简单、操作方便、适合低浓度废水处理。例如，某化纤厂废水含油量为100mg/L-150mg/L，经射流气浮处理后出水含油量为30mg/L-40mg/L，生化沉淀池出水石油类达标排放。
  同济大学研制的JDAF-2射流加压气浮设备，采用高效射流器，无需空气压缩机，内循环罐无需任何填料，溶气效率始终能达到运转要求，具有适应性强、溶气效率高、运行稳定、自动化程度高的特点。
  (4)电解气浮。废水经直流电解、颗粒极化、氧化还原，产生一种在比较广泛的pH值内可溶解的胶体。同时，电解浮选槽中水分子发生电解：H2O→H+ + OH-
  阳极析出氧气微泡(20μm-60μm)：
  4OH- -- 2e→O2↑+2H2O
  阴极析出氢微泡(1μm-30μm)：
  2H+ + 2e→H2↑
  胶体被氢、氧微泡捕获，上浮而被分离达到净水的目的。
  电解气浮过程具有电化学絮凝和氧化作用，胶体脱稳和氧化同时进行，使某些亲水性物质容易凝集为难溶的絮体，而且电解产生的气体是新生态的，氧化能力极强，微气泡细小，载荷能力极强，故大大提高了气浮效率。
  亲水性染料、农药、涂料、表面活性剂物质、脂肪类、植物油等，应用电解气浮去除效果较好。
  (5)压力溶气气浮。压力溶气气浮法是将具有压力(0.15MPa-0.6MPa)的溶气水，经过减压阀进入气浮池，骤然减至大气压，此时，逸出大量的微气泡，粒径<100μm，废水中微细颗粒聚合氯化铝混凝形成的絮体具有捕获微细气泡的能力，使絮体浮力增大，上浮而被分离达到净水的目的。
  加压溶气气浮效率高，在废水处理工程中广泛使用，是重点讨论的一种气浮净水技术。
• 典型的高效气浮分离是如何实现的？
  近年来，国内外气浮装置向高科技发展，据资料报道，日本家人发明的气浮分离装置(图3-16)具有设备费用低、分离效果高的特点。
  
  工业废水在混凝槽(加混凝剂聚合氯化铝)中混合溢流入曝气槽，压缩空气经喷嘴预曝气，同时通过泵向废水加絮凝剂，形成许多气泡；废水自深槽区域向上流动，废水中絮凝体粘附于气泡上浮。深槽区底部设螺旋装置，使废水成螺旋状，可增加絮体与气泡接触机会，
  故而可提高气浮净水效率。
• 旋转式加压气浮装置
  日本根据零流速原理所研制成功的旋转式加压气浮装置是将含有微气泡悬浮颗粒的废水，从整流区放入浮选区时，整流区自身以原水出流速度并以其相反的方向回旋，混合废水的水平流速相对流出装置为零(图3-17)，零流速状态可大大改善气浮过程中液体的紊流，从而提高气浮净水效果。
  装置结构主要由池体和回转体两大部分组成(图3-18)，由原水进水管、污泥区、处理水区组成。以进水管为中心、污泥区、处理水区依次向外配置且形成环形装置。
  
  回转体由原水配水管、螺旋刮渣机、处理水集水区组成，回转体以原水进水管为中心，反时针方向以一定的速度回转，原水由配
  水管从整流区按顺时针放入浮选区，原水水平速度相对于整流区等其他回转体的速度为零。
  
  装置采用极小体积的溶气管(图3-19)，清水从入口A进入溶气管，在盘管内高旋流动。压缩空气通过树脂扩散板C被压入旋转流动的水流中，在一定的压力下，空气迅速与水混合并溶于水中。
  装置主要特点如下:
  (1)处理水在分离区停留时间短，仅3min。单位面积处理水量达到250m3/m2·d，占地面积小，且底部荷重仅750kg/m2，无需作特殊基础，可设置单层或多层，可全部用钢板预制，容易增设和移设。
  (2)气浮分离区有效控制废水整流，处理水部分作为加压水回用。我国利用零流速度原理研制的QFG型浅层高效浮选装置，采用旋转布水、集水、撇渣和稳流装置新结构，控制池内紊流现象，反应区、分离区和清水区始终保持稳定，操作方便、运行效果良好。
• 什么是压力溶气气浮法?
  压力溶气气浮法是染料、染色工业废水处理中较常用的气浮净水技术。压力溶气系统包括水泵、空压机、压力溶气罐、释放器等设备，其中压力溶器罐和释放器是关键设备。
• 压力溶气气浮法的工艺流程；
  具体流程如图3-20所示。
  
• 全部废水加压法；
  用水泵将全部经聚合氯化铝混凝后的工业废水，与空压机加压空气同时压入溶气罐，溶气水在气浮池经释放器减压释放，形成大量的微气泡，粘附废水中的絮体上浮。缺点是能耗大，而且释放器急剧消能会打碎絮体，影响气浮效果。
• 部分废水分流加压法；
  用一部分工业废水作为加压溶气水，经释放器减压形成微气泡。具有加压装置容积小、动力费用较低的优点，但易打碎絮体，分流控制不易掌握。
• 部分处理水(或清水)回流加压法；
  用泵将处理装置出水(约为废水量的20%-30%)压入溶气罐，制备溶气水，经释放器减压形成微气泡。本法不会打碎絮体，可提高处理水水质，在染料、染色废水处理中普遍使用。
• 压力溶气罐
  压力溶气罐(图3-21)是一个密封耐压的钢罐。排气阀用来排除未溶解的剩余气体。罐底设放空阀，以便清洗时放空溶气罐。为了增大紊流程度，聚合氯化铝促进液体充分接触，加快气体扩散传质过程，罐内装有填料。压力溶气罐主要有压气式、射流式、隔套式、填料式、循环式等构造形式，如图3-22所示。
• 什么是溶气过程机理?
  溶气过程是指水-空气体系中发生的气体传递过程。决定气体溶于液体中程度的关键在于和液体相接触的气相中该气体的分压大小。只要其分压大于它在溶液中产生的分压，两者之差即为气体传递过程的推动力，气体传递速率与推动力成正比。空气在水中溶解度达到平衡时，气体组分在溶液中的浓度和它在气相中的分压成正比。亨利定律关系式为V=KTP
  式中:V--空气在水中的溶解度(mg/L)；
  p--气压(kg/cm2)，一般取1.5kg/cm2-6kg/cm2；
  Kt--亨利系数，与温度有关，见表3-5。
• 什么是双膜理论？
  在实际工程中，气液两相传递过程常用双膜理论来解释，双膜理论认为，相间界面两侧各存在一层处于层流状态的气膜和液膜。
  边界膜的产生主要是由于两相的物质相对流动时存在着相互阻力，使边界部分有薄层流体因流动缓慢而呈层流(甚至静止状态)。气体以分子扩散的形式从气相主体通过此两层层流薄膜进入液相主体(图3-23)。其传递过程一般是气相主体→气膜→气液两相界面→液膜→液相主体。传递过程主要阻力和浓度降低仅存在于两相层流膜内。空气是难溶于水的气体，其溶气过程主要是液膜的控制过程

  表3-5 空气在水中的溶解度和Kt值（1.0大气压）

  温度/℃	溶解度		Kt值
  	容积/(mg/L)	重量/(mg/L)
  0	29.2	37.2	0.038
  10	22.8	29.3	0.029
  20	18.7	24.3	0.024
  30	15.7	20.9	0.021
  40	14.2	18.5	0.018
  50	13.1	17.0	0.016

• 压力溶气系统强化溶气过程的途径；
  强化溶气效率对提高气浮净水技术是非常重要的。
  (1)选用高效填料，加剧液相紊流程度，在溶气罐中增加填料层高度，延长气液两相实际接触时间(水滴离开喷头，到溅入水面所经历的时间)，提高溶气效率。
  液体通过填料时，水头损失很小，布水均匀，特别是阶梯环本身具有很多节点和缺口，液流经过缺口、节点时，发生剧烈的汇集，分散、转向、撕裂，形成无数小旋涡，大大加快液膜紊动和表面更新速度。各种填料特性见表3-6。
  

  表3-6 几种常用的填料主要特性

  名称	规格(mm*mm*mm)	材质	比表面积/(m2/m3)	堆积密度/(kg/m3)	孔隙率/e
  拉西环	25*25*2.5	陶瓷环	190	505	0.78
  鲍尔环	25*24.2*1	聚丙烯	194	101	0.87
  波纹填料	250*35*0.5	聚丙烯	188	32	0.95
  阶梯环	25*17.5*1.4	聚丙烯	228	97.8	0.90

  
  (2)选用合适的布水装置，可提高液相喷淋密度，加快流速，减少液膜厚度，提高溶气效率。但在工程设计时要具体分析，乱堆 填料具有相当的分散作用，罐径小的可以不用布水装置，罐径大的一般采用孔板布水为宜。同济大学研究表明，阶梯环填料罐在规定条件下最佳喷淋密度为5000m3/m2·d。
• 如何实现喷射器加压溶气水制备?
  浮选池部分回流水由加压水泵2、喷射器3连续吸入空气，并压入压力溶气罐1，回流水量和空气吸入量由阀门4、5进行调节。溶气罐内的溶气水经过减压阀聚合氯化铝流入气浮池(图3-24)。
  
  (1)喷射器加压溶气水制备装置简单，操作方便，一般适合低浓度废水气浮处理。高浓度精细化工废水对溶气水质量要求较高，通常采用空压机加压制备溶气水。
  (2)空压机加压溶气水制备。在实际运行时，将定量的回流澄清水经高压泵送入压力溶气罐，空气压缩机中空气经阀门调节压力达到工艺要求后，稳定10min左右，从泄水阀取样于烧杯中，合格的溶气水呈乳白色，形成许多微细气泡。否则应仔细检查装置系统是否存在问题，同时延长溶气稳定时间，合格后经出水管减压流入气浮池。
  操作时注意离心泵压力最少应大于溶气罐表压5kPa，空气压缩机压力>泵口压力0.3kg/cm2，避免溶气罐中水倒灌入空气压缩机。