4.4　氣浮

4.4.1　原理與功能

氣浮是向水中通入或設法產生大量的微細氣泡，形成水、氣、顆粒三相混合體，使氣泡附著在懸浮顆粒上，因黏合體密度小于水而上浮到水面，實現水和懸浮物分離，從而在回收廢水中的有用物質的同時又凈化了廢水。氣浮可用于不適合沉淀的場合，以分離密度接近于水和難以沉淀的懸浮物，例如油脂、纖維、藻類等，也用來去除可溶性雜質，如表面活性物質。該法廣泛應用于煉油、人造纖維、造紙、制革、化工、電鍍、制藥、鋼鐵等行業的廢水處理，也用于生物處理后分離活性污泥。

懸浮物表面有親水和憎水之分。憎水性顆粒表面容易附著氣泡，因而可使用氣浮。親水性顆粒用適當的化學藥品處理后可以轉為憎水性。水處理中的氣浮法常用混凝劑使膠體顆粒結為絮體，絮體具有網絡結構，容易截留氣泡，從而提高氣浮效率。水中如有表面活性劑（如洗滌劑）可形成泡沫，也有附著懸浮顆粒一起上升的作用。

氣浮法有可連續操作、應用范圍廣、基建投資和運行費用小、設備簡單、對分離雜質有選擇性、分離速度較沉降法快、殘渣含水量較低、雜質去除率高、可以回收有用物質等優點。氣浮過程中，達到廢水充氧的同時，表面活性物質、易氧化物質、細菌和微生物的濃度也隨之降低。

氣浮池平面通常為長方形，平底，出水管位置略高于池底，水面設刮泥機和集泥槽，因為附有氣泡的顆粒上浮速度很快，所以氣浮池容積較小，停留時間僅十多分鐘。

4.4.2　技術與裝備

4.4.2.1　氣浮的分類

氣浮用于廢水處理，根據布氣方式可分為三類。

（1）散氣氣浮

散氣氣浮是直接將空氣注入水中，可以用壓縮空氣通過擴散板布氣，也可以用葉輪曝氣，如圖4-17和圖4-18所示。

（2）溶氣氣浮

溶氣氣浮是將空氣在壓力下送入水中，然后在常壓下析出；也可將空氣在壓力或常壓下送入，然后在負壓條件下析出。前者稱加壓溶氣氣浮，后者稱真空溶氣氣浮。真空溶氣氣浮雖然能耗較低，但因在負壓下運行，設備構造比較復雜，維修管理較麻煩，所以生產上應用較少。加壓溶氣氣浮根據加壓空氣與水的混合方式不同而分為全溶氣方式、部分溶氣方式和回流溶氣方式三種。全溶氣方式是對全部廢水進行溶氣，如圖4-19所示；部分溶氣方式是只對部分廢水溶氣，然后溶氣的廢水與未溶氣的廢水混合后進入氣浮池，如圖4-20所示；回流溶氣方式是將氣浮池的部分出水回流溶氣后與進水混合進入氣浮池，如圖4-21所示。溶氣的方式一般分水泵吸水管吸氣溶氣方式、水泵壓水管射流溶氣方式和水泵與空壓機聯合溶氣方式，分別如圖4-22～圖4-24所示。前兩種溶氣方式常用于氣浮效率要求不太高，且水量較小的工程，水泵與空壓機聯合溶氣方式常用于氣浮效率要求較高、水量較大的工程。

（3）電氣浮

電氣浮是在直流電作用下，用不溶性材料做陽極與陰極電解廢水，在陰、陽兩極分別產生氫、氧微氣泡將廢水中的固體顆粒帶至水面而獲得固液分離。電氣浮產生的氣泡粒徑遠小于散氣氣浮和溶氣氣浮，因此效果較好，且由于電解作用，還同時有氧化、脫色和殺菌作用。電氣浮裝置可以分為豎流式或平流式，如圖4-25和圖4-26所示。

4.4.2.2　氣浮池

氣浮池一般有平流式和豎流式兩種結構形式，如圖4-27所示。目前，生產上采用較多的是平流式氣浮池。

氣浮池一般按表面水力負荷設計，處理含油廢水氣浮池的表荷一般為4～7m³/（m²·h）；造紙、紙漿廢水氣浮池一般為3～8m³/（m²·h）；城市污水處理廠活性污泥氣浮池為0.7～3m³/（m²·h）。廢水在氣浮池中的停留時間通常取10～20min；有效水深可取2.0～2.5m。

氣浮池分離區是氣浮體上升與廢水分離的主體區，表面水力負荷就是針對分離區講的。因為廢水是從氣浮池下端出水的，所以表面水力負荷實際上是指分離區下向流的流速。當廢水中含有密度大的固體顆粒時，氣浮池底可能產生沉淀污泥，通常設刮泥機刮至污泥斗排出。此時氣浮池還起到沉淀作用，可稱為氣浮沉淀池。

4.4.3　參數選擇與設計

（1）方案選定

①進行實驗室和現場試驗　廢水種類繁多，即使是同類型廢水，水質變化也很大，很難提出確切參數，因此，可靠的辦法是通過實驗室和現場小型試驗取得的主要參數作為設計依據。

②確定設計方案　在進行現場勘察和綜合分析各種資料的基礎上，確定主體設計方案。設計方案的大致內容如下。

1）溶氣方式采用全溶氣式還是部分回流式。

2）氣浮池池型采用平流式還是豎流式，取圓形、方形還是矩形。

3）氣浮池之前是否需要預處理構筑物？之后是否需要后續處理構筑物？它們的形式如何？連接方式如何？

4）浮渣處理、處置途徑。

5）工藝流程及平面布置的分析和確定。

（2）參數選擇與設計

①研究水質條件，確定是否適合采用氣浮。

②在條件允許的情況下，根據試驗結果確定溶氣壓力和回流比（溶氣水量/待處理水量）。通常溶氣壓力采用0.2～0.4MPa，回流比取5%～25%。

③根據試驗時選定的混凝劑及其投加量和完成絮凝的時間及難易程度，確定反應形式及反應時間，一般比沉淀反應時間短，為5～10min。

④氣浮池的池型應根據多方因素考慮。反應池宜與氣浮池合建。為避免打碎絮體，應注意水流的銜接。進入氣浮池接觸室的流速宜控制在0.1m/s以下。

⑤接觸室必須為氣泡和絮凝體提供良好的接觸條件，接觸室寬度應利于安裝和檢修。水流上升速度一般取10～20mm/s，水流在室內的停留時間不宜小于60s。

⑥接觸室內的溶氣釋放器需根據確定的回流量、溶氣壓力及各種釋放器的作用范圍選定。

⑦氣浮分離室需根據帶氣絮體上浮分離的難易程度選擇水流流速，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，池中水流停留時間一般為10～20min。

⑨氣浮池的長寬比無嚴格要求，一般以單格寬度不超過10m，池長不超過15m為宜。

⑩氣浮池排渣，一般采用刮渣機定期排出。集渣槽可設置在池的一端、兩端或徑向。刮泥機的行車速度宜控制在5m/min以內。

氣浮池集水應力求均勻，一般采用穿孔集水管，集水管最大流速宜控制在0.5m/s以內。

壓力溶氣罐一般采用階梯環為填料，填料層高度通常取1～1.5m。這時罐直徑一般根據過水截面負荷率100～200m³/（m²·h）選取，罐高為2.5～3m。