污水處理中的氣浮技術介紹
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發展過程中氣浮法對污水的處理原理，并且對氣浮技術的分類、影響因素、研究現狀進行了闡述，同時對氣浮技術的發展前景進行了展望。
當今社會物質生活日趨豐富，環境污染問題已經成為全球關注的焦點。污水對人類、動物和植物甚至整個生態系統都產生了很大的危害，所以污水處理和回收已成為當今生環境保護的重要內容。
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，作為一種高效的分離技術，得到了極大的推廣。氣浮技術工藝比較復雜，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，就可以更好的利用氣浮技術。所以開發和研究氣浮技術的工藝條件是非常有必要的。
氣浮技術在我國已有幾十年的發展，基本的原理就是向污水中通入一定的空氣，使得水中產生大量的小氣包，然后雜質顆粒就會黏著在氣泡上，隨著氣泡一同浮出水面，從而將雜質和清水分離。氣浮技術所處理的水一般要添加適量的絮凝劑，形成一個內部充滿水的網絡狀構筑物的絮凝體。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雜、需要更高的操作要求，但氣浮法所獨有的優點使得其可以得到廣泛的推廣。由于氣浮池的表面負荷高，固液分離時間短，同時對混凝的反應要求且低占地面積小，可以大量節省土地資源。氣浮池內水和浮渣內含有氧，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，有利于污泥的后續處理。氣浮法相比沉淀法而言需要更少的化學藥劑投比量。
氣浮法技術的影響因素有很多，主要包括絮雜質顆粒、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，比如整個體系的溶解度高低、穩定性好壞等。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生不一樣的影響。
由于整個吸附反應需要放出大量的熱，因此吸附反應就會因為溫度的增加而減緩，這就是物理吸附占據著優勢。假如解離的好壞隨著溫度的增加而變快，也就是化學吸附占據著優勢。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，降低了泡沫的穩定性，反而不利于整個沉淀氣浮過程。
所謂溶氣氣浮技術，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。我們應當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，那么當降壓釋放時，這些沒有溶解的空氣就會產生大氣泡影響氣浮效果。還有人認為，氣浮技術需要多少氣泡跟污水的渾濁度有關，渾濁度高時需要的氣泡多，應當適量的增加進氣量。
影響氣浮過程的另一個重要因素是氣流速率，當離子與溶劑氣浮時，需要板的孔徑不大。氣流速率在較低的情況下，分離效果就會根據氣流的變化產生不同的變化。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的效率。通常來講，不親水的雜質顆粒容易跟氣泡粘合在一起，親水性雜質顆粒則不容易產生氣浮。為了讓污水中的親水的雜質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顆粒的一些表面特性，使雜質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用比較早的一種氣浮技術，其主要由接觸室、反應室、刮渣裝置、壓力溶氣罐和釋放頭等組成(如圖1所示)。經過絮凝的污水由氣浮池的底部進入接觸室，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，并在接觸室內緩慢上升，接著隨水流進入分離室，刮渣裝置去除在水面上的浮渣漂?？梢栽诔鏊牡胤饺〕鲆徊糠炙?，這部分水經過加壓處理。通過機器向罐內充入高壓空氣，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，國內的很多處理工藝都可以明顯促進氣液混合的比例。
加壓溶氣氣浮作為應用最為普遍的氣浮工藝，在許多領域都有廣泛的應用，主要應用于污水凈化，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的應用范圍廣、應用性強。
溶氣泵氣浮設備基本原理是：先由溶氣泵抽取出水作為回流水，然后產生氣液混合物，氣液混合物進入反應室之后，水中的微小氣泡開始往水面移動，同時雜質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入下一個裝置，最后由特殊的設備將殘留物去掉。然后剩下的清水則會被收集或者繼續處理，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生聚合物，同時從裝置的下方進入接觸室。聚合物同溶氣水中的小氣泡接觸并上浮。
近幾年發展起來的新型溶氣泵氣浮技術有很廣闊的市場前景。溶氣泵氣浮技術克服了附屬設備多、能耗大和氣泡大的缺點，同時具有能耗低的優點。溶氣泵的原理是在泵的入口處，將空氣和水一起注進泵殼內，葉輪高速轉動將吸入的空氣切割成小氣泡，在泵內的高壓環境下小氣泡迅速溶解在水中，然后進入氣浮池完成上浮過程。溶氣泵所產生的氣泡直徑一般比較小，當吸入空氣最大溶解度和溶氣水中最大含氣量達到的時候，泵的性能表現的十分穩定。同時為泵的調節和氣浮工藝的控制提供了最佳的操作條件。溶氣泵氣浮技術工藝簡單，能耗低。
淺層氣浮主要是通過動態進出水來實現最佳的靜態分離效果，能夠使得帶氣絮?？焖俑〕鲆好?，以此達到固液分離，從而提高其處理的效率，其工藝流程如圖2所示。
淺層氣浮設備通過靜止沉淀和多次浮選技術，提高了反應器的處理效率。同時淺層氣浮設備同靜止沉淀技術相結合，極大降低了沉淀池水的深度。淺層氣浮設備產生的溶氣水可以到達沉淀池的每個地方，這樣一來就克服了傳統的“氣浮死區”難題。提升了處理效率，同時也縮小了沉淀池的體積。
淺層氣浮實現了設備是運動的，水體是靜止的，這樣就減弱了水體流動帶給分離的影響。在傳統的氣浮裝置中，難以避免池底有泥砂或雜質，傳統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計，這樣一來池內不存在死區，保證了浮選的高效。這也充分說明了淺層氣浮性能優越，具有廣闊的應用前景。
除了以上三種主要的氣浮技術，還有渦凹氣浮、射流氣浮和電解氣浮等。其中射流氣浮結構簡單，占地小，且運行維護費用低，一般應用在廢水生化系統方面代替傳統氣浮裝置。而電解氣浮比較適用于難以處理的廢水領域，但是由于電力成本和電極板鈍化問題，很難進行大范圍的推廣。
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：處理水為食品生產污水;水溫23℃，實驗結果如表1所示。盡管渦凹氣浮法有了很大的提高，但是過度依賴于葉輪的高速切割產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，仍然需要進一步的改進處理工藝，采用更加先進的氣浮技術。污水如果能夠被更好的達標處理和回收，就會明顯減少污水對環境的污染，具有巨大的環境效益和經濟效益。同時要結合現代的高新技術，積極借鑒國外成功的經驗，只有這樣才能促進污水處理能力和效果的不斷提升。
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