气浮的原理和种类（二）

要阻力来自 液膜，而气膜中的传质阻力与之相比，可以忽略而不计。即要强化溶气过程，除应有足够的传质推动力外，关键在于扩

大液相界面或减薄液膜厚度。但实际上在紊流 剧烈的自由界面上是难以存在稳定的层流膜。因此便出现了随机表面更新理论，这种

理论增加了表面更新速率，即在考虑气液接触界面传质时，引入了气相、液相在 单位时间内因涡流扩散而流入气、液更新界面的传

质因素，从而使理论和实际更为接近。

（五）加压溶气气浮工艺流程

加压溶气气浮法在国内外应 用最为广泛。目前压力气气浮法应用最为广泛。与其他方法相比，它具有以下优点：在加压条件下，空

气的溶解度 大，供气浮用的气泡数量多，能够确保气浮效果；

溶入的气体经骤然减压释放， 产生的气泡不仅微细、粒度均匀、密集度大、而且上浮稳定，对液体扰动微小，因此特别适用于对疏

松絮凝体、细小颗粒的固液分离；

工艺过程及设备比较简单，便 于管理、维护； 特别是部分回流式，处理效果 显著、稳定，并能较大地节约能耗。

水泵自调节池将原水提升到反应池。絮凝剂在吸水管上(泵前)投入，并经叶轮混合于反应池 中进行絮凝，根据废水的性质不同反应

池的强度和反应时间应有所调整。反应后的絮凝水进入气浮池的接触区，与来自溶气释放器释出的溶气水相混合，此时水中的 絮粒

和微气泡相互碰撞粘附，形成带气絮粒而上浮，并在分离区进行固液分离，浮至水面的泥渣由刮渣机刮至排渣槽排出。清水则由穿

孔集水管汇集至集水槽后出 流。部分清水经由回流水泵加压后进入溶气罐，在罐内与来自空压机的压缩空气相互接触溶解，饱和溶

气水从罐底通过管道输向释放器。

压力溶气气浮法工艺主要由 三部分组成，即压力溶气系统、溶气释放系统及气浮分离系统。

（A）压力溶气系统。它包括水 泵、空压机、压力溶气罐及其它附属设备。其中压力溶气罐是影响溶气效果的关键设备。

采用空压机供气方式的溶气 系统是目前应用最广泛的压力溶气系统。气浮法所需空气量较少，可选用功率小的空压机，并采取间歇

运行方式。此外空压机供气还可以保证水泵的压力不致有大的损失。一般水泵至溶气罐的压力约0.5MPa，因此可以节省能耗。

（B）溶气释放系统。它一般是由 释放器（或穿孔管、减压阀）及溶气水管路所组成。溶气释放器的功能是将压力溶气水通过消能

、减压，使溶入水中的气体以微气泡的形式释放出来，并能迅速而均 匀地与水中杂质相粘附。

对溶气释放器的具体要求是：

充分地减压消能，保证溶人水中的气体能充分地全部释放出来；

消能要符合气体释出的规律， 保证气泡的微细度，增加气泡的个数，增大与杂质粘附的表面积，防止微气泡之间的相互碰撞而使气

泡扩大；

创造释气水与待处理水中絮凝 体良好的粘附条件，避免水流冲击，确保气泡能迅速均匀地与待处理水混合，提高"捕捉"机率；

为了迅速地消能，必须缩小水 流通道，故必须要有防止水流通道堵塞的措施；

构造力求简单，材质要坚固、 耐腐蚀，同时要便于加工、制造与拆装，尽量减少可动部件，确保运行稳定、可靠；

溶气释放器的主要工艺参数 为：释放器前管道流速：1m/s以下，释放器的出口流速以0.4～０.5m／s为宜；冲洗时狭窄缝隙的张开 

度为5mm；每个释放器的作用范围30~100cm。

（C）气浮分离系统。它一般可分 为三种类型即平流式、竖流式及综合式。其功能是确保一定的容积与池的表面积，使微气泡群与

水中絮凝体充分混合、接触、粘附，以保证带气絮凝体与清水分离。

下面以平流式气浮池为例分 析带气絮凝体上浮分离过程的运动状态。

带气絮粒在接触室内通过浮 力、重力与水流阻力的平衡作用后，取得了向上的升速U上。进入分离区后，又受到两 个力的作用：一

是水流扩散后由水平推力所产生的水平向流速U推；二是由于底部出流所产生 的向下流速U下。这两种流速的合速度大 小及方向决

定了带气絮凝体或是上浮去除，或是随水流挟出。至于其中上升或下降的速度则视合成速度U合在纵轴上投影的大小。 该速度影响

了气浮的处理效 果。絮凝体的大小，气泡的大小，气浮池体中水流向下的速度三者直接影响合成向上速度。合成向上的速度越大，

气浮的去除效率越高，气浮池体的就越小，整个工 程造价越低。要使上浮效果好，首先在池体中尽量降低U下。它可用扩大底部出

流面积 或提高出水的均匀度实现，随着底部的均匀集流、出流，水流到池未端U平约为零，这有利于上浮力较 小的带气絮凝体的分

离； 如要提前实现上浮去除，应 尽量降低u平，这可用扩大气浮池横断 面的方式来实现。接着要处理好絮凝体的大小，通过加药

混合，和絮凝反应来完成，应注意控制以下几个点，药剂的品种，投药量，药剂和污水的混合时间和混合强 度，药剂的投加点，药

剂和污水的反应时间和反应强度，产生的絮凝体的大小。另外还要控制溶气系统中气泡的大小。

竖流式气浮池分离区中颗粒 的运动状态与平流式相似。但其水平向分速要小得多、而且随径向距离的增加，断面迅速扩展，u平迅

速变小。特别是竖流式的 流速方向改政变不大，絮凝体主要受到向上水流推动力的惯性作用，颗粒的向上分速增大，使得带气絮凝

体与水体的分离条件比平流式要优越得多。不过究竟采用什 么形式还需要对各方面的条件进行综合评价后才能确定。

（六）电解气浮气浮工艺流程

电解气浮法对废水进行电 解，这时在阴极产生大量的氢气泡，氢气泡的直径很小，仅有20～100微米，它们起着气浮剂的作 用。废

水中的悬浮颗粒粘附在氢气泡上，随其上浮，从而达到了净化废水的目的。与此同时，在阳极上电离形成的氢氧化物起着混凝剂的

作用，有助于废水中的污泥 物上浮或下沉。

电解气浮法的优点是：能产 生大量小气泡；在利用可溶性阳极时，气浮过程和混凝过程结合进行；装置构造简单，是一种新的废水

净化方法。

这是最近几年在水处理领域 才出现的二种工艺，由于这种方法具有设备简单；管理方便；运行条件易于控制、装置紧凑、效果良好

，因而发展很快。

（七）溶气浮法的设计与计算

(A)设计要点及注意事项

（1）要充分研究探讨待处理水的 水质情况，分析采用气浮工艺的合理性和适用性；

（2）在有条件的情况下，对需处 理的废水应进行必要的气浮小型试验或模型试验。并根据试验结果选择适当的溶气压力及回流比

（指溶气水量与待处理水量的比值）。通常溶气压力采用0.2~0.4MPa，回流比取5％~100%一之间，回流比的确定需和 悬浮物的浓度

联系起来。浓度高回流比大，浓度小回流比小。

（3）根据试验时选定的混凝剂种 类、投加量、絮凝时间、反应程度等，确定反应形式及反应时间，一般沉淀反应时间较短，以2一

30分钟为宜；

（4）确定气浮池的池型，应根据 对处理水质的要求、净水工艺与前后处理构筑物的衔接、周围地形和构筑物的协调、施工难易程

度及造价等因素综合地加以考虑。反应池宜与气浮池合建。为避免打 碎絮体，应注意构筑物的衔接形式。进人气浮池接触室的流速

宜控制在0.1m／s以内；

（5）接触室必须对气泡与絮凝体 提供良好的接触条件，同时宽度应考虑安装和检修的要求。水流上升流速一般取10~20mm／s：，

水流在室内的停留时间不 宜小于60秒。

（6）接触室内的溶气释放器，需 根据确定的回流量，溶气压力及各种型号释放器的作用范围按下表来选定:

(7)气浮分离室需根据带气絮体 上浮分离的难易程度和水质的处理要求而定。选择水流（向下）的流速，一般取1.5~3.0mm／s，即

分离室的表面负荷率取 5.4~10.8m3/(m2.h)；

（8）气浮池的有效水深一般取2.0~2.5m，池中水流停留时间一般为10~20min； （９）气浮池的长宽比无严格 要求；一般以单格宽

度不超过10m，池长不超过15m为宜；

（10）气浮池的排渣一般采用刮 渣机定期排除。集渣槽可设置在池的一端或两端.;刮渣机的行车速度宜控制在5m／min以内；

（11）气浮池集水应力求均匀， 一般采用穿孔集水管，集水管的最大流速宜控制在0.5m／s左右；

(B)设计程序

1、进行实验室或现场试验

由于废水种类繁多，即使是 同类型的废水，其水质变化也很大。通常的设计参数也只是经验统计值。因此可靠的办法最好采用实验

室或现场小型试验取得的结果作为设计依据。

2、确定设计方案在进行现场 查勘及综合分析各种资料的基础上，确定主体设计方案。

（1）溶气方式采用全溶气式还是 部分回流式；

（2）气浮池池型选用平流式还是 竖流式，取圆形、方形还是矩形；

（3）在气浮前或后是否需要用预处理或后续处理构筑物，其形式怎样，如何衔接？

（4）浮渣处理与处置途径；

（5）工艺流程及平面布置的初步 确定及合理性分析。

3、设计计算（不包括一般处 理构筑物的常规计算）

4 提 供废水性质，详细的表格参见后面的附表。

（八）溶气浮法的主要设备的设计

（一）溶气释放器

(1)释气完全，在0.15MPa以上能释放溶气量的99%左右;

(2)能在较低压力下工作，在0.2MPa以上时能取得良好的净水效 果，节约电耗：

(3)释出的气泡微细，气泡平均 直径为20-40微米，气泡密集，附着性能 良好。

(二)压力溶气罐

溶气效率达80%以上

4

技术经济分析

由于净水工艺中沉淀法沿用 了多年，人们选用气浮法自然地要与沉淀法比较。其实，两种方法各具特点，对于轻飘易浮的杂质宜采

用溶气气浮法，；对于密实沉重的杂质宜采用沉淀法。通常通过投药、混合反应后形成的絮体，当上浮速度快于沉淀时，则选用气

浮法为好。因为气浮法占地面积小（仅为沉淀法的1／8一１／２），池容积也小（仅 为沉淀法的１／８－１／４），处理后出水水

质好，不仅浊度及ＳＳ低而且溶解氧高，排出的浮渣含水率远远低于沉淀法排出的污泥。一般污泥体积比为1／１０－１／2，这给

污泥的进一步处理和处 置既带来了较大方便，又节约了费用。

有些废水同时含可沉、可浮的杂质，单独使用气浮或沉淀效果都不理想。此时可将沉淀与气浮结合，发挥各自优点，不仅会提高处

理效果， 而且也节省投资和运行费用。

生产实践表明，气浮池不仅在除色、去浊上优于沉淀池，而且在降低污染水的COD、木质素以及提取氧等方面 都显出极其独特的优

点，其造价也比平流沉淀池、斜管沉淀池、水力或机械加速澄清池低，其运行费用也略低。

尽管气浮法净水因其独特优点而日露锋芒，但要充分发挥其特点，目前还应重点在以下应三个方面进行研究开发。

1．气泡进一步微细化。

众所周知，在相等的释气量 条件下，所产生的微气泡越细，则气泡个数越多越密集，粘附的絮粒也越小，净水效果也就越好，而且

形成的浮渣也越稳定。因此。研究气泡平均直径更小的溶气释 放器是当前提高气浮净水技术的一个途径。它不仅能提高现有净水对

象的去除效果，而且还能开拓气浮法净水的应用范围。

2．直接切割气体制造微气泡

压力溶气气浮法净水存在两 个问题：第一是压力溶气相对能耗较大；第二是溶气水量的加入增大了气浮池内的水力负荷，给分离带

来困难。解决这两个问题的理想办法是研制直接产生微气泡的 布气装置，通过该装置将气体切割成稳定、微细、密集的微气泡群，

从而极大限度地降低能耗，而且不会增加气浮池容积。尽管直接布气法难度很大，但它是最有吸 引力的研究方向。

3．固、液分离技术。

为了提高固、液分离技术， 充分发挥气浮净水的优势，除上述气泡进一步微细化与采用直接布气法外，改善固、液分离效果也是一

个重要方面。因为气浮净水的最终目的还是体现在提高分离效 果上。如果设法将电凝聚气浮的泡、絮同时形成并凝聚的这个概念引

人压力溶气气浮法中则有可能大大提高其分离效果。这个概念可称共凝聚气浮。为了适应共凝聚 气浮，应该研制一种新型的溶气释

放器，它应该延时释出高度密集的超微气泡，在与投药混合后的初级反应水（确切说，微絮粒尚未形成时的水）充分混和时，两者 

同时成长，即超微气泡与微絮粒同时形成并结合在一起，进而共同成长为带气絮粒。这样形成的带气絮粒在上浮过程中，不但不会

受剪力影响而使气泡脱落，以至下 沉，而且上浮快，浮渣稳定，耗用的气量最少。因此说共凝聚气浮是很有前途的研究方向。

4，如何妥善地解决粘附牢度 问题也是当前急待解决的一个问题。

气浮法作为一个物化法，不仅要提高气泡质量（如细微度、密集度、稳定性等），而且还要十分重视改善絮粒的 性能。如果我们能

得到增水性、吸附性强的絮粒，则将大大有助于提高气浮净水的效果。为此，研究供气浮用的絮凝剂和助凝剂也是迫在眉捷的一个

问题。 正象沉淀技术的发展离不开 沉淀理论的研究一样，气浮技术的发展也需要气浮理论的指导。更何况气浮研究的对象是液、

固、气三相体系，比沉淀更复杂。对于气泡的结构和特性、气泡尺寸的 正确选择与控制、气泡与絮粒粘附的条件，均须深入研究。

有些理论上的新概念与假设，尚须进一步通过实验逐个地得到验证与确认。因此气浮净水技术远非已臻完 善，众多的问题等待着我

们去研究突破。