氣浮的起源、演變及發(fā)展方向

王金奇

摘 要：上世紀(jì)50年代壓力溶氣氣浮誕生，近三十年迅速發(fā)展起來(lái)，現(xiàn)向海水淡化方向發(fā)展。

關(guān)鍵詞：氣浮的雛形，溶氣氣浮，海水淡化。

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.23.242

1 氣浮的歷史演變

氣浮凈水技術(shù)是近三十年迅速發(fā)展起來(lái)一種的固液分離技術(shù)，其原理是在加壓下使空氣溶入水中，再在減壓下釋放空氣，產(chǎn)生大量微小氣泡，微小氣泡與顆粒物的相互作用，包括吸附、絮凝及水動(dòng)力學(xué)等復(fù)雜過(guò)程。使氣泡粘附在懸浮顆粒上，形成整體比重小于1的混合體，由于浮力大于重力混合體浮至水面，形成浮渣，清水則向下流動(dòng)，分別收集浮渣和清水，實(shí)現(xiàn)固液分離，污水得以?xún)艋Ｔ谒幚眍I(lǐng)域中，氣浮凈水技術(shù)在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用非常廣泛。

早在1930年瑞典某造紙廠曾經(jīng)將空氣在壓力下分散于水中來(lái)處理污水，實(shí)質(zhì)就是通過(guò)微孔塑料板將壓縮空氣分割成小氣泡分散于水中實(shí)現(xiàn)氣浮，這就是散氣氣浮的雛形。

起初氣浮發(fā)展非常緩慢，究其原因主要是制造微氣泡的技術(shù)不成熟，采用分散空氣氣浮時(shí)，產(chǎn)生的氣泡不夠微細(xì)，顆粒的粘附能力很差，大氣泡還會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重紊流而撞碎絮體。當(dāng)時(shí)氣浮的應(yīng)用還不是很廣，主要用于處理含油、脂肪、纖維等比重小的雜質(zhì)的廢水。

為了解決制造微氣泡的問(wèn)題，人們發(fā)明了電解氣浮，電解氣浮是用不溶性陽(yáng)極和陰極，通以直流電，直接將廢水電解，陽(yáng)板和陰極產(chǎn)生氫氣和氧氣，形成的微氣泡與廢水中的污染物顆?；蛐跄w粘附浮至水面。電解產(chǎn)生的氣泡遠(yuǎn)小于散氣法形成的氣泡，但運(yùn)行成本過(guò)高也很難得以推廣。葉輪氣浮就是利用電機(jī)帶動(dòng)葉輪高速旋轉(zhuǎn)，空氣被粉碎成細(xì)小的氣泡，并與水充分混合成水氣混合體 ，氣泡帶動(dòng)水中雜質(zhì)顆粒上浮。這種氣浮設(shè)備適用于處理污染物質(zhì)濃度高的廢水，但處理量不大。

直至上世紀(jì)50年代壓力溶氣氣浮的誕生，氣浮才走上發(fā)展的快車(chē)道，高壓溶氣系統(tǒng)通過(guò)水泵和空壓機(jī)向溶氣罐中打入清水和壓縮空氣，在0.3～0.5Mpa的密封的溶氣罐內(nèi)通過(guò)噴口、混合管中水流的高速運(yùn)動(dòng)，使空氣在最短時(shí)間充分溶入水中，然后再在常壓下通過(guò)釋放器減壓釋放，形成大量地直徑在20～50um的微氣泡，微氣泡與水中的絮體形成穩(wěn)定的比重小于1的混合體，由于浮力的作用混合體上浮至水面與水分離。

2 我國(guó)的氣浮技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)在60年代末已有壓力溶氣裝置應(yīng)用于食鹽溶液的凈化和石油廢水的處理。70年代氣浮技術(shù)發(fā)展較快，當(dāng)部分回流技術(shù)的得以應(yīng)用時(shí)，現(xiàn)代氣浮工藝基本形成。氣浮設(shè)備近年來(lái)應(yīng)用日趨廣泛，在傳統(tǒng)氣浮工藝的基礎(chǔ)上，又發(fā)展了一些新的工藝，例如渦凹?xì)飧。–AF）工藝、淺層氣浮工藝等。見(jiàn)圖1。

我公司從上世紀(jì)八十年代開(kāi)始關(guān)注氣浮，至今已有30多年的歷史，先后研究開(kāi)發(fā)了四代不同的壓力溶氣部分回流氣浮產(chǎn)品，我公司氣浮產(chǎn)品的發(fā)展過(guò)程正好反應(yīng)了我國(guó)壓力溶氣氣浮技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r。

上世紀(jì)八十年代中期生產(chǎn)的第一代氣浮，制造工藝簡(jiǎn)單，只能手動(dòng)控制，采用初級(jí)溶氣系統(tǒng)，TS型管式釋放器。

90年代研發(fā)并生產(chǎn)的第二代氣浮，整體加工工藝有了一定的進(jìn)步，采用半自動(dòng)控制系統(tǒng)，改善了溶氣效能，開(kāi)發(fā)出第二代TJ型釋放器。見(jiàn)圖2。

本世紀(jì)初研發(fā)的第三代氣浮，制造工藝得到提高，采用數(shù)控加工，池體沖壓成型，采用PLC自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)，溶氣效能得到進(jìn)一步的加強(qiáng)，采用第三代TJ型釋放器，油漆采用高壓無(wú)氣噴涂。

2013研發(fā)并投產(chǎn)的第四代氣浮，系統(tǒng)高度集成智能運(yùn)行，溶氣效率達(dá)95%，采用高效釋放器，釋氣率接近95%。見(jiàn)圖3。

3 氣浮在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用及發(fā)展方向

隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和人口的不斷增加，氣浮迎來(lái)了前所未有的發(fā)展機(jī)遇。

水是人類(lèi)發(fā)展不可缺少的自然資源，是人類(lèi)和一切生物賴(lài)以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，當(dāng)今世界，水資源不足已成為全球所面臨的復(fù)雜問(wèn)題和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要制約因素。

另一方面工業(yè)迅猛發(fā)展，產(chǎn)生大量的工業(yè)廢水，由于氣浮產(chǎn)生的浮渣含氧，不易腐化，有利于后續(xù)處理；氣浮池表面負(fù)荷高，所需的藥量較少，處理效率高，等眾多優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)開(kāi)始在石油化工、紡織、印染、機(jī)械加工、拆船和食品等行業(yè)的廢水處理中得到應(yīng)用。

（1）對(duì)于帶酸或堿性的廢水，必須要用調(diào)節(jié)劑（例如酸或堿）來(lái)調(diào)節(jié)污水的PH值，用以調(diào)節(jié)水中污染物的電荷狀態(tài)，減弱其親水性能，使其能與微氣泡沾附。

（2）對(duì)水中的金屬離子，可采用氫氧化物，或硫化物處理后，生成金屬離子的金屬氫氧化物，或硫化物。再進(jìn)行浮除。

（3）印染廢水，內(nèi)含大量的活性物質(zhì)，容易起泡沫，建議在回流泵前加消泡劑（天然油脂，各種化工用的合成消泡劑，膨潤(rùn)土，滑石粉，硅藻土）。含有堿性洗滌劑的要加酸中和，若是含硫化物的染料，則比較容易上浮，若為活性染料，其在水中溶解性較高，則不易浮除。解決方法是回流泵前接河水，或自來(lái)水。

（4）石化廢水，含有大量的石油類(lèi)物質(zhì)和固體雜質(zhì)， 除了高壓溶氣氣浮外，渦凹?xì)飧⌒Ч蚕喈?dāng)不錯(cuò)。

（5）造紙廢水是廢水又一大類(lèi)別，對(duì)此有人專(zhuān)進(jìn)行了研究。水中含有大量的細(xì)小的纖維，若為新聞紙廢水，還含有脫墨劑（表面活性劑）。近年來(lái)由于節(jié)水技術(shù)的發(fā)展廢水濃度不斷增加，隨著廢水濃度的增加，廢水水質(zhì)變的更加復(fù)雜，處理工藝也更加復(fù)雜，除氣浮外還要增加后面的處理過(guò)程。氣浮的應(yīng)用見(jiàn)表1。

大量農(nóng)業(yè)人口涌入城市，城市人口不斷膨脹，城市生活污水也隨之增多，在日本東京城市水回收中心通過(guò)三級(jí)水處理廠回收廢水，氯化消毒后用于沖洗高層建筑的廁所，城市生活廢水特點(diǎn)是含油多，而氣浮在去油方面有著獨(dú)到之處。因而城市生活廢水的處理是氣浮發(fā)展的另一個(gè)方向。餐飲廢水，水質(zhì)的變化很大，含有大量的渣滓和油，根據(jù)實(shí)驗(yàn)用硫酸鋁鉀、PAM、PAC三種藥劑，會(huì)取得好的處理效果。

地球上水的總貯量約有13.9億km3。其中約97%為海洋咸水，不能直接為人類(lèi)利用，淡水的總量?jī)H為0.36億km3，不足地球總水量的3%，而且其中有77.2%是以冰川和冰帽的形式存在于極地和高山，能夠?yàn)槿祟?lèi)直接利用的淡水僅占淡水總量的0.3%，因此人類(lèi)直接利用的淡水資源是十分有限的，如何向海洋要水成了當(dāng)今人類(lèi)急待解決的問(wèn)題，在這方面已經(jīng)有人進(jìn)行了大膽的嘗試，并且有不少成功的案例，中冶海水淡化投資有限公司、無(wú)錫海拓環(huán)保裝備科技有限公司等就是海水淡化產(chǎn)業(yè)的先行者和實(shí)踐者。

海水淡化氣浮一般處理量很大，體積也很大，并以土建氣浮為主，剛質(zhì)池體很少，室外布置較多，回流比小，通常為10～15%，進(jìn)水用泵輸送，出水自流。

氣浮因人類(lèi)的發(fā)展而產(chǎn)生，也因人類(lèi)的不同需要而創(chuàng)新，隨著研究的不斷深入和技術(shù)工藝的完善，不久的將來(lái)氣浮的應(yīng)用將更加廣泛，也將為我們提供更好的服務(wù)。endprint