4.4 气浮
4.4.1 原理与功能
气浮是向水中通入或设法产生大量的微细气泡，形成水、气、颗粒三相混合体，使气泡附着在悬浮颗粒上，因黏合体密度小于水而上浮到水面，实现水和悬浮物分离，从而在回收废水中的有用物质的同时又净化了废水。气浮可用于不适合沉淀的场合，以分离密度接近于水和难以沉淀的悬浮物，例如油脂、纤维、藻类等，也用来去除可溶性杂质，如表面活性物质。该法广泛应用于炼油、人造纤维、造纸、制革、化工、电镀、制药、钢铁等行业的废水处理，也用于生物处理后分离活性污泥。
悬浮物表面有亲水和憎水之分。憎水性颗粒表面容易附着气泡，因而可使用气浮。亲水性颗粒用适当的化学药品处理后可以转为憎水性。水处理中的气浮法常用混凝剂使胶体颗粒结为絮体，絮体具有网络结构，容易截留气泡，从而提高气浮效率。水中如有表面活性剂（如洗涤剂）可形成泡沫，也有附着悬浮颗粒一起上升的作用。
气浮法有可连续操作、应用范围广、基建投资和运行费用小、设备简单、对分离杂质有选择性、分离速度较沉降法快、残渣含水量较低、杂质去除率高、可以回收有用物质等优点。气浮过程中，达到废水充氧的同时，表面活性物质、易氧化物质、细菌和微生物的浓度也随之降低。
气浮池平面通常为长方形，平底，出水管位置略高于池底，水面设刮泥机和集泥槽，因为附有气泡的颗粒上浮速度很快，所以气浮池容积较小，停留时间仅十多分钟。
4.4.2 技术与装备
4.4.2.1 气浮的分类
气浮用于废水处理，根据布气方式可分为三类。
（1）散气气浮
散气气浮是直接将空气注入水中，可以用压缩空气通过扩散板布气，也可以用叶轮曝气，如图4-17和图4-18所示。
图4-17 扩散板布气气浮装置示意
1—进水；2—压缩空气；3—气浮柱；4—扩散板；5—气浮渣；6—出水
图4-18 叶轮气浮设备构造示意
1—叶轮；2—盖板；3—转轴；4—轴套；5—轴承；6—进气管；7—进水槽；8—出水槽；9—泡沫槽；10—泡沫板；11—整流板
（2）溶气气浮
溶气气浮是将空气在压力下送入水中，然后在常压下析出；也可将空气在压力或常压下送入，然后在负压条件下析出。前者称加压溶气气浮，后者称真空溶气气浮。真空溶气气浮虽然能耗较低，但因在负压下运行，设备构造比较复杂，维修管理较麻烦，所以生产上应用较少。加压溶气气浮根据加压空气与水的混合方式不同而分为全溶气方式、部分溶气方式和回流溶气方式三种。全溶气方式是对全部废水进行溶气，如图4-19所示；部分溶气方式是只对部分废水溶气，然后溶气的废水与未溶气的废水混合后进入气浮池，如图4-20所示；回流溶气方式是将气浮池的部分出水回流溶气后与进水混合进入气浮池，如图4-21所示。溶气的方式一般分水泵吸水管吸气溶气方式、水泵压水管射流溶气方式和水泵与空压机联合溶气方式，分别如图4-22～图4-24所示。前两种溶气方式常用于气浮效率要求不太高，且水量较小的工程，水泵与空压机联合溶气方式常用于气浮效率要求较高、水量较大的工程。
图4-19 全溶气方式加压气浮流程示意
1—原水；2—加压泵；3—空气；4—压力溶气灌（内含填料）；5—减压阀；6—气浮池；7—放气阀；8—刮渣机；9—集水系统；10—化学药剂
图4-20 部分溶气方式加压气浮流程示意
1—原水；2—加压泵；3—空气；4—压力溶气罐（内含填料）；5—减压阀；6—气浮池；7—放气阀；8—刮渣机；9—集水系统；10—化学药剂
图4-21 回流溶气方式加压气浮流程示意
1—原水；2—加压泵；3—空气；4—压力溶气罐（内含填料）；5—减压阀；6—气浮池；7—放气阀；8—刮渣机；9—集水系统
图4-22 水泵吸水管吸气溶气方式示意
1—废水；2—水泵；3—气量计；4—射流器；5—溶气罐；6—放气管；7—压力表；8—减压阀
图4-23 水泵压水管射流溶气方式示意
1—废水；2—水泵；3—射流器；4—溶气罐；5—压力表；6—减压阀；7—放气阀
图4-24 水泵与空压机联合溶气方式示意
1—废水；2—水泵；3—空压机；4—溶气罐；5—压力表；6—减压阀；7—放气阀
（3）电气浮
电气浮是在直流电作用下，用不溶性材料做阳极与阴极电解废水，在阴、阳两极分别产生氢、氧微气泡将废水中的固体颗粒带至水面而获得固液分离。电气浮产生的气泡粒径远小于散气气浮和溶气气浮，因此效果较好，且由于电解作用，还同时有氧化、脱色和杀菌作用。电气浮装置可以分为竖流式或平流式，如图4-25和图4-26所示。
图4-25 竖流式电气浮池示意
1—进水室；2—整流栅；3—电极组；4—出水孔；5—分离室；6—集水孔；7—出水管；8—排泥管；9—刮渣机；10—水位调节阀
图4-26 平流式电气浮池示意
1—进水室；2—整流栅；3—电极组；4—水位调节阀；
5—刮渣机；6—浮渣室；7—排渣阀；8—排泥管
4.4.2.2 气浮池
气浮池一般有平流式和竖流式两种结构形式，如图4-27所示。目前，生产上采用较多的是平流式气浮池。
图4-27 气浮池工艺示意
气浮池一般按表面水力负荷设计，处理含油废水气浮池的表荷一般为4～7m3/（m2·h）；造纸、纸浆废水气浮池一般为3～8m3/（m2·h）；城市污水处理厂活性污泥气浮池为0.7～3m3/（m2·h）。废水在气浮池中的停留时间通常取10～20min；有效水深可取2.0～2.5m。
气浮池分离区是气浮体上升与废水分离的主体区，表面水力负荷就是针对分离区讲的。因为废水是从气浮池下端出水的，所以表面水力负荷实际上是指分离区下向流的流速。当废水中含有密度大的固体颗粒时，气浮池底可能产生沉淀污泥，通常设刮泥机刮至污泥斗排出。此时气浮池还起到沉淀作用，可称为气浮沉淀池。
4.4.3 参数选择与设计
（1）方案选定
①进行实验室和现场试验 废水种类繁多，即使是同类型废水，水质变化也很大，很难提出确切参数，因此，可靠的办法是通过实验室和现场小型试验取得的主要参数作为设计依据。
②确定设计方案 在进行现场勘察和综合分析各种资料的基础上，确定主体设计方案。设计方案的大致内容如下。
1）溶气方式采用全溶气式还是部分回流式。
2）气浮池池型采用平流式还是竖流式，取圆形、方形还是矩形。
3）气浮池之前是否需要预处理构筑物？之后是否需要后续处理构筑物？它们的形式如何？连接方式如何？
4）浮渣处理、处置途径。
5）工艺流程及平面布置的分析和确定。
（2）参数选择与设计
①研究水质条件，确定是否适合采用气浮。
②在条件允许的情况下，根据试验结果确定溶气压力和回流比（溶气水量/待处理水量）。通常溶气压力采用0.2～0.4MPa，回流比取5%～25%。
③根据试验时选定的混凝剂及其投加量和完成絮凝的时间及难易程度，确定反应形式及反应时间，一般比沉淀反应时间短，为5～10min。
④气浮池的池型应根据多方因素考虑。反应池宜与气浮池合建。为避免打碎絮体，应注意水流的衔接。进入气浮池接触室的流速宜控制在0.1m/s以下。
⑤接触室必须为气泡和絮凝体提供良好的接触条件，接触室宽度应利于安装和检修。水流上升速度一般取10～20mm/s，水流在室内的停留时间不宜小于60s。
⑥接触室内的溶气释放器需根据确定的回流量、溶气压力及各种释放器的作用范围选定。
⑦气浮分离室需根据带气絮体上浮分离的难易程度选择水流流速，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气浮池排渣，一般采用刮渣机定期排出。集渣槽可设置在池的一端、两端或径向。刮泥机的行车速度宜控制在5m/min以内。
气浮池集水应力求均匀，一般采用穿孔集水管，集水管最大流速宜控制在0.5m/s以内。
压力溶气罐一般采用阶梯环为填料，填料层高度通常取1～1.5m。这时罐直径一般根据过水截面负荷率100～200m3/（m2·h）选取，罐高为2.5～3m。