摘要：阐述了气浮工艺在水处理过程的作用机理和应用场景，并对常见工艺的分类进行了描述，最后以中试实例说明该工艺在工业废水处理过程中去除水中COD、SS和油类具有明显效果。
关键词：气浮,工业废水,去除COD
0引言
气浮是一种高效的固-液、液-液分离技术，最早用于矿石的浮选，随着微气泡制备和控制技术的不断发展，气浮分离技术广泛应用于工业企业的废水处理。气浮分离技术相较于传统沉降法，不仅能有效除去水中乳化状态的油类和悬浮状态的藻类，更着重于去除污废水中密度接近于水、难以自然沉降或上浮的微小悬浮颗粒，具有停留时间短、药剂消耗少等优势，更适合建设用地有限的情况"。
1气浮工艺的作用机理
气浮工艺在我国已有几十年的应用历程，对其机理的研究，起初主要集中在工艺条件的研究和处理现象的局部解释，随着技术的不断进步，对于气浮工艺作用机理、动力学和热力学理论的研究有了长足发展”。现在普遍认为气浮工艺的作用机理是利用设备设法使污废水中通入或产生大量的微小气泡，污染物黏附在气泡表面，经过混凝、絮凝药剂的凝聚和脱稳作用，形成气、水和污染物絮体颗粒的三相混合体，借助界面张力、浮力和静水压差等多种作用力而上浮到表面，从而实现污染物的去除。
2气浮工艺的分类及应用场景
气浮工艺按照气泡产生方式的不同，常见主要有溶气气浮和涡凹气浮，其中溶气气浮包括加压溶气气浮和浅层气浮。
2.1加压溶气气浮
加压溶气气浮是将待处理废水通过加压水泵增压至0.3~0.6 MPa，之后与压缩空气，一并通入溶气罐内进行接触溶解，然后经池内释放器急骤减压至常压，形成直径为20~100μm的微小气泡，与水中悬浮颗粒黏附一起浮出水面，达到固-液分离。根据溶气方式的不同，加压溶气气浮分类阐述如下:
2.1.1全溶气气浮
全溶气气浮是对进入该系统的全部废水进行加压溶气，然后通过减压阀将溶气废水送入气浮池，其主要特点是溶气量大，能大大增加污染物与气泡的碰撞机率，相同的条件下，池体容积较回流溶气气浮法要小，降低了土建投资，但相应的，加压泵和溶气罐的选型会偏大，从而增加设备投资和电耗成本。
2.1.2部分溶气气浮
部分溶气气浮是对进入该系统污废水的部分进行加压溶气，再与剩余污废水在气浮池中混合，其主要特点是设备较全溶气气浮法要小，电耗较低，土建投资小于回流溶气气浮。
2.1.3回流溶气气浮
回流溶气气浮是将出水进行加压和溶气，回流减压后与进水在池内混合。一般来说回流比为进水量的25%~100%，其主要特点是加压水量少，电耗省，与前两者相比，不会促进乳化现象，但容积要更大些。
2.2浅层气浮
浅层气浮是基于气浮工艺作用机理，结合浅层和零速理论发展出来的一种气浮技术”，其主体呈现圆柱形，水深较浅，一般为0.35~0.5m，气泡产生方式与溶气气浮一致，不同的是它没有独立的接触区与分离区，且能实现设备运动、水体静止的状态。
2.3涡凹气浮
涡凹气浮(CAF)是由美国发明的一种气浮技术5，其产生气泡的方式与前两者不尽相同，它是利用涡凹曝气机高速旋转的离心力，使涡轮轴心形成负压，吸入空气，由涡轮叶片打碎成大量微气泡。
3应用场景
气浮工艺常用于水中悬浮物的分离，尤其是对密度小的纤维类、油类的分离极具优势，用于食品废水、含油废水、印染废水、经化学处理的化工废水等及其上述几种组合废水的预处理或深度处理。
3.1预处理阶段
气浮工艺应用在污废水的预处理阶段，主要是去除水中含有油类、不溶性COD、SS和特征污染物，若前置增加加药措施，可协同去除水中的TPte。
3.1.1含油废水
气浮适用于隔离处理后留在水中粒径为10~60 nm的分散油、乳化油等固体物。史卫强等人利用隔油+气浮联合工艺处理炼油厂产生的废水，其中气浮段平均除油率为82.02%[7]，效果显著。
3.1.2印染废水
印染废水具有成分复杂、色度高、可生化性较差等特点，章华丽[8]等人采用混凝气浮处理印染废水，COD和色度去除率分别可达到50%和80%。
3.1.3造纸废水
造纸废水含有大量的可溶性有机物，特别是制浆废水中含有一定量的木质素、纤维素和半纤维素及其衍生物，具有较高的COD值、色度。通过气浮工艺预处理，可去除进水30%~50%的COD和80%以上的SS。
3.1.4医药化工废水
医药化工废水中有机物含量很高，COD高达数万至数十万，且可能含有一定的特殊污染物，具有一定的生物毒性，因此在处理此类废水时，时常将气浮作为高级氧化和生物系统的预处理单元。
3.2深度处理阶段
气浮工艺应用在深度处理阶段，即接自二级生化出水，主要是进一步去除水中含有的SS和TP，使得两者出水水质指标可达到更高标准，可代替高效混凝沉淀作用，并能实现TP的极限去除要求，使得出水TP质量浓度低于0.05 mg/L[9]。
4案例分析
4.1工程概述
某市工业园区污水处理厂总处理规模为4.5万t/d，分两期建设，一期设计规模为2.5万t/d，采用水解酸化+氧化沟工艺，二期设计规模为2万t/d，采用兼氧FMBR膜工艺，出水标准执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB 18918—2002一级A标准，用于处理园区的工业废水及生活污水，其中工业废水占比高达82.2%，主要排污企业类型以医药及化工制造类、食品加工类、造纸类等为主。污水处理工艺流程，如图1所示。
随着环保要求不断提高，该厂需进行提标改造，如表1所示。经现场调研发现，现状污水厂进水成分复杂，所有废水全部混合后统一处理，未对不同水质特性的废水进行分质预处理措施，这样不仅无谓地提高了运行成本，也无法达到较好的处理效果，因此，按照企业排放污染物特性，设置三条处理线，其中一条处理线针对造纸类、食品加工类和生活污水，采用浅层气浮+水解酸化的预处理工艺，如图2所示。
为验证气浮对上述废水的处理效果，提高工程的实用性与有效性，该项目进行了中试试验。
4.2中试装置
气浮中试装置安装在污水厂现状空地上，采用水泵从进水井抽升至储水罐，再由离心泵提升至气浮中试装置，出水进入后续水解酸化池中试装置，本次气浮中试装置采用浅层气浮，进水量5~10 m3/h，直径2 m，表面负荷：1.59~3.18 m3/m2·h。
4.3中试进水
中试试验原水取自污水厂进厂混合废水，包含造纸废水、食品废水和生活污水，其水质如表2所示。
4.4分析项目及方法
COD：重铬酸钾法测定，SS：重量法测定，动植物油类：重量法测定。
4.5结果及分析
自2022年10月1日至10月24日进行中试试验，运行结果如下：
4.5.1 COD去除效果
原水经气浮后，COD减少了6.5%~55%不等，如图3所示。造成去除率大波动的原因是气浮工艺主要去除的是颗粒性或胶体状态的COD，而原水已通过企业内部污水厂站生化处理，水中COD得到极大削减，出水多以溶解性COD为主。
4.5.2 SS去除效果
SS去除率59.48%~85.38%，平均值达到79.30%，效果非常明显。如图4所示。
4.5.3动植物油类去除效果
运行过程中进行了三次动植物油类的检测，结果如表3所示。
通过气浮处理后，出水动植物油指标较低，甚至低于检出限，极大地减轻动植物油对生化系统的影响。
5结论与建议
气浮工艺作为一种污废水处理技术，应用范围广，多以溶气气浮法为主，可用于生化处理和深度处理系统的前置预处理，亦可用于二级处理出水除磷除SS的深度处理。在实际项目的中试试验中，浅层气浮在处理造纸、食品企业综合废水中的颗粒性或胶体状态CODCr、SS和动植物油类效用明显，去除率分别可达55%、85.4%、93.7%，能够有效减轻生化系统的处理负荷，但由于中试的局限性，建议加强对气浮处理不同比例下混合废水的能力进行充分研究，从而更灵活指导后续的运行操作。
参考文献
[1]孟兴智，张仂，谢承友，等.气浮法水处理工艺应用现状[J].盐科学与化工，2021，50（6）：1-3.
[2]朱兆亮，曹相生，孟雪征，等.气浮净水工艺述评[J].环境科学与技术，2008，31（8）：55-58.
[3]胡洁.新型气浮设备──高效浅层气浮[J].江苏环境科技，1999（1）：19-20.
[4]高丽，费庆志.气浮净水设备在水处理中的应用[J].辽宁化工，2004，33（10）：617-620.
[5]管晓涛，胡锋平，路文旭，等.CAF工艺浓缩剩余活性污泥的可行性研究[J].环境科学与管理，2006，31（1）：37-39.
[6]陈艺敏，詹小林，陈开亮.混凝气浮-水解酸化-接触氧化-化学除磷处理高磷食品工业废水[J].宁夏大学学报（自然科学版），2022，43（3）：273-277.
[7]史卫强，刘洁，孙红艳.隔油+气浮+两级AO组合工艺处理含油废水研究[J].哈尔滨商业大学学报（自然科学版)，2022，38（6）：674-677.
[8]章华丽，梅荣武.气浮+生化+气浮提标改造工艺处理印染废水工程实例[J].水处理技术，2016，42（9）：133-136.
[9]隋克俭，李家驹，李鹏峰，等.溶气气浮工艺用于城镇污水处理厂二级出水的深度除磷研究[J].环境工程，2020，38（7）：66-70.
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