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[摘 要]介绍了气浮工艺的原理及采用气浮工艺对石化废水深度处理的中试和生产性实验的情况，并对关键参数进行了分析，采用气浮工艺进行石化废水深度处理，简单可行，效果良好。
[关键词]气浮工艺 废水 处理
中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）42-0028-01
中石化天津分公司水务部污水深度处理系统始建于1994年，1995年投入生产运行。水源为两级生化处理后石化废水，设计处理水量为10000t/d，原设计深度处理工艺流程为混凝、沉淀、过滤、消毒的传统净水工艺。
工程投入使用后，成功地应用于小区冲厕、绿化等，节约了大量新鲜水。但是，随着中石化天津分公司生产装置的改扩建，回用水用量日益增大且前方来水水质组成发生了变化，原装置逐渐暴露出净水工艺用在工业废水深度处理上的一些缺陷，尤其是沉淀池矾花上翻，不易沉淀现象较为严重。大量不能沉淀的絮体堵塞斜管，使排泥周期缩短，有时仅为2-4 小时且出水水质仍较差。生产运行时只好将排泥阀长期打开，由间歇排泥改为连续排泥，水及絮凝剂大量流失，整套装置产水量远达不到10000t/d的设计水量，且水的色度、臭味大，许多用户自行将冲厕水改为清水，导致回用水用水量小，吨水成本高，严重影响了回用水用户的开发及规模的扩大。
1、工艺选择
原水水质水量波动较大，来水中COD的主要成分为悬浮物，且水中悬浮物颗粒粒度细小，颗粒本身及其形成的絮体密度接近甚至低于水，很难利用沉淀实现固液分离，大量不能沉淀的絮体进入过滤器，在滤层表面形成一层滤膜，使水头损失迅速增大，过滤器过滤周期缩短，负荷过高。而过滤作为深度处理中心工艺，滤前水水质必须得到保证。因此，如何确保在滤前去除大量悬浮物，降低整套装置中心工艺过滤部分的负荷，是保证回用水装置出水水质的关键。针对原水中悬浮物颗粒及其形成的絮体密度接近甚至低于水的特性，考虑将斜管沉淀池改造为气浮池，进行了中试实验、生产性实验和利用旧池改造，建成了10000t/d的生产装置。
2、气浮工艺的简单原理
气浮是以微小气泡（理想尺寸为15—30μm）作为载体，粘附水中的杂质颗粒，使其密度小于水，然后颗粒被气泡挟带浮升至水面与水分离去除的方法。气浮池比沉淀池表面负荷高，且出水和浮渣都含有一定量的氧，具有预曝气、脱色、降低COD的作用，不仅可以去除水中的微小悬浮物，而且对溶解性有机物也有一定的去除能力。
3、中试及生产性实验装置
3.1、装置选择
在气浮方式上，中试及生产性实验装置采用了涡流式气液混合泵作为产气装置。该装置采用涡流泵边吸水边吸气，气水在泵内加压混合，经过涡流泵的剪切，形成溶解有20―30？m微细气泡的气水混合液，取代了传统加压溶气气浮必需的加压泵、空压机、大型溶气罐、射流器及释放头等设备，设备投资少、管理简单、装置运行稳定，缺点是产生气泡直径较大，运行电耗高。
中试及生产性实验用气浮池利用原斜管沉淀池改造而成。池体改造分两次进行。中试实验时改造了原斜管沉淀池两格之中的一个，生产性实验时将原斜管沉淀池两格之中的另一个也进行了改造。
3.2、工艺参数
处理水量：100t/h（中试实验），200t/h（生产性实验）；进水浊度≤25NTU，进水SS≤40mg/l；进水CODcr≤100mg/l，PH=6.5～8；溶气压力：4kg/cm2，回流比：30%；接触室水流上升流速：20mm/s；加压溶气水量：40m3/h。
3.3、中试过程
中试实验装置试运行初期，效果不理想，原因为：
1、原厂家提供的气液分离罐尺寸结构不合理，容积过小，使水和空气在罐中停留时间过短。根据空气溶解量与加压时间的关系可知，停留时间过短水和空气不能充分接触，气泡在水中溶解情况不好。在达到一定的加压时间后，空气在水中的溶解量才能达到最大值。根据以上分析，对气液分离罐进行了重新设计和加工。在增大气液分离罐容积的同时，还在内部设了隔板，使水和空气在高压下的接触时间得到增加，加大了空气的溶解量。
2、厂家提供的铜制吸气嘴没有调节阀，吸气量较大，使水泵内压力降低过大，造成气泡尺寸偏大，气泡与悬浮物的碰撞几率减小，形成的气粒结合体少，导致处理效果不好。为解决这一问题，在吸气嘴上安装了调节阀，通过适当减少吸气量保证了泵内压力，进而保证了气泡直径足够小，改善了处理效果。
3、实验装置采用斜管沉淀池改造而成，在平面布置上不尽合理，分离区过短，停留时间太少，形成的气浮体没有充分的时间上浮至水面，因此处理效果不好。为解决这个问题，将从原斜管沉淀池拆除的斜管重新铺设在了接触室内，这样加速了水的紊动，提高了液相的分散程度，不断更新液相与气相的界面，从而提高气泡与悬浮物的结合几率，增加了分离室内的停留时间，使处理效果得到了较大改善。
3.4、运行数据
该套装置改造后投入运行近一年，其运行数据可见，改造后整个装置运行稳定，滤前水水质得到了有效保障，深度处理出水浊度及CODcr两项指标均满足过滤进水要求。
3.5、结果分析
3.5.1、浊度的去除
气浮工艺在石化废水深度处理中对浊度的去除率数据可见，出水浊度受来水水质变化的影响较小。设备在设计能力范围内处理污水时，出水水质基本保持不变。在进水水量为100t/h左右时，浮选后浊度保证在10NTU以内。
3.5.2、CODcr的去除
气浮工艺在石化废水深度处理中对CODcr的去除率数据可见，气浮对水中COD的处理深度是有限的，去除率在20%--- 50%。主要原因是气浮是一种物理反应过程，对水中溶解性有机物，气泡无法与之结合，无法去除。
3.5.3、关键参数控制
气浮法是靠水中微小的气泡携带悬浮物上浮至水面的一种净化水的方法。从这个意义上讲，关键问题有两个：一是气泡的生成及气泡的直径分布；二是气泡与悬浮物的结合。气泡与悬浮物的结合随它们之间的相互碰撞几率、粘附效率及接触时间的增加而增加；碰撞几率随悬浮物直径和气泡浓度的增加而增加，且随着气泡直径的减小而增加；粘附效率与原水类型有关，如PH值、温度等，这是原水本身的特性。就采用涡流式气液混合泵进行气浮本身来说，应提高气泡的浓度，降低气泡的直径，这是设备的关键。
解决这两个问题的实质是提高吸气量、气液分离罐内压力和湍流程度等。根据亨利定律和伯努利方程可得，空气在水中溶解度与所受压力成正比，气液分离罐压力提高，气泡直径减小，浓度增大；气体与液体的湍流程度增大，气泡的浓度增大。 在中试中，通过减小进气量等方法提高溶气罐压力，并在分离区增加斜管，提高湍流程度，达到了提高气泡浓度，减小气泡直径的目的。
4、10000t/d生产装置
在中试实验取得成功的基础上，中石化天津分公司水务部利用原回用水清水池的一格进行了改造，建成了处理水量450t/h的生产装置。该装置根据中试及生产性实验总结的原设备缺点进行了调整，采用了水射器及射流泵作为产气装置，并采用反应、气浮一体式池型，安装了反应搅拌器、溶气罐、刮渣机及释放器等设备。
该装置正式运行后，对浊度的去除率可达80 %，CODcr的去除率达40%，均优于中试及生产性实验装置。设备操作简单，维护量少，不需频繁调整，运行非常平稳。
5、结论
中石化天津分公司水务部技术改造的成功经验说明，采用气浮工艺进行污水深度处理预处理，是一种简单可行、效果稳定的实用技术，具有以下特点：
（1）、药剂消耗少，产水率高。
（2）、运行管理简单，抗冲击负荷能力强。
（3）、处理效果好。
[关键词]气浮工艺 废水 处理
中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）42-0028-01
中石化天津分公司水务部污水深度处理系统始建于1994年，1995年投入生产运行。水源为两级生化处理后石化废水，设计处理水量为10000t/d，原设计深度处理工艺流程为混凝、沉淀、过滤、消毒的传统净水工艺。
工程投入使用后，成功地应用于小区冲厕、绿化等，节约了大量新鲜水。但是，随着中石化天津分公司生产装置的改扩建，回用水用量日益增大且前方来水水质组成发生了变化，原装置逐渐暴露出净水工艺用在工业废水深度处理上的一些缺陷，尤其是沉淀池矾花上翻，不易沉淀现象较为严重。大量不能沉淀的絮体堵塞斜管，使排泥周期缩短，有时仅为2-4 小时且出水水质仍较差。生产运行时只好将排泥阀长期打开，由间歇排泥改为连续排泥，水及絮凝剂大量流失，整套装置产水量远达不到10000t/d的设计水量，且水的色度、臭味大，许多用户自行将冲厕水改为清水，导致回用水用水量小，吨水成本高，严重影响了回用水用户的开发及规模的扩大。
1、工艺选择
原水水质水量波动较大，来水中COD的主要成分为悬浮物，且水中悬浮物颗粒粒度细小，颗粒本身及其形成的絮体密度接近甚至低于水，很难利用沉淀实现固液分离，大量不能沉淀的絮体进入过滤器，在滤层表面形成一层滤膜，使水头损失迅速增大，过滤器过滤周期缩短，负荷过高。而过滤作为深度处理中心工艺，滤前水水质必须得到保证。因此，如何确保在滤前去除大量悬浮物，降低整套装置中心工艺过滤部分的负荷，是保证回用水装置出水水质的关键。针对原水中悬浮物颗粒及其形成的絮体密度接近甚至低于水的特性，考虑将斜管沉淀池改造为气浮池，进行了中试实验、生产性实验和利用旧池改造，建成了10000t/d的生产装置。
2、气浮工艺的简单原理
气浮是以微小气泡（理想尺寸为15—30μm）作为载体，粘附水中的杂质颗粒，使其密度小于水，然后颗粒被气泡挟带浮升至水面与水分离去除的方法。气浮池比沉淀池表面负荷高，且出水和浮渣都含有一定量的氧，具有预曝气、脱色、降低COD的作用，不仅可以去除水中的微小悬浮物，而且对溶解性有机物也有一定的去除能力。
3、中试及生产性实验装置
3.1、装置选择
在气浮方式上，中试及生产性实验装置采用了涡流式气液混合泵作为产气装置。该装置采用涡流泵边吸水边吸气，气水在泵内加压混合，经过涡流泵的剪切，形成溶解有20―30？m微细气泡的气水混合液，取代了传统加压溶气气浮必需的加压泵、空压机、大型溶气罐、射流器及释放头等设备，设备投资少、管理简单、装置运行稳定，缺点是产生气泡直径较大，运行电耗高。
中试及生产性实验用气浮池利用原斜管沉淀池改造而成。池体改造分两次进行。中试实验时改造了原斜管沉淀池两格之中的一个，生产性实验时将原斜管沉淀池两格之中的另一个也进行了改造。
3.2、工艺参数
处理水量：100t/h（中试实验），200t/h（生产性实验）；进水浊度≤25NTU，进水SS≤40mg/l；进水CODcr≤100mg/l，PH=6.5～8；溶气压力：4kg/cm2，回流比：30%；接触室水流上升流速：20mm/s；加压溶气水量：40m3/h。
3.3、中试过程
中试实验装置试运行初期，效果不理想，原因为：
1、原厂家提供的气液分离罐尺寸结构不合理，容积过小，使水和空气在罐中停留时间过短。根据空气溶解量与加压时间的关系可知，停留时间过短水和空气不能充分接触，气泡在水中溶解情况不好。在达到一定的加压时间后，空气在水中的溶解量才能达到最大值。根据以上分析，对气液分离罐进行了重新设计和加工。在增大气液分离罐容积的同时，还在内部设了隔板，使水和空气在高压下的接触时间得到增加，加大了空气的溶解量。
2、厂家提供的铜制吸气嘴没有调节阀，吸气量较大，使水泵内压力降低过大，造成气泡尺寸偏大，气泡与悬浮物的碰撞几率减小，形成的气粒结合体少，导致处理效果不好。为解决这一问题，在吸气嘴上安装了调节阀，通过适当减少吸气量保证了泵内压力，进而保证了气泡直径足够小，改善了处理效果。
3、实验装置采用斜管沉淀池改造而成，在平面布置上不尽合理，分离区过短，停留时间太少，形成的气浮体没有充分的时间上浮至水面，因此处理效果不好。为解决这个问题，将从原斜管沉淀池拆除的斜管重新铺设在了接触室内，这样加速了水的紊动，提高了液相的分散程度，不断更新液相与气相的界面，从而提高气泡与悬浮物的结合几率，增加了分离室内的停留时间，使处理效果得到了较大改善。
3.4、运行数据
该套装置改造后投入运行近一年，其运行数据可见，改造后整个装置运行稳定，滤前水水质得到了有效保障，深度处理出水浊度及CODcr两项指标均满足过滤进水要求。
3.5、结果分析
3.5.1、浊度的去除
气浮工艺在石化废水深度处理中对浊度的去除率数据可见，出水浊度受来水水质变化的影响较小。设备在设计能力范围内处理污水时，出水水质基本保持不变。在进水水量为100t/h左右时，浮选后浊度保证在10NTU以内。
3.5.2、CODcr的去除
气浮工艺在石化废水深度处理中对CODcr的去除率数据可见，气浮对水中COD的处理深度是有限的，去除率在20%--- 50%。主要原因是气浮是一种物理反应过程，对水中溶解性有机物，气泡无法与之结合，无法去除。
3.5.3、关键参数控制
气浮法是靠水中微小的气泡携带悬浮物上浮至水面的一种净化水的方法。从这个意义上讲，关键问题有两个：一是气泡的生成及气泡的直径分布；二是气泡与悬浮物的结合。气泡与悬浮物的结合随它们之间的相互碰撞几率、粘附效率及接触时间的增加而增加；碰撞几率随悬浮物直径和气泡浓度的增加而增加，且随着气泡直径的减小而增加；粘附效率与原水类型有关，如PH值、温度等，这是原水本身的特性。就采用涡流式气液混合泵进行气浮本身来说，应提高气泡的浓度，降低气泡的直径，这是设备的关键。
解决这两个问题的实质是提高吸气量、气液分离罐内压力和湍流程度等。根据亨利定律和伯努利方程可得，空气在水中溶解度与所受压力成正比，气液分离罐压力提高，气泡直径减小，浓度增大；气体与液体的湍流程度增大，气泡的浓度增大。 在中试中，通过减小进气量等方法提高溶气罐压力，并在分离区增加斜管，提高湍流程度，达到了提高气泡浓度，减小气泡直径的目的。
4、10000t/d生产装置
在中试实验取得成功的基础上，中石化天津分公司水务部利用原回用水清水池的一格进行了改造，建成了处理水量450t/h的生产装置。该装置根据中试及生产性实验总结的原设备缺点进行了调整，采用了水射器及射流泵作为产气装置，并采用反应、气浮一体式池型，安装了反应搅拌器、溶气罐、刮渣机及释放器等设备。
该装置正式运行后，对浊度的去除率可达80 %，CODcr的去除率达40%，均优于中试及生产性实验装置。设备操作简单，维护量少，不需频繁调整，运行非常平稳。
5、结论
中石化天津分公司水务部技术改造的成功经验说明，采用气浮工艺进行污水深度处理预处理，是一种简单可行、效果稳定的实用技术，具有以下特点：
（1）、药剂消耗少，产水率高。
（2）、运行管理简单，抗冲击负荷能力强。
（3）、处理效果好。