气浮技术在含油废水处理中的应用探讨
0 引言
含油废水是一种常见的、能给人类社会带来较严重的环境污染，为此，国内外均特别重视对含油废水的处理。气浮工艺的除油效率高、处理速度快、运行安全可靠，是一种经济实用的除油技术，具有很好的应用前景。而防止释放器堵塞和浮渣堆积是当前需解决的现实问题。
1 含油废水污染的现状概述
含油废水的危害主要表现在：油类物质漂浮在水面，形成一层薄膜，能阻止空气中的氧溶解于水中，使水中的溶解氧减少，致使水体中浮游生物等因缺氧而死亡，也防碍水生植物的光合作用，从而影响水体的自净作用，甚至使水质变臭，破坏水资源的利用价值。油及其分解产物中的一些有毒物质(如苯并芘、苯并蒽及其它多环芳烃)对各种生物的致死浓度较低。一方面，这些有毒物质对生物发生直接毒害作用，另一方面，低于致死浓度的含有微量油的水用于养殖或灌溉时，被生物吸收而富集，然后通过食物链进入人体，危害人体健康。同时，污水中含有铁、铜、其它金属离子及细菌等，它们会起媒介促进作用，特别在高温的废水中会加快污油的分解变质。碳酸气、水的少量硫的氧化物是石油产品氧化的最终产物。从而使水体的曝气条件变坏，影响水生生物的正常生长，甚至造成动、植物群体的死亡。因此，含油污水必须经过适当的处理后才能排放。大多数有废水排入的水体，实际上均为不同等级的渔业水体，而这类水体中规定的石油产品极限允许浓度只有0.05mg/L，但在许多水体中，废水排入前的石油产品含量(本底浓度)就经常超过此数值。含油废水的最高允许排放浓度，我国规定为10mg/L，许多国家的规定都在5—20mg/L范围内。有的国家甚至规定渔业用水的含油量不得超过0.01mg/L。因此，含油废水的处理应引起足够的重视。
2 含油废水处理工艺——气浮法
含油废水处理工艺多样，一般来讲主要分为粗粒细法、膜过滤法、气浮法以及生物氧化法。
所谓粗粒细法，是使含油废水通过一种填有粗粒化材料的装置，使污水中的微细油珠聚结成大颗粒，达到油水分离的目的，通常也叫聚结法。所谓膜过滤法，是利用微孔膜拦截油粒，它主要用于去除乳化油和溶解油。滤膜又可分为超滤膜、反渗透膜和混合滤膜。超滤膜的孔径一般为0.005—0.01μm，比乳化油粒要小的多。反渗透膜的孔径比超滤膜的还要小。所谓生物氧化法，利用微生物将其分解氧化成为二氧化碳和水。下面就气浮法而言，来具体探讨其含油废水处理工艺。
2.1 气浮法概述
气浮法是使大量微细气泡吸附在欲去除的颗粒(油珠)上，利用气体本身的浮力将污染物带出水面，从而达到分离目的的方法。这是因为空气微泡由非极性分子组成，能与疏水性的油结合在一起，带着油滴一起上升，上浮速度可提高近千倍，所以油水分离效率很高。气浮法按气泡产生方式的不同，可分为鼓气气浮、加压气浮和电解气浮等。鼓气气浮是利用鼓风机、空气压缩机等将空气注入水中，也可利用水泵吸水管、水射器将空气带入水中。电解气浮是用电解槽将水电解，利用电解形成的极微的氢气和氧气泡，将污染物带出水面。加压气浮是在加压条件下使空气溶于水中，然后再恢复到常压，利用释放的大量微气泡将污染物分离。
其原理为水中油珠和悬浮颗粒的上升斯托克斯定律：
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u—油珠或悬浮颗粒的上升速度(cm/s)；
g—重力加速度(cm/s2)；
d—油珠或固体颗粒的有效直径(cm)；
ρw—水的密度(g/cm3)；
ρ0—油珠或悬浮颗粒的密度(g/cm3)；
μ—水的粘滞系数(Pa/s)。
2.2 加压溶气气浮除油工艺
加压溶气法是将污水(或清水)和压缩空气导入溶气罐，在压力为196-392kPa的条件下，使空气溶解于水变成溶气水，并达到饱和状态。然后将溶气水减压引至气浮池，在常压下，溶解的空气便从水中逸出，形成水-气-粒三相混合体系，细小气泡的直径为10-100μm。微小气泡成为载体，气泡从水中析出粘附水中的污染物质形成气-粒浮选体浮出水面成为浮渣，浮渣由刮沫机刮去，则系统水被净化排出。由于空气的密度仅为水的密度的1/755，粘附了一定数量污染杂质的气泡体系整体密度远比水的密度小，则体系的上浮速度也就增大，即带气絮粒上浮的原理。其工艺流程一般为图一所示：
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图一 部分污水加压流程示意图
药剂池中，此类药剂比较繁多，鉴于气浮工艺要求特点，常用药剂有碱式氯化铝、无铝混凝剂、铁盐以及有机高分子凝聚剂(季胺化聚丙烯酰胺和聚乙烯亚胺等)。该流程只将需要处理的一部分污水加压溶气，然后同未加压的污水在气浮池混合，产生的气泡分离全部污水中的污染物质。用于加压溶气的水量通常只占总水量的30-50%，这样，在与部分回流水加压电耗相同的情况下，溶气压力可大大提高。因而，形成的气泡分散度更高、更均匀。
与全流加压式溶气气浮法类似，比较适合处理含油量低的油田污水，但比全部污水加压节约能耗50%左右，且污水系统不憋压、不阻流、设备运行平稳；因释放器内部为清水，释放器的堵塞现象得到根除；部分回流还能使混凝剂得到充分利用，减少20%-30%投药量，并使絮凝体不遭破坏。当处理的污水中乳化油含量高时，可以考虑该流程，如图二所示。在这种系统中，用于加压回流的水量通常只是处理水量的30%-40%，这样可以减少电耗，使水中的微细气泡得到充分利用；同时，控制比较灵活，可以视水质情况来调节运行工况。一般认为这种流程效果较好，不会打碎絮凝体，出水水质较好，加压泵及溶气罐容量和能耗也较小，但气浮池的体积增大。目前，国内较多采用这种流程。
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2.3 加压溶气气浮除油特点
2.3.1 优势
总的来讲，工程上常采用部分污水加压溶气法，这种方法省电、设备容积小、混凝剂耗量少、运行方便、不堵塞，种方法的处理效率可达90%以上。在加压情况下，空气的溶解量增加，供气浮用的气泡数量能得到很大程度的满足，从而确保了气浮净水的效果。溶入的气体经骤然减压释放，产生的气泡不仅尺寸微细、均匀，而且上浮稳定，对液体扰动小，因此，能适用于疏松絮粒、细小颗粒的固液分离。工艺设备比较简单、管理、维修也方便。因此，加压溶气气浮法的应用范围较广，采用的单位最多，且大、中、小规模给水与废水处理均能适应。因此，对其基本原理及技术性能的研究也较深入和有系统性。
2.3.2 问题
但气浮技术也还有不完善待改进的地方，如释放器堵塞问题。尽管现有的释放器设计了许多防堵措施，但仍不理想，还不时会出现堵塞。又如刮渣机的设计不能很好的解决浮渣上升堆积的问题。
3 结语
气浮涉及气、液、固三相体系运动的物理化学过程，应充分应用胶体表面化学和使用现代先进实验仪器分析研究气浮过程的热力学、动力学及相关机理。对气浮理论、机理和数学模型还应进行深入研究。应用方面，针对不同的气浮剂、气浮絮凝工艺参数、气泡絮体共凝聚进行给水、废水和城市生活污水以及污泥的处理，是气浮进一步研究的方向。
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