新型溶气气浮装置工作性能与试验探讨

俞 峰

（芜湖国祯环保科技有限公司，安徽 芜湖 241000）

溶气气浮装置具有显著的高效、快速等优势特征，能够迅速对固态和液态的物质进行分离。一般情况下，在石油化工行业中主要是将其应用于加压溶气气浮工艺以及涡凹气浮方式。但是考虑到涡凹气浮方式气泡大，且浮渣稳定性差，出水后的SS含量仍然偏大，因此本研究选择了相对较为优良的加压溶气气浮工艺。加压溶气气浮工艺以往在应用中，受到水质影响限制，难以形成稳定效果，并且分离负荷率相对较低，造成排泥不便。随着废水处理工作要求的提升，研究人员需要开发全新的溶气气浮装置。

1 试验装置

管式反应以及高效溶气装置的构成，是建立在以往的加压溶气气浮工艺基础上，在融合了先进的国内外技术之后，研究人员基于工程研究，改造了溶气装置的释放系统、分离系统以及混合反应系统[1]。改造后的实验装置以及流程等如图1所示。相较于以往的传统加压溶气气浮装置，全新的溶气气浮装置动能优势更加鲜明，具备更加简便的快速混合反应过程，促使管式反应器能够同步展开絮凝过程以及容器水的添加，形成共聚反应，在絮体内结合气泡，可节省药剂并提升固液分离率。

2 试验方法

在对新型溶气气浮装置性能进行试验时，流速设计需要控制在0.50 m3/h，并应用到某油田污水站，对污水进行原水配置。在调配完成后，原水的pH值需要处于6～7之间，且其中的SS含量不得高出65 mg/L，油脂的含量为60 mg/L以下。在原水泵前向其中添加适量的混凝剂，借助于原水泵向管式反应器加压传输原水，并添加溶气水，发生反应之后，则转移到气浮池中进行接触分离。当固液分离之后，从底部清水槽排出清水，借助气浮池排出上层浮渣。溶气系统则是应用相对较为稳妥的回流加压溶气，连续实施试验，并在试验过程中促使溶气压力、回流比、药剂添加量以及反应器管径等进行调整。最终的性能判断则是需要凭借出水中的含油量以及SS含量进行综合评定[2]。

3 试验结果与讨论

3.1 反应器流速设计

通过试验结果进行验证，新型溶气气浮装置中的管式反应器提供的反应强度，主要是借助管道的内流速控制程度来进行，进而形成相对良好的絮凝效果。试验状态下，出水水质所代表的新型溶气气浮装置处理性能与管径之间的关系如表1所示。

表1 管径以及流速与出水水质关系

在管式反应器内径参数不变的状况下，仅仅是增加流速，将会在一定程度上增加反应强度，并造成更大的颗粒碰撞率，因此相较于φ20而言，φ15会产生更好的效果。但是研究人员在试验中发现，如果出现水流流速过快的现象，则会促使紊流出现反应程度过高的问题，进而在强大的水流冲击力的作用下，促使矾花破裂，难以形成良好的絮凝作用。经过检测发现，此时φ12管径的管道出水水质处于相对较差的状态。

在新型溶气气浮装置中的管式反应器应用φ12+15变径设计，经过检测发现，当前这一状态下的实际参数值相较于其他管径状态，能够形成更加良好的出水水质。这进一步证明了在水力进行絮凝的过程中，如果逐渐降低水流的实际流速，则能促使原水中的颗粒进一步实现充分碰撞，从而实现基于新型溶气气浮装置的良好固液分离效果。进一步来说，如果想要应用新型溶气气浮装置形成对污水良好的处理效果，则需要促使管式反应器将实际流速控制在0.8 m/s左右，并设计管道扩径，以形成相对良好的反应效果。

3.2 回流比设计

试验当中涉及到的石油采集水原水水量以及在试验过程中所应用的加压溶气水水量，后者比前者，形成的回流水量参数就是回流比。一般情况下，回流比参数的大小，对于新型溶气气浮装置而言，关乎到其最终的气浮效果、日常运行费用以及设备实际投资比例等。因此，在试验过程中，除了尽可能保障出水水质良好，其中的含油量以及SS含量有所降低之外，更需要促使回流比参数尽可能地缩小，才能保障新型溶气气浮装置具有较高的使用价值，有效节约运行所消耗的成本费用[3]。

在本次试验中，回流比处于10%时，出水中的SS含量以及含油量分别为3.5 mg/L以及14 mg/L；回流比处于20%时，出水中的SS含量以及含油量分别为1.7 mg/L以及6 mg/L；回流比处于30%时，出水中的SS含量以及含油量分别为1.6 mg/L以及5 mg/L；最终当回流比处于50%时，出水中的SS含量以及含油量分别为1.5 mg/L以及4 mg/L。从这样的试验数据不难看出，当试验过程中的回流比参数不断提升时，将会逐渐降低出水中的含油量以及悬浮物实际含量，促使气浮固液分离处理率有效提升。

但是与此同时，若回流比高于30%，回流比将难以对处理后的出水水质产生影响。换言之，回流比在超过30%之后，对出水水质产生的影响将逐渐缩小，但是也会相应地消耗大量能耗，并加大投入成本，因此考虑到回流比参数值对于出水水质的影响以及新型溶气气浮装置的综合使用效果，最好将回流比控制在20%左右，才能在形成更有效的污水处理能力的同时，提升其性价比与使用价值。

3.3 溶气压力设计

在新型溶气气浮装置的气浮试验过程中，如果要达成相对良好的絮凝效果，促使悬浮物凝结上升，则需要确保其中所涉及到的溶气水，能够为试验反应供给大量的细微气泡。基于亨利定律，在新型溶气气浮装置中的溶气罐若不断提升压力状态值，则会促使水中的空气溶解量得到有效提升。因此基于这样的定律，可以说明当前试验中新型溶气气浮装置溶气处理水的实际效果，将受到溶气罐的压力大小影响。因此在试验过程中，试验人员应对溶气罐的实际压力值进行调整，并观察在压力参数调整后，出水中的含油量以及SS的实际含量结果，从而考察溶气压力参数变化对新型溶气气浮装置使用性能的影响。

试验人员观察试验参数发现，当容器压力的参数为0.3 MPa时，试验出水中的含油量以及SS含量分别为17 mg/L以及25 mg/L；当容器压力的参数为0.5 MPa时，试验出水中的含油量以及SS含量分别为3 mg/L以及10 mg/L；当容器压力的参数为0.7 MPa时，试验出水中的含油量以及SS含量分别为2 mg/L以及7 mg/L。随后的出水经过检测，含油量以及SS含量变化趋势不明显。本文基于这样的研究数据分析发现，在新型溶气气浮装置性能试验中，不断增加溶气罐的溶气压力，处理污水中的含油量以及SS含量能够逐渐降低[4]。

但是在这一过程中，试验发现当溶气罐的溶气压力增加到0.7 MPa之后，出水的水质检测结果中含油量以及SS含量变化趋势逐渐趋于微弱状态。变化平稳，则需要考虑到新型溶气气浮装置运行过程中的电耗等其他影响因素，试验人员在确保其更加方便快捷的固液分离处理效果的同时，要尽可能地实现其节能环保的应用效果。试验人员根据试验的相关数据，将溶气罐的容器压力设定为最佳的0.60 MPa状态，促使新型溶气气浮装置表现出最佳的处理性能。

3.4 PAC投加量设计

在新型溶气气浮装置的性能试验当中，为了促使污水处理的固液分离效果更加明显，需要应用适量的PAC。这一材料是在石油化工污水处理工作中常用的无机高分子絮凝剂，这一絮凝材料本身的应用成本较低，且能够在较小用量下形成良好的絮凝效果，因此广泛应用于现代化工厂污水的固液分离。而在新型溶气气浮装置的污水处理试验中检测装置性能，需要借助PAC材料辅助完成，因为只有在絮凝剂的作用下才能形成固液分离效果。

试验人员在试验过程中调整PAC的投加量，进一步考察废水中的含油量及SS含量参数，并进行结果对比。新型溶气气浮装置处理废水，如果不添加PAC，则形成的絮凝效果相对较差，最高仅能达到40%以及70%的去除率。当PAC的实际投加量为0 mg/L状态时，试验出水中的SS含量以及含油量经过检测为35 mg/L以及17 mg/L；当PAC的实际投加量为30 mg/L时，试验出水中的SS含量以及含油量为25 mg/L以及9 mg/L；当PAC投加量为60 mg/L时，试验出水中的SS含量以及含油量为2 mg/L以及8 mg/L；当PAC的实际投加量为90 mg/L时，试验出水中的SS含量以及含油量为1.8 mg/L以及7 mg/L；当PAC的实际投加量最终提升到105 mg/L时，试验出水中的SS含量以及含油量为1.9 mg/L以及8 mg/L。

观察这样的试验结果不难发现，在试验中应用适当的药剂，才能形成良好的絮凝效果，从而形成高效去除SS以及油脂的作用。试验人员在不断增加PAC药剂含量的试验过程中发现，出水中的SS含量以及含油量持续降低，当PAC的实际添加量小于60 mg/L状态时，则出现明显的变化状况；PAC的实际添加量处于60 mg/L～90 mg/L之间时，能够形成相对较为稳定的出水状态，并且此时的出水水质状态相对较好；当实际的投加量超过90 mg/L后，尽管水中的SS以及油脂能够被絮凝，但与此同时水中的絮凝剂含量超标，难以溶解，并在水中沉淀滞留，影响水质和环境。考虑到新型溶气气浮装置的性能需求以及其经济性等因素，工作人员需要对PAC的添加量进行控制，最好控制在60 mg/L。

3.5 稳定性实验

新型溶气气浮装置在处理污水过程中的稳定性同样十分重要，本研究对新型溶气气浮装置的稳定性进行试验，以获取最佳的性能参数表现，并对新型溶气气浮装置进行结构优化，以形成最佳设计效果。因此，研究人员在某油田污水处理站，对新型溶气气浮装置的运行稳定效果进行试验。其中所涉及到的实际参数内容包括：回流比控制在最佳的20%左右，并处于0.6 MPa的溶气罐溶气压力状态，确保空气运行流量处于0.15～0.2 m3/h之间，控制PAC的实际添加量为60 mg/L，保持0.80 m/s的絮凝流速状态。

试验人员在如此详细的参数控制状态下，对新型溶气气浮装置的运行稳定性进行连续试验及分析，通过对比新型溶气气浮装置试验过程中的原水以及出水水质状态发现，相较于原水中的含油量以及SS含量，出水的水质状态相对较好。新型溶气气浮装置能够形成稳定的出水状态，在第1 d、第3 d、第5 d以及第7 d，出水的SS含量以及含油量均能处于持平状态。当进水状态下含油量以及SS的实际含量处于110 mg/L以下时，则出水中的实际悬浮物含量不高于15 mg/L，含油量低于2 mg/L，高达85%以及96%的去除率进一步证明了新型溶气气浮装置的良好污水处理性能。研究人员使用传统的容器气浮装置，处理与本次试验中水质相近的油田污水，其最终油脂去除率，最高仅能达到85%左右，这进一步证明了新型溶气气浮装置具有较为显著的工作性能。

4 结论

综上所述，通过对新型溶气气浮装置进行试验，研究人员确定了其最佳的工艺参数设定为：20%的回流比、0.60 MPa的溶气压力、反应器扩径并控制在0.8 m/s左右的径流速率。利用这一装置对石油化工污水进行处理，能够实现较为良好的悬浮物去除率，其出水水质良好且运行相对稳定，具有广泛的废水处理应用前景。