气浮的起源、演变及发展方向

王金奇

摘 要：上世纪50年代压力溶气气浮诞生，近三十年迅速发展起来，现向海水淡化方向发展。

关键词：气浮的雏形，溶气气浮，海水淡化。

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.23.242

1 气浮的历史演变

气浮净水技术是近三十年迅速发展起来一种的固液分离技术，其原理是在加压下使空气溶入水中，再在减压下释放空气，产生大量微小气泡，微小气泡与颗粒物的相互作用，包括吸附、絮凝及水动力学等复杂过程。使气泡粘附在悬浮颗粒上，形成整体比重小于1的混合体，由于浮力大于重力混合体浮至水面，形成浮渣，清水则向下流动，分别收集浮渣和清水，实现固液分离，污水得以净化。在水处理领域中，气浮净水技术在国内外应用非常广泛。

早在1930年瑞典某造纸厂曾经将空气在压力下分散于水中来处理污水，实质就是通过微孔塑料板将压缩空气分割成小气泡分散于水中实现气浮，这就是散气气浮的雏形。

起初气浮发展非常缓慢，究其原因主要是制造微气泡的技术不成熟，采用分散空气气浮时，产生的气泡不够微细，颗粒的粘附能力很差，大气泡还会产生严重紊流而撞碎絮体。当时气浮的应用还不是很广，主要用于处理含油、脂肪、纤维等比重小的杂质的废水。

为了解决制造微气泡的问题，人们发明了电解气浮，电解气浮是用不溶性阳极和阴极，通以直流电，直接将废水电解，阳板和阴极产生氢气和氧气，形成的微气泡与废水中的污染物颗粒或絮凝体粘附浮至水面。电解产生的气泡远小于散气法形成的气泡，但运行成本过高也很难得以推广。叶轮气浮就是利用电机带动叶轮高速旋转，空气被粉碎成细小的气泡，并与水充分混合成水气混合体 ，气泡带动水中杂质颗粒上浮。这种气浮设备适用于处理污染物质浓度高的废水，但处理量不大。

直至上世纪50年代压力溶气气浮的诞生，气浮才走上发展的快车道，高压溶气系统通过水泵和空压机向溶气罐中打入清水和压缩空气，在0.3～0.5Mpa的密封的溶气罐内通过喷口、混合管中水流的高速运动，使空气在最短时间充分溶入水中，然后再在常压下通过释放器减压释放，形成大量地直径在20～50um的微气泡，微气泡与水中的絮体形成稳定的比重小于1的混合体，由于浮力的作用混合体上浮至水面与水分离。

2 我国的气浮技术发展现状

我国在60年代末已有压力溶气装置应用于食盐溶液的净化和石油废水的处理。70年代气浮技术发展较快，当部分回流技术的得以应用时，现代气浮工艺基本形成。气浮设备近年来应用日趋广泛，在传统气浮工艺的基础上，又发展了一些新的工艺，例如涡凹气浮（CAF）工艺、浅层气浮工艺等。见图1。

我公司从上世纪八十年代开始关注气浮，至今已有30多年的历史，先后研究开发了四代不同的压力溶气部分回流气浮产品，我公司气浮产品的发展过程正好反应了我国压力溶气气浮技术的发展状况。

上世纪八十年代中期生产的第一代气浮，制造工艺简单，只能手动控制，采用初级溶气系统，TS型管式释放器。

90年代研发并生产的第二代气浮，整体加工工艺有了一定的进步，采用半自动控制系统，改善了溶气效能，开发出第二代TJ型释放器。见图2。

本世纪初研发的第三代气浮，制造工艺得到提高，采用数控加工，池体冲压成型，采用PLC自动运行系统，溶气效能得到进一步的加强，采用第三代TJ型释放器，油漆采用高压无气喷涂。

2013研发并投产的第四代气浮，系统高度集成智能运行，溶气效率达95%，采用高效释放器，释气率接近95%。见图3。

3 气浮在生产生活中的应用及发展方向

随着现代工业的发展和人口的不断增加，气浮迎来了前所未有的发展机遇。

水是人类发展不可缺少的自然资源，是人类和一切生物赖以生存的物质基础，当今世界，水资源不足已成为全球所面临的复杂问题和社会经济发展的主要制约因素。

另一方面工业迅猛发展，产生大量的工业废水，由于气浮产生的浮渣含氧，不易腐化，有利于后续处理；气浮池表面负荷高，所需的药量较少，处理效率高，等众多优点，近年来开始在石油化工、纺织、印染、机械加工、拆船和食品等行业的废水处理中得到应用。

（1）对于带酸或碱性的废水，必须要用调节剂（例如酸或碱）来调节污水的PH值，用以调节水中污染物的电荷状态，减弱其亲水性能，使其能与微气泡沾附。

（2）对水中的金属离子，可采用氢氧化物，或硫化物处理后，生成金属离子的金属氢氧化物，或硫化物。再进行浮除。

（3）印染废水，内含大量的活性物质，容易起泡沫，建议在回流泵前加消泡剂（天然油脂，各种化工用的合成消泡剂，膨润土，滑石粉，硅藻土）。含有碱性洗涤剂的要加酸中和，若是含硫化物的染料，则比较容易上浮，若为活性染料，其在水中溶解性较高，则不易浮除。解决方法是回流泵前接河水，或自来水。

（4）石化废水，含有大量的石油类物质和固体杂质， 除了高压溶气气浮外，涡凹气浮效果也相当不错。

（5）造纸废水是废水又一大类别，对此有人专进行了研究。水中含有大量的细小的纤维，若为新闻纸废水，还含有脱墨剂（表面活性剂）。近年来由于节水技术的发展废水浓度不断增加，随着废水浓度的增加，废水水质变的更加复杂，处理工艺也更加复杂，除气浮外还要增加后面的处理过程。气浮的应用见表1。

大量农业人口涌入城市，城市人口不断膨胀，城市生活污水也随之增多，在日本东京城市水回收中心通过三级水处理厂回收废水，氯化消毒后用于冲洗高层建筑的厕所，城市生活废水特点是含油多，而气浮在去油方面有着独到之处。因而城市生活废水的处理是气浮发展的另一个方向。餐饮废水，水质的变化很大，含有大量的渣滓和油，根据实验用硫酸铝钾、PAM、PAC三种药剂，会取得好的处理效果。

地球上水的总贮量约有13.9亿km3。其中约97%为海洋咸水，不能直接为人类利用，淡水的总量仅为0.36亿km3，不足地球总水量的3%，而且其中有77.2%是以冰川和冰帽的形式存在于极地和高山，能够为人类直接利用的淡水仅占淡水总量的0.3%，因此人类直接利用的淡水资源是十分有限的，如何向海洋要水成了当今人类急待解决的问题，在这方面已经有人进行了大胆的尝试，并且有不少成功的案例，中冶海水淡化投资有限公司、无锡海拓环保装备科技有限公司等就是海水淡化产业的先行者和实践者。

海水淡化气浮一般处理量很大，体积也很大，并以土建气浮为主，刚质池体很少，室外布置较多，回流比小，通常为10～15%，进水用泵输送，出水自流。

气浮因人类的发展而产生，也因人类的不同需要而创新，随着研究的不断深入和技术工艺的完善，不久的将来气浮的应用将更加广泛，也将为我们提供更好的服务。endprint