两级气浮装置处理冷轧含油废水的试验研究

杨志超

（北京中科圣泰环境科技有限公司 北京 102211）

冶金轧钢生产过程中会产生一定的含油废水，主要来自轧机的乳化液废水和带钢表明清洗所产生的含油废水［1］。冷轧含油废水是冶金企业中较难处理的一股废水，该含油废水化学稳定性及污染负荷极高，油含量高达4000～20 000mg/L，COD 达15 000～20 000mg/L，BOD5为3000～8000mg/L，如果不能有效进行预处理，将会对后续废水处理系统造成很大负担，甚至扰乱生化处理单元正常运行。因此，必须采取预处理措施，提高除油效率，减少后续废水处理系统负担。

气浮法是一种高效的固—液或液—液分离技术，需要在污水里放进大量的微小分散式气泡，让其当成载体，和水里的杂质、油脂吸附在一起，借助水中气泡上升的浮力，让其上升至水面，做到和水体分离的效果［2-3］。加压溶气气浮工艺作为常用且有效的除油方式，对工业含油废水的处理具有较好效果，有深度应用空间。

1 气浮法工艺的分类

1.1 布气法气浮

布气方式主要是使用剪切性能，把水中的空气搅和成为微小的气泡，实现气浮的作用。依据搅和做法的分类，布气方式能被细分成以下几种。

1.1.1 水泵吸水管吸入空气气浮

该方式相对来说是最便捷的，但是因为水泵的运行特质受到局限，因此吸进的空气不能太多，通常情况下，不能超过吸水量体积的1/10，不然就会损坏设备的负压功能，同时，水泵中的汽包无法被彻底搅碎，气泡过大，气浮的作用一般。

1.1.2 射流气浮

使用射流设备，用水的力度把空气带入废水里，实现气浮的作用。射流设备的喷口会喷出速度很快的水流，让吸入空间出现负压的情况，然后自吸气管吸进气体，当气体与水的混合物进入管中之后，再实施能量反应，空气被搅合成为细小的气泡，之后进入扩散环节，能力发生转化，再一次压缩气泡，提升空气与水体的融合度，最后在气浮池里实施气水的分离工作［4］。

1.1.3 扩散板曝气气浮

该方式作业相对传统，被压缩的气体经扩散空间中的细小缝隙后，让气体成为微小的气泡注入水里。可是，这种作业方式的扩散设备的孔洞非常小，所以经常被堵住，如果将孔洞调大，需要再加入表活剂物质，才能够变为可使用的棋气泡，所以，这种气浮方式的使用相对局限。近年来，最新研发的弹性膜微孔曝气设备已经解决了上述问题，使用微弹性材质生产的扩散设备，能够实现开启、关闭的效果。

1.1.4 叶轮气浮

该方法的作业原理是：叶轮设备连接电机后，会快速地转动，制造负压，从而吸进气体，待处理的废水自盖板上部的孔洞流入被叶轮设备搅和之后，会形成微小气泡，然后和水体充分融合，再通过整流板，于池体中稳定地上升，实现气浮的效果。

该方法相对来说更加适合用在水量工作小、但污染问题严重的水体中，去油的成效可以实现超过80%。该方法操作相对便捷，但是气体被搅和得同样不够匀称，气泡不够细腻，通常都是大于0.1mm体积的，所以，如果供气的条件相对稳定的话，气泡的体积就会更小，假如体积过大，其与杂质的吸附时间就会变短，那么气浮的效果就会受到不影响。

1.2 加压溶气法气浮

1.2.1 全溶气气浮法

该方式的做法是需要把所有的污水进行加压，同时加入气体溶气装置中，气体会和污水相融，之后使用减压装置，把污水注入气浮池中，污水中会出现细小气泡，从而吸附油污与杂质，最后在气浮的作用下浮出水面，再使用刮板把杂质去除，经浮渣管排出池外。

该方式的特征为：首先，作业的溶气量高，提高了油污与杂质和气泡吸附的概率；其次，如果需要处理的污水量相同，该方式与后两种方式相比较，需要的气浮池体积更小，这样就可以降低成本的投入。这种作业方式中所有的污水都需要被加压，因此加大了含油污水的乳化量，并且，需要的压力装置相比于后两种要更大，所以动能会消耗更多。

1.2.2 部分溶气气浮法

该方式的做法是在少量的污水中加压，剩余的污水注入气浮池中，然后在其中和加压的水体融合。该方式的特征如下：第一，相比于上一种方式，这种作业方式需要的压力相对更小，所以需要的动能也就更低；第二，压力产生的乳化油会比上一种作业的产生量少；第三，该方式的作业气浮池与上一种作业方式一致。

1.2.3 部分回流溶气气浮法

该方式的做法是使用一些被去油后的水体对其实施加压工作，对其减压后注入气浮池中，再与絮凝池中流出的污水进行混合，实现气浮作用，回流的标准通常是污水的25%～100%。该方式的特征是：第一，需要被加压的水体量不多，需要的动能少；第二，气浮作业期间不需要乳化；第三，需要的气浮池要比上面几种的体积更大。想要优化气浮作业的成效，一般需要往污水里注入混凝剂物质，注入量也会由于水体的不同而不一样，通常需要经过试验后来确定［5］。

2 试验准备

2.1 废水来源及水质

试验取某特大型钢铁企业冷轧车间含油废水为研究对象，废水水质化验结果如表1所示。

由表1所示，废水中主要特征污染物包括石油类、COD、五水偏硅酸钠（表面活性剂）、悬浮物、铁等。

表1 试验水质

2.2 试验工艺路线

为了探索加压溶气气浮对冷轧含油废水污染物的去除能力，试验选择两级溶气气浮串联的形式，并加入絮凝/破乳药剂加强除油效果，试验工艺路线如图1所示。

图1 废水两级气浮处理试验路线流程图

含油废水采集后存储于原水收集槽中，调整流量后自流进入絮凝装置，与絮凝/破乳剂混合均匀后，先后进入两级气浮装置，气浮采用加压溶气气浮，部分出水加压后进入溶气水罐，通过空气压缩机，将空气加压溶于水中，形成溶气水，然后通过释放器骤然减压，快速释放，产生大量微细气泡，使水的分散微细油粒和悬浮物形成絮体漂浮物浮出水面，进而从污水中分离出来，浮油渣通过刮渣机刮入污泥收集槽，废水经过处理后收集于出水槽中。

2.3 絮凝剂与助凝剂的选择

为了增强溶气气浮工艺中污染物去除效率，试验中以常规聚合氯化铝作为絮凝/破乳药剂［4］，一方面其作为絮凝剂，能够使污水中的悬浮物凝聚成细小絮团；另一方面，聚合氯化铝是一种电介质类凝聚剂，具有较强破乳能力，能够良好地针对乳化液含油废水特点。同时，为了加强絮凝效果，试验中以聚丙烯酰胺阴离子作为助凝剂，分子量为12 000 000。

2.4 试验思路

（1）探索单级气浮停留时间、加药量对冷轧含油废水中污染物去除效率的影响。

（2）探索单级溶气气浮对冷轧含油废水中污染物的去除效率。

（3）探索两级溶气气浮对冷轧含油废水中污染物的去除效率。

3 试验结果与讨论

3.1 探索单级气浮水力停留时间、加药量对冷轧含油废水中污染物去除效率的影响

3.1.1 单级溶气气浮水力停留时间对废水水质影响

试验中，以絮凝剂、助凝剂的投加量为定量，以水力停留时间（HRT）为变量，通过调整进水量以控制气浮装置水力停留时间，试验结果如图2所示。

图2 单级气浮装置出水污染物随H R T 变化曲线

由图2可以看出，气浮装置停留时间在10～40min时废水中油含量及COD 的变化趋势，大致可以分为3个阶段。

（1）气浮装置HRT在10min内时，废水中油及COD去除效率明显。

（2）HRT 在10～20min 时，废水中的油及COD 仍有去除，但去除效率逐渐降低。

（3）HRT大于30min后，废水中油及COD去除效率基本稳定不变。

综合以上试验，考虑到装备经济性，一级气浮停留时间为20min 时对污染物去除效果较为理想，为了确保反应效果，可适当延长至20～30min［6］。

3.1.2 单级溶气气浮药剂投加量对废水水质影响

试验中，以气浮装置水力停留时间为定量，以絮凝剂、助凝剂的投加量为变量，试验结果如图3所示。

图3 改变混凝剂与助凝剂后出水油含量与C O D 变化趋势图

（1）助凝剂不变，当絮凝剂投加量为0～10（0.0001%）时，污染物去除效率较高；投加量为10～20（0.0001%）时，污染物去除率逐渐降低；投加量大于20（0.0001%）之后，污染物去除率基本稳定不变。

（2）絮凝剂不变，当助凝剂投加量为0～1（0.0001%）时，污染物去除效率较高；投加量为1～2（0.0001%）时，污染物去除率逐渐降低；投加量大于（0.0001%）后，污染物去除率基本稳定不变。

（3）综合以上，考虑到经济性，絮凝剂投加量20（0.0001%）左右、助凝剂投加量2（0.0001%）左右较为合理。

3.1.3 单级溶气气浮污染物去除率

根据以上停留时间及药剂试验结果，最终进行单级气浮试验，试验条件为絮凝/破乳剂投加量为20（0.0001%）、助凝剂投加量为1.5（0.0001%），絮凝装置设搅拌器，搅拌强度为50r/min，絮凝反应时间为5min，溶气气浮装置停留时间为20min，分离区表面负荷5m3/m2·h，采用部分出水作为溶气水，加压至0.3MPa 后回流至溶气管，回流比为30%。试验结果如表2所示。

表2 一级溶气气浮进、出水水质对比表

冷轧含油废水经过单级气浮后，石油类去除率为94.75%，COD的去除率为90.84%，H10Na2O8Si的去除率为74.81%，悬浮物的去除率为75.32%，总铁去除率为32.73%。

3.2 两级溶气气浮对冷轧含油废水中污染物的去除效率

3.2.1 二级气浮水力停留时间对废水水质影响

试验中，以二级气浮停留时间作为变量，其他反应条件均与以上单级气浮反应条件相同，试验结果如图4所示。

图4 二级气浮装置出水污染物及去除率随H R T 变化曲线

由图4可以看出二级气浮HRT 在10min 内时，废水中油及COD 去除效率明显；HRT 在10～15min 时，废水中的油及COD 去除效率逐渐降低；HRT 超过20min后，废水中的油及COD去除率基本稳定不变。

3.2.2 两级溶气气浮对冷轧含油废水中污染物的去除效率

按照一级气浮停留时间20min、二级气浮停留时间15min，其他反应条件均与单级气浮反应条件相同，整理污染物去除效率数据如表3表示。

表3 两级溶气气浮进、出水水质及污染物去除效率对比表

在一级气浮的基础上，冷轧含油废水经过二级气浮后，石油类去除率为92.97%，COD 的去除率为64.21%，H10Na2O8Si的去除率为73.82%，悬浮物的去除率为82.94%，总铁去除率为13.51%。

4 结论

（1）对于冷轧含油废水，单级气浮停留时间为20min，对污染物去除效果较为理想，为了确保反应效果，可适当延长至20～30min。

（2）考虑到经济性，单级气浮絮凝剂投加量20（0.0001%）左右、助凝剂投加量2（0.0001%）左右较为合理。

（3）冷轧含油废水经过单级气浮后，石油类去除率为94.75%，COD的去除率为90.84%，H10Na2O8Si的去除率为74.81%，悬浮物的去除率为75.32%，总铁去除率为32.73%。

（4）在一级气浮的基础上，冷轧含油废水经过两级气浮后，石油类去除率为92.97%，COD 的去除率为64.21%，H10Na2O8Si的去除率为73.82%，悬浮物的去除率为82.94%，总铁去除率为13.51%。