兩級氣浮裝置處理冷軋含油廢水的試驗研究

楊志超

（北京中科圣泰環境科技有限公司 北京 102211）

冶金軋鋼生產過程中會產生一定的含油廢水，主要來自軋機的乳化液廢水和帶鋼表明清洗所產生的含油廢水［1］。冷軋含油廢水是冶金企業中較難處理的一股廢水，該含油廢水化學穩定性及污染負荷極高，油含量高達4000～20 000mg/L，COD 達15 000～20 000mg/L，BOD5為3000～8000mg/L，如果不能有效進行預處理，將會對后續廢水處理系統造成很大負擔，甚至擾亂生化處理單元正常運行。因此，必須采取預處理措施，提高除油效率，減少后續廢水處理系統負擔。

氣浮法是一種高效的固—液或液—液分離技術，需要在污水里放進大量的微小分散式氣泡，讓其當成載體，和水里的雜質、油脂吸附在一起，借助水中氣泡上升的浮力，讓其上升至水面，做到和水體分離的效果［2-3］。加壓溶氣氣浮工藝作為常用且有效的除油方式，對工業含油廢水的處理具有較好效果，有深度應用空間。

1 氣浮法工藝的分類

1.1 布氣法氣浮

布氣方式主要是使用剪切性能，把水中的空氣攪和成為微小的氣泡，實現氣浮的作用。依據攪和做法的分類，布氣方式能被細分成以下幾種。

1.1.1 水泵吸水管吸入空氣氣浮

該方式相對來說是最便捷的，但是因為水泵的運行特質受到局限，因此吸進的空氣不能太多，通常情況下，不能超過吸水量體積的1/10，不然就會損壞設備的負壓功能，同時，水泵中的汽包無法被徹底攪碎，氣泡過大，氣浮的作用一般。

1.1.2 射流氣浮

使用射流設備，用水的力度把空氣帶入廢水里，實現氣浮的作用。射流設備的噴口會噴出速度很快的水流，讓吸入空間出現負壓的情況，然后自吸氣管吸進氣體，當氣體與水的混合物進入管中之后，再實施能量反應，空氣被攪合成為細小的氣泡，之后進入擴散環節，能力發生轉化，再一次壓縮氣泡，提升空氣與水體的融合度，最后在氣浮池里實施氣水的分離工作［4］。

1.1.3 擴散板曝氣氣浮

該方式作業相對傳統，被壓縮的氣體經擴散空間中的細小縫隙后，讓氣體成為微小的氣泡注入水里。可是，這種作業方式的擴散設備的孔洞非常小，所以經常被堵住，如果將孔洞調大，需要再加入表活劑物質，才能夠變為可使用的棋氣泡，所以，這種氣浮方式的使用相對局限。近年來，最新研發的彈性膜微孔曝氣設備已經解決了上述問題，使用微彈性材質生產的擴散設備，能夠實現開啟、關閉的效果。

1.1.4 葉輪氣浮

該方法的作業原理是：葉輪設備連接電機后，會快速地轉動，制造負壓，從而吸進氣體，待處理的廢水自蓋板上部的孔洞流入被葉輪設備攪和之后，會形成微小氣泡，然后和水體充分融合，再通過整流板，于池體中穩定地上升，實現氣浮的效果。

該方法相對來說更加適合用在水量工作小、但污染問題嚴重的水體中，去油的成效可以實現超過80%。該方法操作相對便捷，但是氣體被攪和得同樣不夠勻稱，氣泡不夠細膩，通常都是大于0.1mm體積的，所以，如果供氣的條件相對穩定的話，氣泡的體積就會更小，假如體積過大，其與雜質的吸附時間就會變短，那么氣浮的效果就會受到不影響。

1.2 加壓溶氣法氣浮

1.2.1 全溶氣氣浮法

該方式的做法是需要把所有的污水進行加壓，同時加入氣體溶氣裝置中，氣體會和污水相融，之后使用減壓裝置，把污水注入氣浮池中，污水中會出現細小氣泡，從而吸附油污與雜質，最后在氣浮的作用下浮出水面，再使用刮板把雜質去除，經浮渣管排出池外。

該方式的特征為：首先，作業的溶氣量高，提高了油污與雜質和氣泡吸附的概率；其次，如果需要處理的污水量相同，該方式與后兩種方式相比較，需要的氣浮池體積更小，這樣就可以降低成本的投入。這種作業方式中所有的污水都需要被加壓，因此加大了含油污水的乳化量，并且，需要的壓力裝置相比于后兩種要更大，所以動能會消耗更多。

1.2.2 部分溶氣氣浮法

該方式的做法是在少量的污水中加壓，剩余的污水注入氣浮池中，然后在其中和加壓的水體融合。該方式的特征如下：第一，相比于上一種方式，這種作業方式需要的壓力相對更小，所以需要的動能也就更低；第二，壓力產生的乳化油會比上一種作業的產生量少；第三，該方式的作業氣浮池與上一種作業方式一致。

1.2.3 部分回流溶氣氣浮法

該方式的做法是使用一些被去油后的水體對其實施加壓工作，對其減壓后注入氣浮池中，再與絮凝池中流出的污水進行混合，實現氣浮作用，回流的標準通常是污水的25%～100%。該方式的特征是：第一，需要被加壓的水體量不多，需要的動能少；第二，氣浮作業期間不需要乳化；第三，需要的氣浮池要比上面幾種的體積更大。想要優化氣浮作業的成效，一般需要往污水里注入混凝劑物質，注入量也會由于水體的不同而不一樣，通常需要經過試驗后來確定［5］。

2 試驗準備

2.1 廢水來源及水質

試驗取某特大型鋼鐵企業冷軋車間含油廢水為研究對象，廢水水質化驗結果如表1所示。

由表1所示，廢水中主要特征污染物包括石油類、COD、五水偏硅酸鈉（表面活性劑）、懸浮物、鐵等。

表1 試驗水質

2.2 試驗工藝路線

為了探索加壓溶氣氣浮對冷軋含油廢水污染物的去除能力，試驗選擇兩級溶氣氣浮串聯的形式，并加入絮凝/破乳藥劑加強除油效果，試驗工藝路線如圖1所示。

圖1 廢水兩級氣浮處理試驗路線流程圖

含油廢水采集后存儲于原水收集槽中，調整流量后自流進入絮凝裝置，與絮凝/破乳劑混合均勻后，先后進入兩級氣浮裝置，氣浮采用加壓溶氣氣浮，部分出水加壓后進入溶氣水罐，通過空氣壓縮機，將空氣加壓溶于水中，形成溶氣水，然后通過釋放器驟然減壓，快速釋放，產生大量微細氣泡，使水的分散微細油粒和懸浮物形成絮體漂浮物浮出水面，進而從污水中分離出來，浮油渣通過刮渣機刮入污泥收集槽，廢水經過處理后收集于出水槽中。

2.3 絮凝劑與助凝劑的選擇

為了增強溶氣氣浮工藝中污染物去除效率，試驗中以常規聚合氯化鋁作為絮凝/破乳藥劑［4］，一方面其作為絮凝劑，能夠使污水中的懸浮物凝聚成細小絮團；另一方面，聚合氯化鋁是一種電介質類凝聚劑，具有較強破乳能力，能夠良好地針對乳化液含油廢水特點。同時，為了加強絮凝效果，試驗中以聚丙烯酰胺陰離子作為助凝劑，分子量為12 000 000。

2.4 試驗思路

（1）探索單級氣浮停留時間、加藥量對冷軋含油廢水中污染物去除效率的影響。

（2）探索單級溶氣氣浮對冷軋含油廢水中污染物的去除效率。

（3）探索兩級溶氣氣浮對冷軋含油廢水中污染物的去除效率。

3 試驗結果與討論

3.1 探索單級氣浮水力停留時間、加藥量對冷軋含油廢水中污染物去除效率的影響

3.1.1 單級溶氣氣浮水力停留時間對廢水水質影響

試驗中，以絮凝劑、助凝劑的投加量為定量，以水力停留時間（HRT）為變量，通過調整進水量以控制氣浮裝置水力停留時間，試驗結果如圖2所示。

圖2 單級氣浮裝置出水污染物隨H R T 變化曲線

由圖2可以看出，氣浮裝置停留時間在10～40min時廢水中油含量及COD 的變化趨勢，大致可以分為3個階段。

（1）氣浮裝置HRT在10min內時，廢水中油及COD去除效率明顯。

（2）HRT 在10～20min 時，廢水中的油及COD 仍有去除，但去除效率逐漸降低。

（3）HRT大于30min后，廢水中油及COD去除效率基本穩定不變。

綜合以上試驗，考慮到裝備經濟性，一級氣浮停留時間為20min 時對污染物去除效果較為理想，為了確保反應效果，可適當延長至20～30min［6］。

3.1.2 單級溶氣氣浮藥劑投加量對廢水水質影響

試驗中，以氣浮裝置水力停留時間為定量，以絮凝劑、助凝劑的投加量為變量，試驗結果如圖3所示。

圖3 改變混凝劑與助凝劑后出水油含量與C O D 變化趨勢圖

（1）助凝劑不變，當絮凝劑投加量為0～10（0.0001%）時，污染物去除效率較高；投加量為10～20（0.0001%）時，污染物去除率逐漸降低；投加量大于20（0.0001%）之后，污染物去除率基本穩定不變。

（2）絮凝劑不變，當助凝劑投加量為0～1（0.0001%）時，污染物去除效率較高；投加量為1～2（0.0001%）時，污染物去除率逐漸降低；投加量大于（0.0001%）后，污染物去除率基本穩定不變。

（3）綜合以上，考慮到經濟性，絮凝劑投加量20（0.0001%）左右、助凝劑投加量2（0.0001%）左右較為合理。

3.1.3 單級溶氣氣浮污染物去除率

根據以上停留時間及藥劑試驗結果，最終進行單級氣浮試驗，試驗條件為絮凝/破乳劑投加量為20（0.0001%）、助凝劑投加量為1.5（0.0001%），絮凝裝置設攪拌器，攪拌強度為50r/min，絮凝反應時間為5min，溶氣氣浮裝置停留時間為20min，分離區表面負荷5m3/m2·h，采用部分出水作為溶氣水，加壓至0.3MPa 后回流至溶氣管，回流比為30%。試驗結果如表2所示。

表2 一級溶氣氣浮進、出水水質對比表

冷軋含油廢水經過單級氣浮后，石油類去除率為94.75%，COD的去除率為90.84%，H10Na2O8Si的去除率為74.81%，懸浮物的去除率為75.32%，總鐵去除率為32.73%。

3.2 兩級溶氣氣浮對冷軋含油廢水中污染物的去除效率

3.2.1 二級氣浮水力停留時間對廢水水質影響

試驗中，以二級氣浮停留時間作為變量，其他反應條件均與以上單級氣浮反應條件相同，試驗結果如圖4所示。

圖4 二級氣浮裝置出水污染物及去除率隨H R T 變化曲線

由圖4可以看出二級氣浮HRT 在10min 內時，廢水中油及COD 去除效率明顯；HRT 在10～15min 時，廢水中的油及COD 去除效率逐漸降低；HRT 超過20min后，廢水中的油及COD去除率基本穩定不變。

3.2.2 兩級溶氣氣浮對冷軋含油廢水中污染物的去除效率

按照一級氣浮停留時間20min、二級氣浮停留時間15min，其他反應條件均與單級氣浮反應條件相同，整理污染物去除效率數據如表3表示。

表3 兩級溶氣氣浮進、出水水質及污染物去除效率對比表

在一級氣浮的基礎上，冷軋含油廢水經過二級氣浮后，石油類去除率為92.97%，COD 的去除率為64.21%，H10Na2O8Si的去除率為73.82%，懸浮物的去除率為82.94%，總鐵去除率為13.51%。

4 結論

（1）對于冷軋含油廢水，單級氣浮停留時間為20min，對污染物去除效果較為理想，為了確保反應效果，可適當延長至20～30min。

（2）考慮到經濟性，單級氣浮絮凝劑投加量20（0.0001%）左右、助凝劑投加量2（0.0001%）左右較為合理。

（3）冷軋含油廢水經過單級氣浮后，石油類去除率為94.75%，COD的去除率為90.84%，H10Na2O8Si的去除率為74.81%，懸浮物的去除率為75.32%，總鐵去除率為32.73%。

（4）在一級氣浮的基礎上，冷軋含油廢水經過兩級氣浮后，石油類去除率為92.97%，COD 的去除率為64.21%，H10Na2O8Si的去除率為73.82%，懸浮物的去除率為82.94%，總鐵去除率為13.51%。