气浮是一种关键的固液或液液分离工艺，适用于待去除颗粒的密度低于其所悬浮液体密度的情况。与依靠重力将密度较大的颗粒向下拉的沉淀不同，气浮利用浮力将较轻的颗粒或通过附着气泡而变轻的颗粒向上提升。
该工艺是各种水和废水处理应用的基础，为去除油脂（FOG）、悬浮固体甚至部分溶解性有机物提供了有效方法。
气浮的类型
根据浮力的实现或增强方式，气浮工艺可分为三种主要类型：
自然气浮
当颗粒与液体之间的固有密度差足以实现分离时，就会发生自然气浮。这通常见于油和油脂等天然比水轻的物质，它们无需外部干预即可浮至表面。
助浮
当颗粒天然可浮，但需要外部手段来提高其分离效率时，会采用助浮。这可能涉及温和的搅拌或化学调理（例如混凝/絮凝），以促进颗粒的聚集，从而增加其有效浮力和上浮速率。
诱导气浮
当颗粒本身不具有天然浮力时，会采用诱导气浮。在此过程中，颗粒的有效密度被人为降低以促进浮选。这是通过引入气体（通常是空气）气泡附着在颗粒上实现的，形成“颗粒-气体”聚集体，其整体密度低于周围液体。
诱导气浮的两个典型例子包括：
- 溶气气浮（DAF）： 该工艺将空气在压力下溶解到水中，然后在气浮池中常压释放。突然的压力降导致数百万个微小的气泡（通常为40至70微米（µm）或1.6至2.8密耳）成核并附着在悬浮颗粒上，将其提升至表面以便去除。
- 机械气浮（泡沫浮选）： 主要用于矿业，机械气浮使用分散的空气气泡，通常比DAF气泡大，范围在0.2至2毫米（mm）或0.008至0.079英寸之间。这些气泡由机械搅拌器或扩散器产生，并附着在疏水性颗粒上，形成可撇除的泡沫层。
气浮工艺的应用参数
气浮工艺的具体运行参数因气浮类型和处理水质的性质而异。下表总结了水处理中不同气浮应用的关键参数。
| 气浮工艺 | 用气量 (Nl.m⁻³ 水) | 气泡尺寸 | 输入功率 (Wh.m⁻³ 处理水) | 理论停留时间 (分钟) | 水力表面负荷 (m·h⁻¹) |
|---|---|---|---|---|---|
| 助浮 (除油) | 100-400 L/m³ (3.7-14.8 ft³/1000 US gal) | 2-5 mm (0.079-0.197 in) | 5-10 Wh/m³ (0.06-0.13 BTU/US gal) | 5-15 min | 10-30 m/h (32.8-98.4 ft/h) |
| 机械气浮 (泡沫浮选) | ~10,000 L/m³ (370 ft³/1000 US gal) | 0.2-2 mm (0.008-0.079 in) | 60-120 Wh/m³ (0.77-1.54 BTU/US gal) | 4-16 min | 未指定 |
| 溶气气浮 (DAF) (澄清) | 15-50 L/m³ (0.56-1.85 ft³/1000 US gal) | 40-70 µm (1.6-2.8 mils) | 40-80 Wh/m³ (0.51-1.02 BTU/US gal) | 20-40 min (不含絮凝) | 3-10 m/h (9.8-32.8 ft/h) |
注：Nl.m⁻³ 指每立方米水在标准条件（0°C/32°F 和 1 atm）下测量的空气标准升数。
AquaChain 工程提示
实施DAF时，需持续监测空气饱和压力及由此产生的气泡尺寸分布。压力不足会导致气泡生成量不足，而气泡过大（通常由压力不足或喷嘴设计不良引起）则难以有效附着并提升细小颗粒，从而显著降低澄清效率。定期维护溶气罐和泄压阀至关重要。
常见问题解答
气浮相对于传统沉淀的主要优势是什么？
气浮对于去除比水轻或密度与水相近的颗粒特别有效，这些颗粒在传统沉淀中沉降速度极慢甚至无法沉降。与常规沉淀相比，气浮通常占地面积更小，分离速率更快，并且能在污泥中获得更高的固体浓度。
气浮能有效去除哪些类型的污染物？
气浮能高效去除油脂（FOG）、藻类、悬浮固体（SS）以及各种胶体颗粒。它还用于浓缩生物污泥和分离特定工业废水。
化学预处理如何影响气浮效率？
化学预处理（通常涉及混凝和絮凝）对许多气浮工艺（尤其是DAF）至关重要。混凝剂中和颗粒电荷，使其聚集在一起，而絮凝剂则将这些团块结合成更大、更结实的絮体，这些絮体更容易附着在气泡上，从而显著提高去除效率。