丁一剛，任慧，吳元欣，李定或
（武漢化工學(xué)院化工系，湖北 武漢 430073）

　　摘　要：采用分散空氣法和加壓溶氣法兩種充填式氣浮柱處理紙漿廢水，通過對工藝參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)等因素的考察，表明這兩種工藝對降低廢水化學(xué)需氧量CODcr和懸浮物含量SS，提高浮渣污泥因含量都具有明顯的效果，且加壓溶氣法的處理性能優(yōu)于分散空氣法。加壓溶氣法對SS的去除率達98%，COD_cr、BOD₅的去除率分別為84.3％和79.4％。
　　關(guān)鍵詞：紙漿廢水；廢水處理；氣??；溶解空氣；分散空氣
　　中圖分類號：X703.1；X793
　　文獻標(biāo)識碼：A
　　文章編號：1009－2455（2002）03－0021－03

Experimental Study on Two Type Air Flotation Columns Treating Paper Pulp Wastewater
DING Yi-gang, REN Hui, WU Yuan-xin,LI Ding-huo
(Department of Chemical Engineering, Wuhan Institute of Chemical Technology, Wuhan 430073, China)

　　Abstract: Paper pulp wastewater can be treated by dispersed air flotation or by pressurized dissolved air flotation method.From the investigations in process and structure parameters, both methods show remarkable effects in reducing CODcr and SS and increasing the solid content of floating slag. Especially pressurized dissolved air flotation method functions better which can reduce 98% of SS,84.3% of CODcr and 79.4% of BOD₅.
　　Key words: paper pulp wastewater; wastewater treatment; air flotation; dissolved air; dispersed air

　　對紙漿廢水進行有效的處理，以提高工藝回用水的水質(zhì)，是造紙行業(yè)面臨的熱點問題。近十幾年來，細小顆粒的柱式分離研究十分活躍，DObby G S，F(xiàn)nh J A和 Yoon RH等人均有過大量的報道，并在工業(yè)應(yīng)用中取得了一定的進展[1]。傳統(tǒng)的氣浮處理設(shè)備力氣浮池，廢水中的顆粒與氣泡通過碰撞－吸附、氣泡頂托及氣泡裹夾的接觸方式粘附在一起，形成“顆粒-氣泡”的復(fù)合體而一同升至水面，該過程根據(jù)氣泡發(fā)生的方式可分為電解法、分散空氣法和港氣法三種[2]。為提高氣浮處理設(shè)備的性能，本文采用分散空氣和加壓溶氣充填式氣浮柱，對紙漿廢水的處理進行了研究。

1 試驗方法的原理

1.1 分散空氣法
　　充填式氣浮柱內(nèi)填充板波紋填料。經(jīng)化學(xué)絮凝處理的廢水從柱體某一位置進人，空氣從柱底部給入，呈分散狀鼓泡流與含絮凝顆粒的水流逆流接觸（如圖1所示）。由于填料的混合和分散作用，氣泡在柱內(nèi)粒度分布均一，避免了氣泡運動過程中聚并、渦流等現(xiàn)象，氣泡顆粒的聚集體在上升過程中逐漸趨于飽和，達到氣泡負載能力，并隨氣流從柱頂部排出。
1.2 加壓溶氣法
　　整個柱體分為濃縮段、分離段和回收段，其中回收段內(nèi)充填有板波紋填料（如圖2所示）。空氣在加壓下溶入水中形成溶氣水，加藥后的廢水所產(chǎn)生的細小絮凝顆粒與溶氣水釋放的上升的微氣泡在分離段內(nèi)逆流接觸，以增大其碰撞效率。濃縮段內(nèi)提供良好的平穩(wěn)流態(tài)，絮凝體和微氣泡形成的粘附體在濃縮段內(nèi)聚集向上移動，并在柱內(nèi)頂部界面處形成泡沫浮渣而排出?；厥斩蝺?nèi)回收極少數(shù)未被粘附的絮凝顆粒，柱底清水通過回收段底部排出。

2 試驗方法與流程

2.1 廢水性質(zhì)
　　試驗樣品為某造紙廠提供的紙漿廢水（紙機白水），目測為微黃色，渾濁狀，白水中含有各種溶解的有機物、無機物和微生物等，并含有大量的紙漿纖維等懸浮物，這些可溶性固形物、懸浮物和活性物質(zhì)是主要的污染物。廢水性質(zhì)如表1所示。

表1 試驗用紙漿廢水的性質(zhì) 紙漿廢水 pH CODcr/(mg.L^-1) SS/(mg.L^-1) 1# 6-8.3 760 1010 2# 6-7 2120 3164

2.2 充填式氣浮柱處理廢水1藝流程
　　試驗裝置及流程如圖3所示。氣浮柱體采用有機玻璃制成。紙漿廢水由廢水泵8輸送至帶攪拌的絮凝藥劑槽7（分散空氣法需加入氣泡劑），經(jīng)絮凝后廢水由變量泵6從柱中上部給入，空氣經(jīng)壓縮機10并計量后從柱底部進入（分散空氣法），污泥浮渣隨氣流從柱頂部排出至浮渣槽，柱底部清水經(jīng)液面控制裝置至清水槽。
　　與分散空氣法不同的是，加壓溶氣法的空氣和清水分別經(jīng)壓縮機和清水泵在溶氣罐中混合，試驗維持溶氣罐內(nèi)壓力恒定在0.4－0.45MPa范圍內(nèi)，使空氣溶入水中形成溶氣水，溶氣水經(jīng)釋放器釋放后進入填料柱，其流量通過針形間來調(diào)節(jié)，且處理后的清水可部分循環(huán)至清水槽供加壓溶氣水使用。

3 試驗結(jié)果及討論

3.1 分散空氣法
3.1.1 填料性能對CODcr去除率（ηCOD）的影響
　　試驗采用板波紋填料的處理結(jié)果分別如表2所示。表2說明絲網(wǎng)填料要比刺孔填料處理廢水效果好，采用絲網(wǎng)填料，CODcr去除率提高28.9％，填料的結(jié)構(gòu)性能，如填料類型、通道大小、波峰及波谷結(jié)構(gòu)尺寸的不同，將會顯著影響廢水的處理效果。
3.1.2 空氣流速Jg對CODcr去除率的影響
　　在進料流速Jf一定，從表3可以看出柱內(nèi)液面高度 HL為60cm和進料口高度HF為101cm條件下，考察了空氣流速人對CODcr去除率的影響，結(jié)果見表3。由表3知Jg增加，ηCOD增加；但當(dāng)Jg增加到一定值時，ηCOD反而下降。從多相流理論可知，一般來說，當(dāng)Jg增加時，氣泡的平均直徑增大；根據(jù)Espinasa等觀點^[3]，氣泡負載固體顆粒的最大輸送能力隨充氣量的增加而增加，但受到氣泡粒度的制約?？梢姡瑲馀葜睆竭^大不利于處理指標(biāo)ηCOD的進一步提高，因而表觀氣速有一適宜值。

表2 不同填料廢水處理結(jié)果 填料類型 原紙漿廢水（1#） 處理后清水 SS/（mg.L^-1) CODcr/（mg.L^-1) SS/（mg.L^-1) CODcr/（mg.L^-1) 絲網(wǎng)波紋填料 1718.5 755.1 107 134.2 刺孔波紋填料 1718.5 755.1 309 352.5

表3 表觀空氣流速對廢水處理結(jié)果的影響 試驗方法 試驗編號 Jg/(cm.s^-1) H_L/cm H_F/cm ηCOD/% 分散空氣法（1#廢水） 1 0.0177 60 101 73.04 2 0.0221 60 101 89.7 3 0.0243 60 101 90.4 4 0.0276 60 101 89.65 5 0.0387 60 101 75.44

3.1.3 柱內(nèi)液面高度HL和進料口高度HF對CODcr去除率的影響
　　浮渣與水體界面以下區(qū)域提供了氣泡與顆粒的粘附場所，在一定氣量和進料量條件下，適宜的流體流型和液面高度確定了顆粒在柱內(nèi)的停留時間。從表4可看出，隨液面高度HL的增加，ηCOD值亦增加，但液面高度并非越高越好，過高的液面會導(dǎo)致氣泡上顆粒脫落機會的增多。同時，試驗還證實，進料口位于液面以上不僅處理效果較好，且泡沫穩(wěn)定易于操作。進料口越高，液面至進料口段泡沫的富集能力越強。

表4 柱內(nèi)液面高度和進料口高度對廢水處理結(jié)果的影響 試驗方法 試驗編號 H_L/cm H_F/cm ηCOD/% 分散空氣法（1#廢水） 1 70 　 39.5 2 76 　 41.3 3 101 　 55.4 4 127 　 71.0 5 　 60 89.5 6 　 70 90.7 7 　 82 92.4 8 　 89 91.7

3.2 加壓溶氣法
3.2.1 表觀流速Jf、溶氣水表現(xiàn)流速Jgl及其比例試驗
　　試驗在溶氣水進料口高度為102cm、廢水進料口高度為一定的條件下進行，試驗結(jié)果如表5所示。廢水的處理結(jié)果，不僅取決于廢水進料表觀流速Jf的大小，而且也取決于溶氣水表觀流速人的大小。試驗發(fā)現(xiàn)，在廢水進料Jf一定時，溶氣水Jgl相對較小時，懸浮物在濃縮段不能進一步上升而形成浮渣；當(dāng)溶氣水量相對較大時，則浮渣含水量較高或浮渣較稀，浮渣界面不清。表5結(jié)出了試驗條件下處理指標(biāo)較好的三組數(shù)據(jù)。對比表2與表4，試驗也表明加壓溶氣法在CODcr、SS指標(biāo)上明顯優(yōu)于分散空氣法，且浮渣固含量高。
3.2.2 溶氣水人口高度Hg1；、廢水進料口高度HF組合試驗
　　廢水進料口、溶氣水入口高度組合試驗保持溶氣水、廢水進料量固定不變，其試驗結(jié)果如表6所示（H、Hd、Hc分別為回收段、分離段和濃縮段長度）。

表5 廢水進料表觀流速、溶氣水表觀流速及其比例試驗結(jié)果 試驗方法 試驗編號 Jf/(cm.s^-1) Jg1/(cm.s^-1) Jf/Jg₁ SS/(mg.L^-1) Solid/% CODcr/(mg.L^-1) 加壓溶氣法（2#廢水） 1 0.0785 0.1570 0.50 微量 　 64.0 2 0.1361 0.2826 0.48 微量 16.6 35.0 3 0.2198 0.2512 0.88 30.3 8.8 35.7

表6 廢水進料口、溶氣水入口高度試驗結(jié)果 試驗方法 試驗編號 Hr/cm Hd/cm Hc/cm SS/(mg.L^-1) Solid/% CODcr/(mg.L^-1) 加壓溶氣法（2#廢水） 1 76 57 17 101.2 7.4 59.2 2 102 25 23 微量 16.6 35.0 3 76 39 35 15.8 4.3 42.1 4 76 19 55 17.2 4.5 70.1

　　對于同一溶氣水進料口，濃縮段高度增加，相應(yīng)分離段高度減小，清水CODcr值有一適宜范圍，濃縮段高度過低或過高，清水CODcr值有所增加，尤其在高度過低時，懸浮物SS含量增加較多，填料柱底部清水出口處水較渾濁，其濃縮段流體的擾動，破壞了浮渣層的濃縮。當(dāng)溶氣水入口相對較高時，且分離段和濃縮段高度適宜時，由于回收段高度相應(yīng)增加，且分離段和濃縮段床層內(nèi)壓降相應(yīng)減少，在流體的液速一定時，溶氣水中較多的微氣泡偏流進人分離段和濃縮段內(nèi)，使得柱底清水CODcr值和SS值進一步減小，從而提高填料柱的處理效果。
3.2.3 溶氣條件下紙漿廢水連續(xù)試驗
　　通過上述藥劑、操作條件和結(jié)構(gòu)條件的考察，本試驗對溶氣條件下填料柱處理紙漿廢水進行了連續(xù)試驗，其試驗結(jié)果如表7所示。

表7 紙漿廢水連續(xù)試驗結(jié)果 水樣 CODcr/(mg.L^-1) BOD5/(mg.L^-1) SS/(mg.L^-1) 污泥固含率/% 原水 699 236 1022 　 出水 110 48.6 20 4.27 去除率/% 84.3 79.4 98 　

　　 連續(xù)試驗結(jié)果表明，溶氣填料柱處理紙漿廢水不僅在CODcr、SS等指標(biāo)上能取得較為理想的結(jié)果，而且對降低廢水生化需氧量（BOD5）也具有較好的效果。

4 結(jié)論

　　填料結(jié)構(gòu)參數(shù)是影響紙漿廢水處理指標(biāo)的最重要的參數(shù)。在絮凝藥劑濃度一定下，分散空氣法的主要影響參數(shù)是空氣表觀流速；對于加壓溶氣法，其廢水處理指標(biāo)主要取決于溶氣水的進口高度和其與廢水進料量比例的配合。加壓溶氣法廢水處理指標(biāo)明顯優(yōu)于分散空氣法，不需另加氣泡劑，且浮渣固含率較高，避免了污泥的二次污染。

參考文獻：

　　[1] Dobby G S and Finch J A.Mixing characteristics of industrial flota tion columns[J].Chem Eng Sci，1985，40（7）：1061－1068.
　　[2] 張大鵬，徐亞同，史家梁.廢水的物理處理法-氣浮法［J］.上?；ぃ?998，23（24）：40－41.
　　[3] Espinasa R G，Yianatos J B，F(xiàn)inch J A,et al. SME-AIME[C]. Arizona：ed K Sastry，1988.143.

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　　作者簡介：丁一剛（1963-），男，湖北黃岡人，副教授，工學(xué)碩士，主要從事多相流反應(yīng)器技術(shù)。