溶气气浮机原理

我国是一个水资源馈乏的国家，随着经济的高速增长，水资源的缺口日益扩大。励行节水是保证我国国民经济可持续发展的重大战略措施之一。

造纸行业是耗费水资源很大的一个行业，采用各种高新节水技术和设备在工艺过程中节约或循环利用水资具有重要的现实意义。

抄纸白水在造纸废水中占有很高的比例，将它回收，循环利用，是造纸节水的重要途径。白水回收，目前技术上*为可行，而且能够同时回收纸浆纤维，具有可观的经济效益。

要将白水回收，循环利用于生产，必须设法去除其中的悬浮物(SS)，使之低于一定值。理论上可以有四种方法:过滤法、沉淀法、多盘筛和气浮法。

过滤法和沉淀法不适用于大水量，而且必须加药絮凝，运行成本也不低。

多盘筛也是一种过滤法，其工作原理是:利用各圆盘滤网上的糊浆层实现对白水的精滤。由于设置了多个圆盘滤网，较大地增大了过滤面积，且设计上将各圆盘截面分为糊浆区、过滤区、冲洗区等多个扇区，随着主轴的旋转依次轮换工作，实际上实现了过滤和反冲洗的连续进行，因而能有较大的处理能力，多盘筛的优点是:动力消耗小，不需要加药，因而运行成本低。多盘筛由于其这一显著的优点，在国外造纸行业的白水回收中获得较广泛的应用。国内也有多家造纸厂选用了多盘筛，但绝大数没有能用好，究其原因，是由于多盘筛的技术关键所决定，也是由中国的国情所决定。

多盘筛的技术关键是:糊浆层必须稳定且有适宜的滤过性。理论研究表明，糊浆层的稳定性又由其滤过性所决定，当透过糊浆层的水流达到一定的流速时，所产生的压力降才能迫使糊浆层稳定地贴附在滤网上。

在国外，造纸原料基本都采用商品木浆，众所周知，木浆的纤维长，强度高，造纸时不需添加大量填料和增强剂，因而糊浆层滤过性好，糊浆层稳定性高。

在国内，情况就完全不同了，由于我国森林资源极度馈乏，造纸原料大多采用废纸和稻草浆、麦草浆。它们的纤维短，强度差，为保证纸张的强度性能指标，在造纸工艺中不得不加入大量填料、增强剂、助剂，且白水中存在较多糖类、脂肪酸类有机溶出物，粘度较高，造成糊浆层的滤过性很差，糊浆层极不稳定。

糊浆层的滤过性差，会使多盘筛的处理能力大幅度下降，而糊浆层不稳定，则会造成多盘筛失效。

可见，多盘筛一般只适用于以商品木浆为原料的造纸白水的回收。我国的造纸行业基本上采用稻草浆、麦草浆和废纸为原料，多盘筛在我国大多没能用好是必然的。多盘筛不适合中国国情!

即使在国外，当造纸原料为商品木浆时，根据有关资料介绍，如果白水回收量较大，仍然推荐超效浅层气浮。

事实上，超效浅气浮在国外就是主要用于造纸白水回收的。

首先，超效浅层气浮具有单台处理能力极大的特点，可以大幅度降低设备投资。

第二，当造纸原料为商品木浆时，PAC和PAM的投加量很小，药剂费用问题并不突出。

第三，多盘筛不能去除绝大多数的胶体类污染物，出水带有浊度和色度，COD、BOD的去除率有限，不能有效的减少造纸废水总的污染负荷和*终处理成本。而超效浅层气浮除能去除SS外还能基本去除胶体类的污染物，出水清澈透亮，COD、BOD和色度的去除率均可高达70%，符合分段治理的原则，能大大降低造纸废水总的污染负荷和*终处理成本。

以上三条可以全部或部分抵销超效浅层气浮较之多盘筛运行费高的缺点。当然，多盘筛不需加药，不会改变回收白水的粘度，这是其突出的优点，但再先进的设备都有其适用的条件。条件不具备，就无法发挥作用!

本公司的CQJ型超效浅层离子气浮吸取了国外超效浅层气浮的优点，经过多次重大改进，特别是采用了本公司自行开发成功的先进的溶气和释放专利技术:高效溶气管和特殊结构的释放器--均衡消能装置。

根据资料介绍，国内外目前现有各种释放器释放出微气泡直径一般在50μm左右，而本公司研发成功的这种“均衡消能装置”释放出的微气泡直径平均约5μm左右，即减小了10倍，而且非常均匀。

因为在溶气量相同时，微气泡的数量与其直径立方成反比，微气泡的总表面积则与其直径平方成反比，故仅仅因为释放装置的先进技术。CQJ型气浮中微气泡的数量就较其它气浮增大了1000倍!而微气泡的总表面积则增大了100倍!实际上，由于先进的高效溶气管使溶气效率显著提高，增大值远不止此!

必须指出，个别气浮制造厂家吹嘘他们可使微气泡直径达纳米级，这是极不负责任的，而且是违反科学常识的。气泡形成的必要条件是气泡内的空气分子必须产生稳定的压力以平衡水膜的表面张力。气体压力的物理概念是气体分子热运动对容器壁碰撞力的统计平均值，只有当气体分子的数量庞大到一定程度才能形成稳定的压力。试问，即使是直径达数十纳米的球体内能容纳多少个空气分子?更何况作为气体，各分子之间还必须有一定的平均自由程!

在气浮中，絮凝体与气泡的吸附是一个概率过程。正因为如此，国内外同类气浮SS的去除一般只能达到95%左右。CQJ型气浮，由于微气泡数量增加了上千倍，这就大大提高了气泡捕捉和吸附细小絮凝体的几率，实践证明，SS的去除率可高达99.5%以上。

微气泡的表面水膜除了能吸附聚凝后的絮凝体和纸浆纤维使之上浮分离外，还能吸附部分因为动力稳定性很高不能聚凝的准胶体，这就是为什么气浮出水的COD总是稍低于实验室提取的上清液COD的原因，只是在通常情况下这种去除作用有限。CQJ型气浮，由于气泡的总表面积增大了上百倍，上述去除作用就变得较明显了，实践证明可使COD去除提高数个百分点。

从悬浮物与气泡吸附时的润湿接触角(θ角)的概念可以知道:当悬浮物直径和气泡直径尺度相近时，θ角*大，吸附*为牢固。

经研究，废水中的胶体在加入PAC脱稳后发生聚凝，所形成的聚凝体仍带有胶体的性质，即表面仍带有双电层，只是电量减小了，可称为二阶胶体。由于两质点间的范德华力与它们之间距离的六次方成反比，因此，随着二阶胶体的直径增大，虽然质量增大了，但范德华力反而激剧减小。当二阶胶体直径长大到一定程度后，即使继续加入PAC，进一步中和扩散层负电荷，也不会再继续聚凝，必须加入PAM，通过吸附架桥作用，才能使它们进一步聚凝为“矾花”。

理论上，在一般情况下，这些二阶胶体已具有一定的粒径，即使不继续聚凝为“矾花”，也已能够被微气泡有效吸附而上浮分离，而实际上却往往不能。究其原因，是因为造纸废水中的许多胶体物质(如填料中淀粉类)及纸浆纤维是亲水性的，它们与气泡吸附时的θ度小于90°，吸附不牢固，在水力扰动下极易脱落。而PAM就其性质而言是一种有机高分子胶粘剂，加入PAM，除了上述吸附架桥作用外，会使水的粘度显著提高，从而较大地增大了气泡水膜的表面张力，θ度得以增大，使悬浮物与气泡得以可靠粘附。但同时也带来了新的问题:水粘度的提高对回用不利，有时是不能接受的。

研究表明，造纸废水二阶胶体的尺度大致在1.5-10μm之间(视胶体性质而定)，细小纸浆纤维也大致在这一尺度范围内。CQJ型气浮释放的微气泡直径正好在*恰当的范围内，可在不增加水的粘度的条件下，使之与悬浮物粘附时获得*大的θ度，加上优化的水力设计，使扰动减至*小。结果是，CQJ型气浮与国内外同类型气浮相比，可以少加，不少场合下甚至可以不加PAM，也能使悬浮物高效上浮分离。这具有重要的意义，不但降低了运行费用，而且使回收的水得以满足回用的工艺要求。

CQJ气浮由于其这一卓越的性能，在白水回收领域获得了广泛应用。

例1:山东某某纸业集团有限公司17000t/d白水回收工程

原水SS≤2200mg/L、CODcr≤800mg/L、PH值6-9

采用CQJ-11型气浮二台

处理结果:SS去除率≥94%，CODcr去除率≥70%(注:为降低运行费用，加药量未完全到位，调试状态出水SS≤20mg/L)

白水回收后全部循环利用，使公司的废水排放量减少了近30%，同时还降低了总污染负荷。

白水回收成本为0.259元/吨水，较单位清水成本0.369元/吨水低0.11元/吨水，日节约费用1870元。日平均回收绝干浆6吨，以2000元/吨计，日节约12000元。整个白水回收工程日节约费用共计13870元，经济效益十分显著。

例2:广州造纸有限公司白水回收工程

一抄、二抄、三抄和四抄四个抄纸车间分别进行回收

以四抄白水回收工程为例:

处理水量9860t/d

原水SS≤3234mg/L、CODcr≤3717mg/L

采用CQJ-9型气浮二台

处理结果:SS≤45mg/L，SS去除率≥98.5%，CODcr≤639mg/L,去除率≥81.8%。

处理后的白水全部回用，结果使吨纸耗水量降到了30m3/t以 下。

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