环保水处理知识：溶气气浮的含义与作用

溶气气浮是气浮技术的一种，它通过加压使空气溶于水中形成过饱和状态，再减压释放出大量微细气泡，气泡粘附水中杂质形成气浮体上浮至水面，从而实现固液或液液分离 [3-4]。根据气泡析出时所处压力的不同，溶气气浮可分为真空溶气气浮和加压溶气气浮两类，其中加压溶气气浮是生产上应用最广泛的方法 [5-6] [12]。

加压溶气气浮法形成的气泡粒径约20~100μm，具有微小、均匀、稳定的特点，对池体扰动小。该技术特别适用于去除密度接近或小于水、难以通过重力沉降法去除的污染物，如油脂、胶体、藻类、纤维等 [4-5]。

气浮法最早开始应用于选矿工业。1905年，美国专利刊出了加压溶气技术，1907年又发明了喷射溶气气浮技术。由于这些技术的发明，溶气气浮法得到了广泛的应用，可以用于生活饮用水处理、工业用水处理，以及炼油、化工、造纸、制革、纺织、印染、钢铁、食品、医药等各种工业废水和城市生活污水处理中 [7]。

目前市场上所用的气浮基本是部分回流加药溶气气浮，一般回流比为15%-30%。与溶气气浮相比，涡凹气浮因为效率低，其研究和新技术应用较少，目前有逐渐退出市场的趋势 [6]。近年来，技术持续发展，如旋流溶气气浮(CDFU)、三相混合器等新型高效设备的出现，进一步提升了分离效率和适用范围 [8] [15]。

通过压力调节改变气体溶解度实现气泡生成，相比传统引气设备无需机械曝气装置 [1]。在加压或负压条件下，水中过饱和气体析出形成微米级气泡，其表面由范德瓦耳斯力形成双层结构：

外层水膜具有弹性力学特性

内层水分子呈现定向紧密排列这种结构使气泡具有高比表面积（直径10 100μm）和稳定吸附特性 [1]。

根据溶气方式可分为三种技术路径 [1]。全溶气加压流程是将全部待处理废水进行加压溶气，再经减压释放装置进入气浮池进行固液分离，其优点是气浮池容积小，但电耗高，所有废水均需加压。部分溶气流程是取部分废水加压和溶气，其余废水直接进入气浮池并在气浮池中与溶气废水混合，其优点是较省电，但溶气罐需较高压力。回流加压溶气流程（也称部分回流溶气气浮法）是将部分处理后的出水（回流清水）进行加压溶气，减压后进入气浮池，与来自絮凝池的待处理废水混合和气浮，其优点是节能，能充分利用絮凝剂，处理效果稳定，尤其适用于悬浮物浓度高的废水 [4-5] [12]。现代气浮理论认为回流比为50%时效果最佳，是目前国内外最常采用的工艺。根据气泡从水中析出时所处压力的不同，溶气气浮还可分为真空溶气气浮，该方法是空气在常压或加压下溶入水中，而在负压（真空）条件下析出，其特点是空气溶解所需压力低，但气浮池需密闭，构造复杂，适用于污染物浓度不大的废水，生产中使用较少 [5] [12]。

溶气气浮系统主要由压力溶气系统、溶气释放系统和气浮分离系统等组成 [4-5]。

压力溶气系统的核心设备为压力溶气罐，配套设备包括加压水泵、空压机（或射流器、水泵吸水管吸气装置） [5]。溶气罐工作压力通常为300-500kPa（0.3-0.5MPa），污水在罐内停留时间一般为1-4分钟 [12-13]。

溶气释放系统的关键设备为溶气释放器（如TS型释放器）或减压阀。该系统要求释放的气泡直径微小（20-100μm）、均匀 [4-5]。

气浮分离系统即气浮池，常见类型有平流式和竖流式 [4-5]。其设计参数包括：接触区上升流速宜控制在10-20mm/s，分离区流速宜为1-3mm/s，有效水深宜为2.0-2.5m，表面水力负荷率通常为5-10 m³/(m²·h)（可达12.7 m³/(m²·h)），水力停留时间通常为10-20分钟（可缩短至10min） [5] [9] [12]。

其他辅助设备包括刮渣机，其刮渣速度宜小于5m/min [5]。

溶气气浮法产生的气泡微小（直径通常在20-100μm）、均匀、稳定，对水体扰动小，特别适合分离细小、疏松絮体 [4-5]，且空气溶解度大，能提供足量的微气泡，分离效果好 [3] [5]。该工艺表面负荷高，水力停留时间短（通常10-20min），占地面积小，基建投资省 [5] [14]，产生的浮渣含水率低（一般低于96%），体积小，便于后续处理。溶气气浮具有预曝气作用，出水含氧 [14]，对低温低浊水、高藻水处理效果好 [5] [17]，同时其工艺设备相对简单，自动化程度高，维护管理方便 [3-4]。

该技术也存在一定局限性，电耗相对较高，处理每吨废水比沉淀法多耗电0.02-0.04 kWh [14]。对高浊度水（NTU>1000）或密度大于1.2g/cm³的颗粒处理效果下降 [12]，且溶气释放器在悬浮物浓度高时易堵塞。其工艺操作相对复杂，对运行管理要求较高 [11-12]，并且空压机运行时有噪音 [12]。

溶气气浮的关键运行参数包括溶气压力、回流比和混凝剂投加量等。溶气压力通常控制在0.3-0.5MPa（300-500kPa），影响气泡密度和大小。回流比通常为20%-50%（部分回流工艺），影响气泡数量和能耗，研究表明回流比对气浮效果影响最为显著 [6] [12-13]。混凝剂投加量影响絮体形成和去除效果，研究表明对气浮效果影响的主次关系为：回流比 > 混凝剂投加量 > 有效停留时间。水温降低对溶气气浮效果有不利影响。气浮池表面负荷范围通常为5-12.7 m³/(㎡·h)，水力停留时间不宜大于1.0h [5] [9] [12]。此外，进水pH值、离子浓度、气泡稳定性等也会影响处理效果 [13]。

在工程热物理领域主要应用于：

石油化工含油废水分离

活性污泥浓缩处理 [2]给水处理中适用于：

低温水体净化（＜4℃）

旋流溶气气浮(CDFU)集成旋流离心与溶气气浮，形成弱旋流场强化油滴与气泡的碰撞粘附，气泡粒径可达5-30μm，结构紧凑，除油效率可达90%以上，已应用于海上平台等场景。 [15]三相混合器(GEM)气浮技术将加压溶气、药剂混合、混凝絮凝集成于一体，在絮体内部和周边生长微气泡，形成多孔中空絮体，含水率低，自行上浮，气泡粘附效果更佳。 [8]

此外，还广泛应用于炼油、化工、钢铁、食品加工、印染、制革、洗毛等多种工业废水处理，用于去除油脂、悬浮物、胶体物质，降低COD、BOD [5] [7]。

给水处理中适用于低温水体净化（＜4℃）、低浊度水（NTU＜100）处理和富藻水治理。溶气气浮在给水处理中特别适用于处理低温低浊水和高藻水，能有效去除藻类、浊度、色度及嗅味物质，提升出水水质 [17]。

其他领域：在城市污水处理中，可用于二级生化处理后的深度处理，以进一步提高出水水质，去除剩余悬浮物、磷及胶体粒子，满足更高排放标准或回用要求 [9]。此外，在海上平台产出液处理、废油提炼废水处理等特殊领域也有成功应用 [10] [15]。

低浊度水（NTU＜100）处理

针对传统气浮池的流态与结构优化设计研究表明，通过优化分离区高度、设置导流格板等方式，可有效减少气浮区的返流和死区，提高空间利用率。 [16]

实验研究压力、水力停留时间、气水比、混凝剂种类等因素对污染物去除效率的影响，聚合氯化铝(PAC)效果较佳，加压溶气生化气浮法(PA-DAF)可实现同步硝化反硝化。 [18]

针对高藻水、低温低浊水等特殊水质的研究表明，溶气气浮(DAF)对藻类、浊度、色度、嗅阈值去除效果显著。 [17]