科学研究创
两级气浮装置处理冷轧含油废水的试验研究
杨志超
（北京中科圣泰环境科技有限公司北京102211）
摘　要：气浮法是指利用高度分散的微小气泡作为载体粘附于废水中污染物上，使其浮力大于重力和上浮阻力，从而使污染物上浮至水面，形成泡沫，然后用刮渣设备自水面刮除泡沫，实现固液或液液分离的过程，称为气浮法。气浮法水处理技术是20世纪70、80年代发展起来的一种新型的固—液、液—液分离新技术，该技术广泛应用于油田、日用化工及其他工业污水处理。本文以钢铁企业冷轧含油废水为研究对象，利用两级气浮装置进行除油处理，探索溶气气浮装置对冷轧含油废水中油含量的去除效率，以期能够为该工艺的设计和应用提供参考性建议。
关键词：冷轧含油废水油含量去除效率气浮装置
中图分类号：X703文献标识码：A文章编号：1674-098X(2022)08(a)-0005-04 Experimental Study on Treatment of Oily Wastewater from Cold Rolling by Two-Stage Air Flotation Device
YANG Zhichao
(Beijing Zhongke Shengtai Environmental Technology Co., Ltd., Beijing, 102211 China) Abstract: Air floatation method is the use of highly dispersed micro bubbles as a carrier to adhere to pollutants in the wastewater, so that buoyancy is greater than gravity and floatation resistance, so that pollutants float up to the surface of the water, forming foam, and then scraping the foam from the water surface with scraping equipment, so as to achieve solid-liquid or liquid-liquid separation process is called air flotation. Air flotation water treatment technology is a new solid-liquid and liquid-liquid separation technology developed in the 1970s and 1980s. It is widely used in oil field, daily chemical industry and other industrial wastewater treatment. This paper takes the cold rolling oily wastewater of iron and steel enterprises as the research object, uses two-stage air flotation device for oil removal, and explores the removal efficiency of dissolved air flotation device for oil content in cold rolling oily wastewater, in order to provide reference suggestions for the design and application of this process.
Key Words: Cold rolling; Oily wastewater; Oil content; Removal efficiency; Air flotation device
冶金轧钢生产过程中会产生一定的含油废水，主要来自轧机的乳化液废水和带钢表明清洗所产生的含油废水［1］。冷轧含油废水是冶金企业中较难处理的一股废水，该含油废水化学稳定性及污染负荷极高，油含量高达4000~20 000mg/L，COD达15 000~20 000mg/L，
BOD5为3000~8000mg/L，如果不能有效进行预处理，将会对后续废水处理系统造成很大负担，甚至扰乱生化处理单元正常运行。因此，必须采取预处理措施，提高除油效率，减少后续废水处理系统负担。
气浮法是一种高效的固—液或液—液分离技术，需要在污水里放进大量的微小分散式气泡，让其当成载体，和水里的杂质、油脂吸附在一起，借助水中气泡上升的浮力，让其上升至水面，做到和水体分离的效果［2-3］。加压溶气气浮工艺作为常用且有效的除油方式，对工业含油废水的处理具有较好效果，有深度应用空间。
1  气浮法工艺的分类
1.1  布气法气浮
布气方式主要是使用剪切性能，把水中的空气搅和成为微小的气泡，实现气浮的作用。依据搅和做法的分类，布气方式能被细分成以下几种。
1.1.1 水泵吸水管吸入空气气浮
该方式相对来说是最便捷的，但是因为水泵的运行特质受到局限，因此吸进的空气不能太多，通常情况
DOI：10.16660/jki.1674-098X.2204-5640-8421
作者简介：杨志超（1987—），男，本科，工程师，研究方向为水污染防治工程、环境工程。
学研究创新
下，不能超过吸水量体积的1/10，不然就会损坏设备的负压功能，同时，水泵中的汽包无法被彻底搅碎，气泡过大，气浮的作用一般。
1.1.2 射流气浮
使用射流设备，用水的力度把空气带入废水里，实现气浮的作用。射流设备的喷口会喷出速度很快的水流，让吸入空间出现负压的情况，然后自吸气管吸进气体，当气体与水的混合物进入管中之后，再实施能量反应，空气被搅合成为细小的气泡，之后进入扩散环节，能力发生转化，再一次压缩气泡，提升空气与水体的融合度，最后在气浮池里实施气水的分离工作［4］。1.1.3 扩散板曝气气浮
该方式作业相对传统，被压缩的气体经扩散空间中的细小缝隙后，让气体成为微小的气泡注入水里。可是，这种作业方式的扩散设备的孔洞非常小，所以经常被堵住，如果将孔洞调大，需要再加入表活剂物质，才能够变为可使用的棋气泡，所以，这种气浮方式的使用相对局限。近年来，最新研发的弹性膜微孔曝气设备已经解决了上述问题，使用微弹性材质生产的扩散设备，能够实现开启、关闭的效果。float up
1.1.4 叶轮气浮
该方法的作业原理是：叶轮设备连接电机后，会快速地转动，制造负压，从而吸进气体，待处理的废水自盖板上部的孔洞流入被叶轮设备搅和之后，会形成微小气泡，然后和水体充分融合，再通过整流板，于池体中稳定地上升，实现气浮的效果。
该方法相对来说更加适合用在水量工作小、但污染问题严重的水体中，去油的成效可以实现超过80%。该方法操作相对便捷，但是气体被搅和得同样不够匀称，气泡不够细腻，通常都是大于0.1mm体积的，所以，如果供气的条件相对稳定的话，气泡的体积就会更小，假如体积过大，其与杂质的吸附时间就会变短，那么气浮的效果就会受到不影响。
1.2  加压溶气法气浮
1.2.1 全溶气气浮法
该方式的做法是需要把所有的污水进行加压，同时加入气体溶气装置中，气体会和污水相融，之后使用减压装置，把污水注入气浮池中，污水中会出现细小气泡，从而吸附油污与杂质，最后在气浮的作用下浮出水面，再使用刮板把杂质去除，经浮渣管排出池外。
该方式的特征为：首先，作业的溶气量高，提高了油污与杂质和气泡吸附的概率；其次，如果需要处理
的污水量相同，该方式与后两种方式相比较，需要的气浮池体积更小，这样就可以降低成本的投入。这种作业方式中所有的污水都需要被加压，因此加大了含油污水的乳化量，并且，需要的压力装置相比于后两种要更大，所以动能会消耗更多。
1.2.2 部分溶气气浮法
该方式的做法是在少量的污水中加压，剩余的污水注入气浮池中，然后在其中和加压的水体融合。该方式的特征如下：第一，相比于上一种方式，这种作业方式需要的压力相对更小，所以需要的动能也就更低；第二，压力产生的乳化油会比上一种作业的产生量少；第三，该方式的作业气浮池与上一种作业方式一致。
1.2.3 部分回流溶气气浮法
该方式的做法是使用一些被去油后的水体对其实施加压工作，对其减压后注入气浮池中，再与絮凝池中流出的污水进行混合，实现气浮作用，回流的标准通常是污水的25%~100%。该方式的特征是：第一，需要被加压的水体量不多，需要的动能少；第二，气浮作业期间不需要乳化；第三，需要的气浮池要比上面几种的体积更大。想要优化气浮作业的成效，一般需要往污水里注入混凝剂物质，注入量也会由于水体的不同而不一样，通常需要经过试验后来确定［5］。
2  试验准备
2.1  废水来源及水质
试验取某特大型钢铁企业冷轧车间含油废水为研究对象，废水水质化验结果如表1所示。
由表1所示，废水中主要特征污染物包括石油类、COD、五水偏硅酸钠（表面活性剂）、悬浮物、铁等。
2.2  试验工艺路线
为了探索加压溶气气浮对冷轧含油废水污染物的去除能力，试验选择两级溶气气浮串联的形式，并加入絮凝/破乳药剂加强除油效果，试验工艺路线如图1所示。
含油废水采集后存储于原水收集槽中，调整流量后自流进入絮凝装置，与絮凝/破乳剂混合均匀后，先后进入两级气浮装置，气浮采用加压溶气气浮，部分出水加压后进入溶气水罐，通过空气压缩机，将空气加压溶于水中，形成溶气水，然后通过释放器骤然减压，快速释放，产生大量微细气泡，使水的分散微细油粒和悬浮物形成絮体漂浮物浮出水面，进而从污水中分离出来，浮油渣通过刮渣机刮入污泥收集槽，废水经过处理后收集于出水槽中。
2.3  絮凝剂与助凝剂的选择
为了增强溶气气浮工艺中污染物去除效率，试验中以常规聚合氯化铝作为絮凝/破乳药剂［4］，一方面其作为絮凝剂，能够使污水中的悬浮物凝聚成细小絮团；
表1　试验水质
项目原水石油类/（mg/L）
5240
COD/（mg/L）
9760
H10Na2O8Si/（mg/L）
2700悬浮物/（mg/L）
1021铁/（mg/L）
55
pH值/（mg/L）
7.8
科
学研究创另一方面，聚合氯化铝是一种电介质类凝聚剂，具有较
强破乳能力，能够良好地针对乳化液含油废水特点。
同时，为了加强絮凝效果，试验中以聚丙烯酰胺阴离子
作为助凝剂，分子量为12 000 000。
2.4  试验思路（1）探索单级气浮停留时间、加药量对冷轧含油废水中污染物去除效率的影响。
（2）探索单级溶气气浮对冷轧含油废水中污染物
的去除效率。
（3）探索两级溶气气浮对冷轧含油废水中污染物的去除效率。
3  试验结果与讨论
3.1  探索单级气浮水力停留时间、加药量对冷轧含油
废水中污染物去除效率的影响
3.1.1 单级溶气气浮水力停留时间对废水水质
影响
试验中，以絮凝剂、助凝剂的投加量为定量，以水
力停留时间（HRT ）为变量，通过调整进水量以控制气
浮装置水力停留时间，试验结果如图2所示。
由图2可以看出，气浮装置停留时间在10~40min 时废水中油含量及COD 的变化趋势，大致可以分为3个阶段。
（1）气浮装置HRT 在10min 内时，废水中油及COD
去除效率明显。
（2）HRT 在10~20min 时，废水中的油及COD 仍有去除，但去除效率逐渐降低。
（3）HRT 大于30min 后，废水中油及COD 去除效率基本稳定不变。
综合以上试验，考虑到装备经济性，一级气浮停留时间为20min 时对污染物去除效果较为理想，为了确
保反应效果，可适当延长至20~30min ［6］
。
3.1.2 单级溶气气浮药剂投加量对废水水质影响试验中，以气浮装置水力停留时间为定量，以絮凝剂、助凝剂的投加量为变量，试验结果如图3所示。
（1）助凝剂不变，当絮凝剂投加量为0~10（0.0001％）时，污染物去除效率较高；投加量为10~20（0.0001％）
时，污染物去除率逐渐降低；投加量大于20（0.0001％）之后，污染物去除率基本稳定不变。（2）絮凝剂不变，当助凝剂投加量为0~1
（0.0001％）时，污染物去除效率较高；投加量为1~2
（0.0001％）时，污染物去除率逐渐降低；投加量大于
（0.0001％）后，污染物去除率基本稳定不变。
（3）综合以上，考虑到经济性，絮凝剂投加量20
（0.0001％）左右、助凝剂投加量2（0.0001％）左右较为
合理。
3.1.3 单级溶气气浮污染物去除率
根据以上停留时间及药剂试验结果，最终进行单级气浮试验，试验条件为絮凝/破乳剂投加量为20（0.0001％）、助凝剂投加量为1.5（0.0001％），絮凝装置设搅拌器，搅拌强度为50r/min ，絮凝反应时间为5min ，溶气气浮装置停留时间为20min ，分离区表面负荷5m 3/m 2·h ，采用部分出水作为溶气水，加压至0.3MPa 后回
流至溶气管，回流比为30%。试验结果如表2所示。
冷轧含油废水经过单级气浮后，石油类去除率为
94.75%，COD 的去除率为90.84%，H 10Na 2O 8Si 的去除率为74.81%，悬浮物的去除率为75.32%
，总铁去除率为
32.73%。3.2  两级溶气气浮对冷轧含油废水中污染物的去除
效率3.2.1 二级气浮水力停留时间对废水水质影响试验中，以二级气浮停留时间作为变量，其他反应图1　废水两级气浮处理试验路线流程图
/
/
m i n （a ）　石油/
/
m i n （b ）　COD 图2　单级气浮装置出水污染物随H R T 变化曲线
/
/10（a ）　助凝剂不变，改变絮凝剂投加量/
/10（b ）　絮凝剂不变，改变助凝剂投加量图3　改变混凝剂与助凝剂后出水油含量与C O D 变化
趋势图
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条件均与以上单级气浮反应条件相同，试验结果如图4所示。
由图4可以看出二级气浮HRT在10min内时，废水中油及COD去除效率明显；HRT在10~15min时，废水中的油及COD去除效率逐渐降低；HRT超过20min 后，废水中的油及COD去除率基本稳定不变。3.2.2 两级溶气气浮对冷轧含油废水中污染物的去除效率
按照一级气浮停留时间20min、二级气浮停留时间15min，其他反应条件均与单级气浮反应条件相同，整理污染物去除效率数据如表3表示。
在一级气浮的基础上，冷轧含油废水经过二级气浮后，石油类去除率为92.97%，COD的去除率为64.21%，H10Na2O8Si的去除率为73.82%，悬浮物的去除率为82.94%，总铁去除率为13.51%。
4  结论
（1）对于冷轧含油废水，单级气浮停留时间为20min，对污染物去除效果较为理想，为了确保反应效果，可适当延长至20~30min。
（2）考虑到经济性，单级气浮絮凝剂投加量20（0.0001％）左右、助凝剂投加量2（0.0001％）左右较为合理。
（3）冷轧含油废水经过单级气浮后，石油类去除率为94.75%，COD的去除率为90.84%，H10Na2O8Si的去除率为74.81%，悬浮物的去除率为75.32%，总铁去除率为32.73%。
（4）在一级气浮的基础上，冷轧含油废水经过两级气浮后，石油类去除率为92.97%，COD的去除率为64.21%，H10Na2O8Si的去除率为73.82%，悬浮物的去除率为82.94%，总铁去除率为13.51%。
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表2　一级溶气气浮进、出水水质对比表
项目
原水
一级气浮出水去除率/%石油类/（mg/L）
5240
275
94.75
COD/（mg/L）
9760
894
90.84
H10Na2O8Si（mg/L）
2700
680
74.81
悬浮物/（mg/L）
1021
252
75.32
铁/（mg/L）
55
37
32.73
pH值
7.8
7.6
表3　两级溶气气浮进、出水水质及污染物去除效率对比表
项目
一级气浮出水二级气浮出水二级气浮去除率/%石油类/（mg/L）
275
19.32
92.97
COD/（mg/L）
894
320
64.21
H10Na2O8Si/（mg/L）
680
178
73.82
悬浮物/（mg/L）
252
43
82.94
铁/（mg/L）
37
32
13.51
pH 值
7.6
7.5
/
/
m i n
图4　二级气浮装置出水污染物及去除率随H R T变化曲线