1.叶轮气浮的基本原理与应用

叶轮在电机的驱动下高速旋转，在盖板下形成负压吸入空气，废水由盖板上的小孔进入叶轮区域，在叶轮的搅动下，空气被粉碎成细小的气泡，并与水充分混合成水气混合体，水气混合体经整流板稳流后，在池体内平稳地垂直上升，进行气浮，形成的浮渣不断地被缓慢转动的刮板刮出槽外。

气浮中使用的叶轮直径一般多为200~400mm,最大不超过600~700mm。叶轮的转速多采用900~1500r/min,圆周线速度则为10~15m/s。气浮池水深与吸气盘有关，一般为1.5~2m,不超过3m。叶轮与导向叶片间的间距也能够影响吸气量的大小，实践证明，间距超过8mm将使进气量降低。叶轮气浮设备构造示意图见下图。

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叶轮气浮设备构造示意图

1一叶轮；2一盖板；3一转轴；4一轴套；5—轴承；6一进气管；

7一进水槽；8—出水槽；9一泡沫槽；10一刮沫板；11一整流板

叶轮气浮式污水处理装置在油田污水处理中应用最广泛，它具有以下优点：

(1)溶气量大。叶轮气浮式污水处理装置的溶气率多数都在600%以上，为全流加压式 溶气气浮溶气率的50倍。

(2)停留时间短、处理速度高。叶轮气浮装置的总停留时间仅为4~5min,而溶气气浮的停留时间则为20~30min。

(3)除油效率高，造价低。四级叶轮气浮式污水处理装置的除油效率相当于或高于单级溶气气浮装置，而造价仅为后者的60%。

(4)适应于处理油田污水，适应油田来水含油量的变化。如美国Wemco公司生产的叶轮气浮式污水处理装置，当来水含油71000mg/L时，可保证出水含油小于 10mg/L。

目前国外在含油污水处理中广泛应用了叶轮浮选技术，前苏联给水排水设计院的油田含油污水处理定型设计中采用了叶轮浮选技术；美国油田含油污水处理中大部分都采用叶轮浮选法；我国中原油田、河南油田、胜利油田等含油污水处理站引进的全套处理设施，也都采用了叶轮浮选机，其在炼油厂污水处理装置中的应用也有不断推广的趋势。该技术关键设备为高效涡凹气浮机，主要用于去除废水中的悬浮物、油类物质、COD、BOD等。

布气气浮的优点是设备简单，易于实现，但其主要的缺点是形成的气泡粒度较大，一般都不小于0.1mm,在供气量一定的条件下，气泡的表面积小；而且由于气泡直径大，运动速度快，气泡与被去除污染物质的接触时间短。这些因素都使叶轮气浮达不到高效的去除效果。

2.叶轮气浮的改进与发展

1)涡凹气浮

涡凹气浮又被称为旋切气浮，涡凹气浮机是一种主要用于去除工业或城市污水中的油脂、胶状物及固体悬浮物而设计的污水处理设备。系统主要由曝气装置、刮渣装置和排渣装置组成，其中曝气装笠主要是涡凹曝气机，刮渣装置主要由刮渣机和牵引链条组成，排渣装置主要为螺旋推进器，如下图所示。工作时，溶气设备由电机带动高速旋转（旋转速度一般控制在1000~3000r/min),利用底部扩散叶轮（该叶轮的叶片为空心状）的高速转动在水中形成一个负压区，使液面上的空气沿着“涡凹头”的中空管进入扩散叶轮释放到水中，并经过叶片的高速剪切而变成小气泡，小气泡在上浮的过程中粘附在絮凝体上，而形成新的低密度絮凝体，靠水的浮力将水中的悬浮物带到水面，然后靠刮渣装置除去浮渣。开放式的问流管道从曝气段沿气浮槽的底部伸展，涡凹曝气机在产生微气泡的同时，也会 在有回流管的池底形成一个负压区，这种负压作用会使废水从池底回流至曝气段，然后返回气浮段。这个过程确保了30%~50%的污水回流，即整套系统在没有进水的情况下仍可工作。

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涡凹曝气系统结构与工作原理示意图

与溶气气浮(DAF)相比，涡凹气浮(CAF)具有以下优点：

(1)节省投资

涡凹气浮系统通过专利曝气机来产生微气泡，不需要压力容气罐、空压机、循环泵等设备，因而设备投资少，占地面积小，处理量200m³/h的CAF系统占地面积仅为36. 15m²。

(2)运行费用低

涡凹气浮系统的耗电量仅相当于溶气气浮的1/10~1/8,节约运行成本约40%~90%。处理盘200m³/h的涡凹气浮系统仅耗电5.435kW,而DAF系统耗电高达65kW。涡凹气浮系统没有复杂设备，自动化程度高，人工操作及维修工作量极少。

(3)处理效果明显

涡凹气浮系统产生的微气泡是溶气气浮的4倍，SS去除率可超过90%;通过投加合适的化学药剂，对COD和BOD的去除率可达60%;而OAF系统对COD及BOD 的去除率只能达35%左右。

尽管该法设备具有很多的优点，但也有很多的缺点：

(1)需要严格控制进气量

产生的气泡较大，且水中易产生大气泡。大气泡在水中具有较快的上升速度，巨大的惯性力不仅不能使气泡很好地粘附于絮凝体上，相反会造成水体的严重紊流而撞碎絮凝体。所以涡凹气浮要严格控制进气量。

(2)动力消耗大

尽管涡凹气浮工艺取消了溶气罐等附属设备，但是气泡的产生依赖于叶轮的高速切割，以及在无压体系中的自然释放，气泡直径大、动力消耗高，尤其对于高水温污水的气浮处理，涡凹气浮工艺处理效果难如人意。

目前的市场上，不同的企业有不同的规格型号，选择时应加以考量。下表为国内企业给出的涡凹气浮设备的规格型号，供参考。

CAF涡凹气浮设备的规格型号

2) MAF旋切气浮

MAF -A型旋切式浮选机是利用旋切式叶轮在高速旋转下产生抽真空作用，吸入空气及回流水并完成有效的气水混合及混合相的切割，从而产生大量的细微气泡。微气泡最小直径可达0.5µm大部分气泡直径在10~300µm之间，因而浮选效果明显。

旋切式气浮属于引气扩散气浮，它与溶气气浮、喷射引气气浮、多级扩散气浮及电解气浮机理相同，因而同样具有广泛的应用前景。其最大的优点是形成的气泡直径与溶气气泡直径相近，但其能耗却小得多，而且不需要空压机、溶气罐、减压释放器等设施，占地面积小，基建投资也不大。MAF-A型旋切式气浮机如下图所示。

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MAF-A型旋切式气浮机示意图

3.叶轮气浮池工艺设计

1)叶轮气浮设计主要参数

①叶轮直径D=200~400mm, 最大直径不宜超过600mm;

②叶轮转速ω=900~1500r/min,圆周线速度u=10~15m/s;

③叶轮与导向叶片的间距应调整至小于7~8mm;

④气浮池水深一般为H=2~2.5m,不宜超过3m;

⑤气浮池应为方形，单边尺寸不宜大于叶轮直径D的6倍。

2)叶轮气浮池工艺设计

叶轮气浮池工艺设计见下表。

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叶轮气浮池工艺设计