气浮的基本原理
当水体中通入空气，产生微小气泡时，原来水体中各种油脂类杂质、絮凝状悬浮颗粒及各种有机微粒黏附在空气泡上，随气泡一起浮至水面，形成浮渣，从而分离水中微粒的方法叫气浮。实现气浮法分离的必要条件有两个：第一，必须向水中提供足够数量理想尺寸的微细气泡；第二，必须使需要去除的物质呈悬浮状态或具有疏水性质，从而附着于气泡上浮升。
1.气泡的产生
产生微气泡的方法主要有电解、分散空气和溶解空气再释放三种。
（1）电解。向废水中插入多组正负相间的电极，在直流电作用下，废水电解产生H2、O2和CO2等，密度小、颗粒微细、浮载能力大的气泡，特别适用于脆弱絮凝体的分离。如采用可溶性的铝板或钢板作阳极时，则电解溶蚀产生的Fe2+和Al3+经过水解及与水中OH-作用形成吸附能力很强的铝、铁氢氧化物，从而吸附、凝聚水中的杂质颗粒而形成絮凝颗粒，这种颗粒黏附在阴极上产生的H2微气泡而实现气浮，达到与水分离的目的。但存在电耗较高、电极板易结垢等问题。
（2）分散空气。分散空气的方法和设备很多。
①通过由冶金粉末、素烧陶瓷或塑料制成的微孔板（管），将压缩空气分散为小气泡。该法虽简单易行，但产生的气泡较大，且微孔板（管）易堵塞。
②将空气引入一个高速旋转的叶轮附近，通过叶轮的高速剪切运动，将空气吸入并分散为小气泡。
叶轮气浮装置如图5-6所示，气浮池底部有叶轮叶片，通过转轴与上部电动机相连，叶轮在电动机的驱动下高速旋转，在盖板下形成负压，从进气管8吸入压缩空气，在叶轮作用下，空气被粉碎成细小气泡，并与水充分混合成水气混合体甩出叶片，经稳流板9稳流后，气泡在池内垂直上升，达到气浮目的。形成的浮渣被缓慢旋转的刮板刮出槽外。该法适用于悬浮物浓度高的废水，例如，用于洗煤废水及含油脂、羊毛等废水的处理，也用于含表面活性剂的废水泡沫浮上分离，设备不易堵塞。
图5-6 叶轮气浮装置
1—叶轮 2—盖板 3—转轴 4—轴套 5—叶轮叶片 6—导向叶片 7—循环进水孔 8—进气管 9—稳流板
射流气浮是利用射流器将水从射流嘴以高速喷出，其周围产生负压，进气管中的空气不断吸入，与水一起进入喷嘴喉管，在这里水与空气充分混合，空气被切成微小气泡，混合后的流体在扩散管内流速下降，而压力增大，最后由排液口排出进入气浮池，气浮池中的悬浮物被上升的小气泡黏附而随气泡上升至液面形成浮渣。这类方法设备简单，但效率较低，且喷嘴及喉嘴易被油污堵塞。
（3）溶解空气。溶气气浮是使空气在一定压力下溶于水中并呈饱和状态，溶气水经过减压释放装置，反复地受到收缩、扩散、碰撞、挤压、游涡等作用，其压力能迅速消失，水中溶解的空气以极细的气泡释放出来并进行气浮。根据气泡从水中析出时所处的压力不同，溶气气浮又可分为真空式气浮法和加压溶气气浮法两种。
①真空式气浮法。指在常压或加压下溶于水中的空气在负压下（即抽真空状态下），以微气泡方式释放出来的气浮方法。该法具有能量消耗少、气泡形成和气泡与絮凝粒黏附较稳定的特点。但气浮池构造复杂，运行维护较困难，溶气压力低，气泡释放量受到限制，因此应用不多。(https://www.daowen.com)
②加压溶气气浮法。指在加压下溶入水中的空气在突然减压下，以微气泡形式黏附絮凝粒而促使其上浮的方法。该法按溶气水不同可分为部分处理水溶气、部分进水溶气和全部进水溶气三种基本流程。
部分处理水溶气是取部分处理后的出水将空气加压溶入其中，再与进水合并后减压至常压释放出气泡。部分进水溶气是将部分进水加压溶气后，与其余废水混合并减压至常压释放出气泡。以上两种流程中，由于加压溶气的水量只占总水量的1/3。因此，在相同能耗的情况下，溶气压力可大幅提高，形成的气泡更小、更均匀，也不破坏絮凝体。
全部进水加压溶气流程的系统配置如图5-7所示。全部原水由泵加压后压入溶气罐，用空压机或射流器向溶气罐内压入空气。溶气后的水气混合物再通过减压阀或释放器进入气浮池进口处，析出气泡进行气浮。在分离区形成的浮渣用刮渣机去除。这种流程的缺点是能耗高，溶气罐较大。若在气浮之前需经混凝处理，则已形成的絮凝体势必在压缩和溶气过程中破碎，因此混凝剂耗量较多。当进水中悬浮物多时，易堵塞释放器。
图5-7 加压溶气气浮流程
1—吸水井 2—加压泵 3—空压机 4—压力溶气罐 5—减压释放阀 6—浮上分液池 7—原水进水管 8—刮渣机 9—集水系统 10—填料层 11—隔板
2.悬浮物与气泡附着
气泡在悬浮物上附着方式有：在颗粒表面析出、与颗粒相互吸附以及被絮凝体包裹三种方式。
气泡能否与悬浮颗粒发生有效附着，主要取决于颗粒的表面性质。如图5-8所示，在浮选时存在三个相：固相、液相、气相，其相应存在液—固、固—气、气—液三个接触面，其中液固界面张力σls与气液界面张力σgl的夹角（对着液相的）称为平衡接触角，用θ表示。当θ＜90°时，固体很易被水润湿，称为亲水性物质，气泡很难黏附到这种物质表面；相反，当θ＞90°时，固体不能被水很好润湿，气体则能较好地附着在这种疏水性物质表面。当固体颗粒吸附气泡后，界面张力降低Δσ=σgl（1-cosθ）。从上式可知，气浮效果除随接触角增大而易进行外，还与σgl值大小有关，有时σgl过小，虽然有利于形成气泡，但不利于气泡与颗粒的黏附。
图5-8 不同悬浮颗粒与水的润湿情况
为了用气浮法分离如纤维、重金属离子等亲水性颗粒，就必须投加合适的药剂，以改变颗粒的表面性质，提高气浮效果，这种药剂通常称为浮选剂。浮选剂大多数由极性—非极性分子表面活性剂组成，其极性端含有—OH、—COOH、—SO3H、—NH2等亲水基团，而非极性端主要是较长的碳链。例如，肥皂的主要成分是硬脂酸盐，它由极性亲水性的—COOH及非极性较长碳链的—C17H35组成。在气浮过程中，浮选剂的极性基团能选择性地被亲水性物质所吸附，非极性端则朝向水，从而使水中亲水颗粒表面由亲水性变为疏水表面。
浮选剂的种类很多，如松香油、石油及煤油产品，脂肪酸及其盐类，表面活性剂等。对不同性质的废水应通过试验，选择合适的品种和投加量，必要时可参考矿冶工业浮选的资料。
