浅谈气浮技术在气田污水处理中的应用
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【摘要】分析天然气处理厂生产污水系统的气浮工艺，对气浮设备进行解析，并提出了气浮设备运行时常见故障和排除方法。
1 气浮技术的概述
随着我国油田开发的不断深入，油田污水处理问题也随之而生，其中气浮作为一种净水技术，越来越受到石油化工行业的重视。目前，国内外除一些陆上油田尚未使用气浮技术外，海上平台、炼油及石油化工等含油污水的处理都采用了气浮作为中间处理单元，天然气处理厂也增加了气浮装置。气浮技术基本原理是向水中通入空气，使水中产生大量的微细气泡，并促使其粘附于杂质颗粒上，形成比重小于水的浮体，上浮水面，从而获得分离杂质的一种净水方法。按气泡产生的方式，气浮可分为溶气气浮、充气气浮、电解气浮等。气浮过程包括气泡产生、气泡与颗粒（固体或液体）附着以及上浮分离等连续步骤。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的微细气泡，气泡理想尺寸为15～ 30μm；第二，必须使目的物呈悬浮或疏水性质，从而附着于气泡上浮。影响气浮的效果有以下四个因素：
（1）微细气泡的尺寸，决定于溶气方式和释放器的构造；
（2）气固比，决定于向水中释放的空气量；
（3）进水浓度、工作压力、上浮停留时间；
（4）药剂的作用。气浮设备的结构特点都很好地保证了气浮工艺的必要条件。
2 气浮工艺原理
采用高效溶气装置，将空气（或其它净化过的气体）溶入部分净化过的水（回流水）中，然后通过高效率的释放器，将溶于水中的气体释放成粒径小于10μm的微气泡。使这些微气泡迅速吸附到污水中的悬浮物或油粒的表面上，减轻絮体的整体比重，从而达到迅速上浮，与水分离，便可达到净化水质的目的。
污水经加药（聚合氯化铝PAC、聚丙烯酸钠PAAS）流入设备前级混合反应器，在反应器内混合后流入浮选区，在浮选区经过溶气释放、吸附、上浮、浮渣分离回收。溶气水是由处理后的部分出水经过回流泵和压缩气体，同时进入溶气罐充分溶解所得。
水循环：经上一级处理单元处理的污水带压进入溶气气浮处理装置管道系统，并在进入气浮罐罐体前与由加药口先后加入的聚合氯化铝和聚丙烯酸钠药剂；溶有药剂的污水流经管式混合器得到了充分的混合后，进入溶气气浮装置；回流水经回流泵增压，并在溶气罐内溶入氮气后，通过释放器在气浮罐释放，在释放区，氮气从溶气水分离出来，可以形成微气泡；由于污水中的油粒和悬浮物为疏水性，且油粒比重小于1，便会立即吸附到微气泡表面，并以0.5～0.9m/s的高速上浮分离，在液面形成浮渣层，浮渣在浮渣槽聚集自动流到浮渣罐内，在罐内实现渣气分离；而气浮处理后的污水进入中间水箱，以便提升进入下一处理单元。
气循环：污水安全可靠流经系统处理的一个重要条件是保证系统气压的平衡。溶气气浮装置接通氮气，通过自力式调节阀调节气浮罐内气压，保证气浮系统中有足够的氮气供系统运作。为保证氮气循环使用，节约资源，系统中设有空压机对利用过的氮气进行增压，使其进入溶气罐和进水管线再利用。
通过水循环、气循环双作用保证了系统的平衡、稳定。
3 气浮工艺关键设备
3.1 加药设备
此套系统配置两套加药装置（聚合氯化铝和聚丙烯酸钠加药装置），两套装置置于气浮系统的进水端，先对污水加药处理后进入气浮装置处理。污水由进水口流入处理系统，在进水端的管道混合器中使其与先后加入进水管的聚合氯化铝和聚丙烯酸钠充分混合反应，污水中的油和固体悬浮物SS在聚合氯化铝和聚丙烯酸钠作用下形成絮凝体（矾花）；当加药处理的污水进入气浮罐后，被释放器产生的微气泡拦截吸附，并随气泡快速上浮；在气浮罐内液面上形成浮渣层，浮渣由排渣系统进入浮渣罐，处理后的污水由污水管排放到中间水箱；中间水箱中的污水再由提升泵提升进入下一步处理单元。
聚合氯化铝和聚丙烯酸钠固体药剂分别加到其对应的配药箱，混合溶解，形成药剂溶液；溶解后的混合液分别流入对应的贮药箱，加水稀释到合适浓度，再分别由对应计量泵投加到管道混合器中，在混合器的作用下与污水充分混合，为后面的气浮做好准备。
3.2 气浮设备
溶气罐导入污水和压缩氮气，使氮气溶解于污水变成溶气污水，并达到饱和状态。然后将溶气污水引至浮选器，溶解气体从水中逸出，形成水-气-粒三相混合提下，细小气泡的直径为10～100μm。微小气泡成为载体，气泡从水中析出粘附水中的污染物质形成气-粒浮选体浮出水面变成浮渣，浮渣被刮去，生产污水被净化排除。
溶气罐设有液位计，信号可远传，控制进气电磁阀工作，当溶气罐液位低于设定值时，自动关闭电磁阀，减少进气量，保证溶气罐内气水比例最佳。当设备压力过高时，安全阀开启，自动减压。
气浮罐出水设有气动调阀。通过调节阀控制罐内的液位，使液位维持在最佳适合排渣的液位。当进水量大时，调节阀开启度自动开大，维持设定液位，不让过多的水流入排渣槽进入浮渣罐；当进水量小时，调节阀开启度自动变小，保证排渣时的液位不变，实现顺利排渣。
3.3 中间水箱清水提升控制
中间水箱设有液位计，信号可远传控制两台提升泵。当罐内液位高时，液位控制两台提升泵同时工作；当罐内中液位时，液位计控制一台提升泵工作；当罐内液位为低液位时，液位计控制两台提升泵停止待用。
3.4 系统整个运行控制
设备分为远程控制启动和就地压力开关控制启动。
当开关置于远程位置时，管道压力开关信号为1时，远程信号置0，设备不能动作，因为没有命令。
当开关不置于远程位置，管道压力开关信号为1时，开关不在远程，就是在现场控制位置，管道压力信号为1是，设备自动启动。
压力开关/远程控制都可实现整个系统的开启及停止。
4 气浮工艺故障原因及排除方法
4.1 水泵运转但压力低
原因：水泵没有工作（不出水），一般情况进气压力大于水泵的工作压力，造成水泵不能有效工作。排除方法：立即将溶气罐上面的液控阀开大，将溶气罐内的剩余气体放掉，待水泵压力上升后，且正常时，再恢复原来状态。
4.2 气浮罐内出现大气泡呈翻滚状态
原因：溶气罐中的气水比失调，气大于水的体积。排除方法：立即将溶气罐上面的液控阀开启大一些，大约一分钟后，待大气泡没有了，液面平静后，液控阀再恢复原来状态。
4.3 设备电气出现故障
一般为电机过流或过压运行。
5 结论
这种气浮工艺除油效率高、处理速度快、运行安全可靠，是一种经济实用的除油技术，具有很好的应用前景。
作者简介
李斌（1985-）男，汉，甘肃兰州人，助理工程师，主要从事天然气自控化控制工作。