旋流气浮分离机用于造纸废水处理的可行性1 造纸废水
抄纸过程产生的白浆含有大量悬浮固形物，造成纤维流失。纤维回收、白水循环使用是个课题。
废纸造纸要经历脱墨、脱脂、脱胶、除去塑料的工艺。
造纸废水COD、BOD的来源有木质素、纤维、糖类、醇类，有不溶性的固形物，也有溶解性的。
造纸废水的悬浮物SS的来源有化学沉淀物、纤维。废水中不溶物有比水轻的，如纤维素、半纤维素、胶粒、塑料等，也有比水重的，如砂、滑石粉、碳酸钙沉淀等。从物理的角度看，造纸废水是相密度差比较大的三类物相分散系。
处理造纸废水的方法很多，物化方法、生物法处理均很普遍。木纤维可以通过过滤、混凝沉淀、气浮方法去除，糖类、醇类用生物法、强氧化剂催化氧化法去除，木质素多用生物法去除。
无论采取哪一种办法，目前大都是彼此分开的单打一过程。在同一台设备上综合完成多过程、多目标分离，简化废水处理设施，是降低投资及运行费用的一种途径。
2 气浮处理技术问题
微孔曝气气浮、溶气气浮、叶轮气浮和射流气浮在造纸废水处理上有广泛应用。比较前沿的现有两种。
CAF涡凹气浮技术在机械气泡剪切、分散、转移上有显著进步，在分离纤维素、悬浮物、脱色、脱墨上有上佳业绩。
KROFTA超效浅层气浮技术在布水和撇出上有优势，克服了以往溶气气浮的部分死角，应用在纸机白水回收上效果尚佳。
在操作方面，气浮池淤泥、喷嘴堵塞与歇池清理是所有气浮工艺的痼疾。
3 旋流气浮分离机技术
这里介绍的是一种新型浮选离心方案—旋流气浮分离机。
参见图1，旋流气浮分离机[1]包括传动装置、园柱形旋流仓、导料器、针轮转子、曝气装置、撇出器，仓底安置有折流板，下部有泥浆斗，上部还可备有加药的雾化喷头。
图1. 旋流气浮分离机结构
1-传动装置,2-撇出器,3-旋流仓,4-导料器,5-针轮转子,6-曝气装置，7-泥浆斗，8-支架，9-输气口，
10-进浆口，11-喷头，12-溢流口
旋流仓上部有孔式或堰式滗水结构。
导料器为锥形，可以多个叠置，保持与转子同轴。
曝气装置包括多个平面分布的微孔曝气头，在曝气头表平面有整流板。可以选择多种形式的曝气器，甚至采用一个整体曝气器。由风机送气。
撇出器结构的自由度大。可以采用自流、虹吸、抽吸等多种方式的结构。这里给出的撇出器结构可以是抽吸式，可以是虹吸式。
针轮转子有好几种，比较优越的一种是U字形线材环周挂苗均匀密集排列组合在轮毂上组成的，如图2。这种针轮针苗密度大，启旋能力强。其针苗末端自由，在轮毂一端为铰支座约束，在环向能够随受力摆动和变形，在轴向也可以有适当的转动和变形。
4 旋流气浮分离机的工作原理
1) 旋流分散、混合传质、离心分离
针轮转子启动旋流。均匀的旋流场可以完成分散、混合、汽提等传质过程，可以完成化学反应，也可以用来完成物相离心分离。针轮转速在200 r/min以下，运行负荷不大。
2) 重相的预沉降
混合液液流从旋流仓底部的中心进入，通过一个折流盘将液流方向转变为向四周辐射的平面流，到达一定半径后转变方向，向上、向中心流动。部分大颗粒物在离心作用的影响下滞留在外周，累积后沿导料器边缘下滑，经过旋流仓底部屏蔽板上的通道沉降至泥浆斗。
3) 剪切曝气与气泡水平转移
旋流横断剖切来自曝气头溢出的气柱，形成尺寸大小与曝气头微孔相当的气泡。破碎气泡立即随旋流旋转水平移开。
4) 凹坑富集轻相
针轮转子的有序旋转同时使混合液表面形成凹坑，轻相颗粒、气浮颗粒或轻相液体在气浮作用下向上和受向心力作用向凹液面中心富集，可以达到较大的作业厚度，用定位小轻相撇出器就足以完成浮选物的分离任务。
5) 环形滗水器排泄
处理过的液体从园仓上部沿一环周滗水器流出。
6) 液流进出顺序可倒换
可以使混合液自上而下流动，完成拟定过程。操作上还可以采取分批间歇或变换转子转速作业。
图2、针轮转子
5 旋流气浮分离机用于造纸废水处理的可行性与优越性
5.1 气泡大小与生产
气浮的效率从根本上还是依赖于气泡的大小。气泡的表面张力与颗粒表面结合水的极性形成亲合。气泡越小，比表面张力就大，与颗粒接触的面积大，亲合力强。大的气泡对有效的颗粒气浮则是低效以至无效的。目前的曝气技术形成的气泡一般都大于20 m，气泡过大。m
曝气技术分表面曝气和潜水曝气。与浮选关联的是潜水曝气。潜水曝气有减压释气、微孔曝气与剪切曝气。
m以下，所形成的气泡一般却都大1m微孔曝气的曝气头孔径已经发展到1 mm。原因之一是微孔曝气的气柱主要靠气体表面张力和液体微弱湍流来割裂，气柱断裂后变成球形，直径就更大。另一原因是相邻气柱的间距很小，气柱在曝气头外数毫米的距离就足以汇合。
剪切曝气是{zy}越的曝气技术。目前的剪切曝气技术分水力剪切曝气和机械剪切曝气。CAF涡凹气浮就属于机械剪切曝气。剪切曝气头附近也有气泡汇聚的问题。
在旋流气浮分离机内，旋流在曝气头上部及时地转移气泡，彻底克服了气泡汇聚的障碍，使破碎的气泡大小可以接近曝气头的孔径，达到数微米水平，从根本上为微小气泡的批量生产创造了充分条件。
5.2 气泡运行路径与转移速度
在微孔曝气气浮、溶气气浮、叶轮气浮或射流气浮四种技术的气浮池内，气泡都依靠自身的浮力向上移动，气泡运行的{zd0}路径就是气浮池深度。气泡依靠浮力转移的方式造成气泡转移效率很低。目前气浮池经验深度可达3 m以上，工程造价过高。
气泡运行的路径决定它们与悬浮固形物接触的几率。能否实现颗粒气浮与气泡在运行路径上消耗的时间没有关系。
在旋流气浮分离机内，旋流带动微气泡环周多次旋转，原来垂直向上的运行路径的改变为螺旋向心的运行路径。气泡运行路径可以达到成十到百倍的增长，相应地，气泡转移速度也有很大的增长空间。
5.3 气泡分布的均匀度
所有的曝气气浮技术都面对一个重要课题，就是限于曝气装置仅是个单元，必须通过一定的排列近似地去迎合过水通量的需求。不管是曝气头、溶气喷嘴、叶轮、还是射流泵嘴，其曝气单元影响区域之间有间隙或曝气空白，不能充分覆盖气浮池水流通过面积，不得不采用回流循环的办法。其结果是，气浮池的面积很大，浮选过程的持续时间还延长。KROFTA超效浅层气浮技术就是通过旋转布水，间接地克服了部分溶气喷嘴的死角，气浮效率提高后，气浮池深度被缩小到0.6 m左右。
在旋流气浮分离机内，旋流没有死角，气泡的分布面积和均匀度优于一切潜水曝气装置，不需要循环回流。
旋流气浮分离机每单位千瓦小时的溶气量具有高于现有任何曝气技术一倍以上的潜力。这奠定了大幅度降低气浮池深度、大幅度缩短留池时间的技术基础。减小气浮池深度后，鼓风机风压要求也随之降低。
造纸废水处理的主要对象是木纤维，比水轻，适宜于气浮分离。
5.4 浮选物聚集与撇出
目前，国内外的浮选技术都在气浮池表面用滑动刮板xx浮选物或轻相物料。悬空的刮板和驱动结构十分笨重。只有KROFTA超效浅层气浮技术在气浮池中心随布水器旋转一个撇出勺，利用一个轻微的凹液面收集浮选物，效果显著。
旋流气浮分离机因旋流离心形成的凹液面曲率大，浮选物富集区域小而可作业厚度大。在这个区域聚集纤维，等于完成一个没有纤维流失的分离纤维过程。
旋流气浮分离机在中心区域定位撇出浮选物，比常规气浮池平动式撇出刮板要简单又优越，比超效浅层气浮技术的作业厚度大。
另外，同是浮选物，比重大小有差异，在离心作用下也会有分层现象。这样就可能形成比重小的浮选物如塑料、胶质，比木纤维更倾向于在中心聚集。在不同位置上分别安置撇出器就可以将纤维与杂质分离。
5.5 消泡
气浮池表面常伴生大量的泡沫，额外带来消泡的问题。
在旋流气浮分离机内聚集的浮选物仍然处于旋转状态。气从液中析出时，因承受离心压力而不具备滋生泡沫的条件。
5.6 除砂或除淤泥
纸浆中的砂质、白浆中的大颗粒在一个微弱的离心作用下就可以沉淀。在纸浆进入旋流气浮分离机折流板转变为环周布浆后，初步接受旋流传递动量，砂或淤泥就可以沉降，自动进入泥浆斗聚集。淤泥通过阀门放泥来清理，省去了停车、放空、刮泥、吸泥、输送、浓缩的工序。
5.7 同步汽提
造纸工艺有大量废热蒸汽。如果把这些废热蒸汽通过风机输入曝气装置，很明显，该技术可以很好地完成汽提去除挥发酸等挥发性有机物。
5.8 化学反应与产物同步分离
对于漂白、脱色、溶解性物质的化学处理，可以在旋流气浮分离机内与其它物理过程同步进行，反应产物也可能同步分离。
6 结论
气浮技术在造纸废水处理中有广泛的应用基础。气泡过大、气泡运行路径短、曝气头或喷嘴布局的局限形成的气泡分布死角等因素造成了气浮池内液流必须循环才能得到可以接受的气浮效果。这些因素是气浮技术发展的空间所在。
旋流气浮分离机有效地优化了结构的轴对称性，采用了优越的针轮转子，将混合与传质过程水平环周化，xx了传质作用的盲区；同时，它还把旋流层流化，提供了重相颗粒预沉降的基本条件。
从分散、混合、剪切曝气、气泡水平转移、凹坑富集轻相等方面看，旋流气浮分离机都有着{zy1}的技术价值。在理论上旋流气浮分离机已突破了传统模式。
旋流气浮分离机适合在造纸白水回收、脱色、脱墨等的多个工艺过程上应用。
旋流气浮分离机处理造纸废水时可以一机多用、同步多过程耦合，预计对那些用废瓦楞纸箱板纸(OCC)为原料的纸厂，具有一级处理造纸废水而达标排放的潜力。
旋流气浮分离机不仅效率高，结构还紧凑简单，可以立体迭置，可以并联。但该技术用于处理造纸废水的效果如何需通过试验加以验证

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