污水气浮处理工程：HJ 2007-2010 的四种型式、加压溶气设计参数与运行控制

一、标准的效力与定位

HJ 2007-2010《污水气浮处理工程技术规范》由原环境保护部于 2010 年 12 月 17 日批准，自 2011 年 3 月 1 日起实施，为首次发布，其附录 A（符号）为规范性附录。标准适用于城镇污水或工业废水处理工程采用气浮工艺的设计、施工、验收与运行管理，可作为可行性研究、环境影响评价、工艺设计、施工验收与运行管理的技术依据。主要起草单位为江苏省环境科学研究院、东南大学、江苏鹏鹞环境工程设计院与扬州澄露环境工程有限公司。工程上它通常与同期发布的 HJ 2006-2010（混凝与絮凝）、HJ 2008-2010（过滤）配套使用，三者共同构成物化与深度处理单元的技术闭环。

二、先判断"该不该用气浮"

2.1 水量与水质的适用门槛

4.1 与 4.2 条给出两条硬边界：气浮工艺适用于处理中小水量的工业废水或城镇综合污水；其处理对象是疏水性悬浮物（SS）及脱稳胶体颗粒，原水 SS 质量浓度可以高达 5 000～10 000 mg/L，气浮池出水 SS 一般可小于 20～30 mg/L。出水直接排放时应符合国家或地方排放标准的要求，排入下一级处理系统时应满足下一级处理系统的进水水质要求。水质、水量变化大的处理厂（站）应设置调节设施。

2.2 四类工艺的分工

• 电解气浮法：对工业废水具有氧化还原、混凝气浮等多种功能，适应性好、过程易调整，装置设备化、结构紧凑、占地少、不产生噪声，但耗电量较大。适用水量为 Q＜10～15 m³/h，对含盐量大、电导率高、含有毒有害污染物的污水处理具有独特优点；可用于电镀含铬（Ⅵ）废水、含氰废水及其他有毒有害污染物的处理。
• 叶轮气浮法：结构简单、分离速度快、对高浓度悬浮物分离效果较好，供气量易于调整，但对混凝预处理要求较高。适用水量通常为 Q＜30～40 m³/h，对含较高浓度悬浮物及表面活性物质的工业废水优势明显。
• 加压溶气气浮法：工艺成熟、工程经验丰富，负荷率高、处理效果好、处理能力大，可全自动连续运行，泥渣含水率低、出水水质好；对不同悬浮物浓度可分别采用全溶气、部分回流溶气等方式。适用于不同水量与较高浓度悬浮性污染物，以及油类、微生物、纸浆、纤维的处理。
• 浅层气浮法：表面负荷高、分离速度快、效率高，污水处理高程易于布置，占地小、池深浅，钢设备可多块组合或架空布置。适用于大中小各种水量的悬浮类、纤维类、活性污泥类与油类物质分离，也可用于工业废水固相物质回收。

三、加压溶气气浮：三套流程与一整套参数

3.1 流程选择的判据

6.5.1 条规定三种基本工艺流程：全溶气流程、部分溶气流程与回流加压溶气流程。选择判据写得非常明确：全溶气及部分溶气气浮适用于原污水分离悬浮物浓度较低、且不含纤维类物质的污水；回流加压溶气气浮适用于原污水悬浮性污染物浓度高、水量较大、有混凝破乳预处理的场合。此外，接触室与分离室应分别保证气水接触时间与泥水分离时间；水位控制室应设安全可靠、便于调整的水位调节器；刮渣机应考虑行程与速度可调及往复运转功能；各释放器应设独立的快开阀及快速拆卸接口。

3.2 池体与分离区设计参数（6.5.2 条）

• 气浮池有效水深一般取 2.0～2.5 m；
• 平流式长宽比一般为 2∶1～3∶1，竖流式应为 1∶1；
• 单格宽度不宜超过 6 m，长度不宜超过 15 m；
• 接触区水流上升速度：下端取 20 mm/s 左右，上端 5～10 mm/s，水力停留时间大于 1 min；6.5.4.1 条进一步要求接触室气水接触时间 tc＞60 s，分离室水深 H1 通常为 1.8～2.2 m；
• 隔板垂直角度一般为 70°；
• 分离区表面负荷（包括溶气水量）宜为 4～6 m³/（m²·h），水力停留时间一般为 10～20 min；6.5.4.2 条给出分离室水流向下平均速度 vs 通常为 1～1.5 mm/s，矩形池分离室长宽比一般取 2∶1～3∶1；
• 回流溶气水的回流比（或溶气水比）应计算确定，一般为 15%～30%。

3.3 溶气罐与配套设备参数

• 溶气罐设计工作压力一般为 0.4～0.5 MPa，应保证气水接触的水力条件，自控设计须保证与空压机、溶气水泵的协调；
• 一般采用阶梯环填料，填料层高度应为罐高的 1/2，并不少于 0.8 m；
• 液位控制高为罐高的 1/4～1/2（从罐底计）；
• 水力停留时间应大于 2～3 min（有填料时取低值），并应计算确定；
• 溶气罐一般为立式，设计高径比应大于 2.5～4，有条件时取高值，满足水力条件时也可设计成卧式；
• 罐径按式（34）计算，单位罐截面积水力负荷一般为 80～150 m³/（m²·h），填料罐选用 100～200 m³/（m²·h）；罐高按式（35）由封头高度、布水区 0.2～0.3 m、贮水区一般 1.0 m 与填料层（阶梯环时 1.0～1.3 m）累加。
• 应设压力表、水位计、安全阀并设水位与压力控制器自动控制；底部装快速排污阀，顶部最高点装排气阀；溶气水泵进入溶气罐的入口管道应设除污过滤器；须具有压力容器试验合格证方可使用（7.2 条）。
• 溶气泵应选用压力较高的多级泵，工作压力 0.4～0.6 MPa；空压机工作压力 0.6～0.7 MPa，供气量应满足溶气罐最大溶气量的要求（7.1、7.3 条）。

四、气量计算的两条路径

6.5.3 条给出主要工艺指标。有试验资料时按式（19）计算：Qg=Q·R·ae·ψ/（1000γ），其中 Q 为气浮池处理水量、R 为试验条件下的回流比或溶气水回流比、ae 为试验条件下释气量、γ 为空气容重、ψ 为水温校正系数 1.1～1.3。无试验资料时按式（20）计算：Qg=Q·Cs·（f·P−1）·R/（1000γ），其中 Cs 为一定温度下一个大气压时的空气溶解度、f 为加压溶气系统的溶气效率 0.8～0.9、P 为溶气压力（绝对压力，atm）。

表 3 给出空气在水中的容重与溶解度：0 ℃ 为 1.252 g/L 与 29.2 mL/（L·atm）；10 ℃ 为 1.206 与 22.8；20 ℃ 为 1.164 与 18.7；30 ℃ 为 1.127 与 15.7；40 ℃ 为 1.092 与 14.2。水温从 0 ℃ 升到 40 ℃，空气溶解度下降超过一半——这正是 6.2.6 条要求"气浮工艺设计时应考虑水温的影响"、以及 12.5 条第 7 款给出"冬季水温过低时期可相应增加回流水量或溶气压力"这一运行对策的量化依据。

气固比 α 与悬浮颗粒的疏水性有关，标准给出典型值 0.005～0.006，并明确"通常由试验确定"；回流比可按式（22）反算；所需空压机额定气量按式（23）计算，安全系数 ψ′ 取 1.2～1.5；溶气水量按式（24）计算，其中 KT 为溶解度系数，按水温查表 4：0 ℃ 为 0.038、10 ℃ 为 0.029、20 ℃ 为 0.024、30 ℃ 为 0.021、40 ℃ 为 0.018；装阶梯环填料的溶气罐溶气效率可取 0.9。

五、通用构造细节

• 穿孔集水管（6.2.3 条）：一般布置在分离室离池底 20～40 cm 处，管内流速 0.5～0.7 m/s；孔眼以向下与垂线成 45° 交错排列，孔距 20～30 cm，孔眼直径 10～20 mm。
• 排渣（6.2.4 条）：排渣周期视浮渣量而定，周期不宜过短，一般为 0.5～2 h；浮渣含水率 95%～97%，渣厚控制在 10 cm 左右。
• 刮渣机（6.2.5、6.5.8 条）：浮渣宜采用机械方法刮除，刮渣机的行车速度宜控制在 5 m/min 以内；刮渣方向应与水流流向相反，使可能下落的浮渣落在接触室；矩形气浮池应采用桥式刮渣机，圆形气浮池宜采用行星式刮渣机。
• 集渣槽（6.5.6 条）：断面可按单位时间的排泥量（包括抬高水位所带出的水量）选择，一般不小于 200 mm；集渣槽需有足够坡度倾向排泥口，一般应大于 0.03～0.05；当长度超过 5 m 时，应由两端向中间排泥，必要时可辅以冲洗水管。
• 溶气释放器（6.5.7 条）：可选择 TJ 型或 TV 型，个数按式（39）n=Qr/q 计算，q 为选定溶气压力下单个释放器的出流量；溶气水由溶气罐至释放器的管道上应设快开阀，释放器应考虑快速拆卸装置。
• 集水管孔口水力（6.5.6 条）：按分配流量及流速 0.4～0.5 m/s 确定管径，并令孔眼水头损失 h=0.3 m 反算孔口流速。

六、电解气浮与叶轮气浮的参数边界

6.3.2 条给出电解气浮的设计参数：极板厚度 6～10 mm（可溶性阳极根据需要可加厚）、极板净间距 15～20 mm、电流密度一般应小于 150～200 A/m²、澄清区高度 1～1.2 m、分离区停留时间 20～30 min、渣层厚度 10～20 cm、单池宽度不应大于 3 m。电极作用表面积按式（1）S=E·Q/i 计算，通常比电流 E 与电流密度 i 应通过试验确定，无试验时可按表 2 取值。

表 2 的分行业取值差异极大：皮革与毛皮废水 E 为 300～600 A·h/m³、i 为 50～100 A/m²；化工废水 100～400 与 150～200；肉类加工废水 100～270 与 100～200；人造革废水 15～20 与 40～80；印染废水 15～20 与 100～150；含铬（Ⅵ）废水 200～250 与 50～100；含酚废水 300～500 与 150～300。印染废水与人造革废水的比电流 E 同处 15～20 A·h/m³ 的低位区间，但电流密度 i 相差近两倍，说明极板面积必须逐项目按式（1）核算，不能跨行业直接套用。

运行端还有两条硬约束：6.3.1 条第 7 款规定，铁阳极电絮凝气浮用于含铬（Ⅵ）废水处理时，进水铬（Ⅵ）质量浓度不宜大于 100 mg/L；12.2 条进一步给出该工况的 pH 值为 4～6.5，并允许在原水电导较低时投加硫酸钠或氯化钠以提高导电性、降低电解电压。6.4.2 条对叶轮气浮规定：叶轮直径 D 为 200～400 mm（最大不应超过 600 mm）、转速 900～1 500 r/min、圆周线速度 10～15 m/s、叶轮与导向叶片的间距应调整在小于 7～8 mm、气浮池水深一般为 2～2.5 m（不宜超过 3 m）、池体应为方形且单边尺寸不大于叶轮直径 D 的 6 倍。

七、两处需要自行补齐的地方

第一，6.5.2 条给出分离区表面负荷（含溶气水量）为 4～6 m³/（m²·h），6.5.4.2 条给出分离室水流向下平均速度 vs 通常为 1～1.5 mm/s。两者单位不同，换算后 4 m³/（m²·h）约合 1.11 mm/s、6 m³/（m²·h）约合 1.67 mm/s，上限略高于 vs 的 1.5 mm/s。两个指标约束的是同一断面，工程取值时应以较严的一档为准，或通过试验确定。

第二，标准第 10 章单列了三条合规红线：10.6 条明确含铬（Ⅵ）废水及含氰废水处理产生的泥渣为危险固废，应交由有资质的单位专门处理处置；10.4 条要求气浮池设置安全栏杆及防滑扶梯，并配备救生衣及救生圈；10.5 条要求电解气浮应设通风装置；10.7 条要求压力溶气罐应定期到国家压力容器管理部门检测试验压力。这几条属于强制性的安全与固废管理要求，设计文件与运行规程中必须单列成章。另需说明，本稿依据的是发布稿，正式使用时应以中国环境科学出版社出版的正式标准文本为准。