Ⅰ 造紙廢水最佳處理方式
旋流氣浮分離機用於造紙廢水處理的可行性1 造紙廢水
抄紙過程產生的白漿含有大量懸浮固形物，造成纖維流失。纖維回收、白水循環使用是個課題。
廢紙造紙要經歷脫墨、脫脂、脫膠、除去塑料的工藝。
造紙廢水COD、BOD的來源有木質素、纖維、糖類、醇類，有不溶性的固形物，也有溶解性的。
造紙廢水的懸浮物SS的來源有化學沉澱物、纖維。廢水中不溶物有比水輕的，如纖維素、半纖維素、膠粒、塑料等，也有比水重的，如砂、滑石粉、碳酸鈣沉澱等。從物理的角度看，造紙廢水是相密度差比較大的三類物相分散系。
處理造紙廢水的方法很多，物化方法、生物法處理均很普遍。木纖維可以通過過濾、混凝沉澱、氣浮方法去除，糖類、醇類用生物法、強氧化劑催化氧化法去除，木質素多用生物法去除。
無論採取哪一種辦法，目前大都是彼此分開的單打一過程。在同一台設備上綜合完成多過程、多目標分離，簡化廢水處理設施，是降低投資及運行費用的一種途徑。
2 氣浮處理技術問題
微孔曝氣氣浮、溶氣氣浮、葉輪氣浮和射流氣浮在造紙廢水處理上有廣泛應用。比較前沿的現有兩種。
CAF渦凹氣浮技術在機械氣泡剪切、分散、轉移上有顯著進步，在分離纖維素、懸浮物、脫色、脫墨上有上佳業績。
KROFTA超效淺層氣浮技術在布水和撇出上有優勢，克服了以往溶氣氣浮的部分死角，應用在紙機白水回收上效果尚佳。
在操作方面，氣浮池淤泥、噴嘴堵塞與歇池清理是所有氣浮工藝的痼疾。
3 旋流氣浮分離機技術
這里介紹的是一種新型浮選離心方案—旋流氣浮分離機。
參見圖1，旋流氣浮分離機[1]包括傳動裝置、園柱形旋流倉、導料器、針輪轉子、曝氣裝置、撇出器，倉底安置有折流板，下部有泥漿斗，上部還可備有加葯的霧化噴頭。
圖1. 旋流氣浮分離機結構
1-傳動裝置,2-撇出器,3-旋流倉,4-導料器,5-針輪轉子,6-曝氣裝置，7-泥漿斗，8-支架，9-輸氣口，
10-進漿口，11-噴頭，12-溢流口
旋流倉上部有孔式或堰式潷水結構。
導料器為錐形，可以多個疊置，保持與轉子同軸。
曝氣裝置包括多個平面分布的微孔曝氣頭，在曝氣頭表平面有整流板。可以選擇多種形式的曝氣器，甚至採用一個整體曝氣器。由風機送氣。
撇出器結構的自由度大。可以採用自流、虹吸、抽吸等多種方式的結構。這里給出的撇出器結構可以是抽吸式，可以是虹吸式。
針輪轉子有好幾種，比較優越的一種是U字形線材環周掛苗均勻密集排列組合在輪轂上組成的，如圖2。這種針輪針苗密度大，啟旋能力強。其針苗末端自由，在輪轂一端為鉸支座約束，在環向能夠隨受力擺動和變形，在軸向也可以有適當的轉動和變形。
4 旋流氣浮分離機的工作原理
1) 旋流分散、混合傳質、離心分離
針輪轉子啟動旋流。均勻的旋流場可以完成分散、混合、汽提等傳質過程，可以完成化學反應，也可以用來完成物相離心分離。針輪轉速在200 r/min以下，運行負荷不大。
2) 重相的預沉降
混合液液流從旋流倉底部的中心進入，通過一個折流盤將液流方向轉變為向四周輻射的平面流，到達一定半徑後轉變方向，向上、向中心流動。部分大顆粒物在離心作用的影響下滯留在外周，累積後沿導料器邊緣下滑，經過旋流倉底部屏蔽板上的通道沉降至泥漿斗。
3) 剪切曝氣與氣泡水平轉移
旋流橫斷剖切來自曝氣頭溢出的氣柱，形成尺寸大小與曝氣頭微孔相當的氣泡。破碎氣泡立即隨旋流旋轉水平移開。
4) 凹坑富集輕相
針輪轉子的有序旋轉同時使混合液表面形成凹坑，輕相顆粒、氣浮顆粒或輕相液體在氣浮作用下向上和受向心力作用向凹液面中心富集，可以達到較大的作業厚度，用定位小輕相撇出器就足以完成浮選物的分離任務。
5) 環形潷水器排泄
處理過的液體從園倉上部沿一環周潷水器流出。
6) 液流進出順序可倒換
可以使混合液自上而下流動，完成擬定過程。操作上還可以採取分批間歇或變換轉子轉速作業。
圖2、針輪轉子
5 旋流氣浮分離機用於造紙廢水處理的可行性與優越性
5.1 氣泡大小與生產
氣浮的效率從根本上還是依賴於氣泡的大小。氣泡的表面張力與顆粒表面結合水的極性形成親合。氣泡越小，比表面張力就大，與顆粒接觸的面積大，親合力強。大的氣泡對有效的顆粒氣浮則是低效以至無效的。目前的曝氣技術形成的氣泡一般都大於20 m，氣泡過大。
曝氣技術分表面曝氣和潛水曝氣。與浮選關聯的是潛水曝氣。潛水曝氣有減壓釋氣、微孔曝氣與剪切曝氣。
微孔曝氣的曝氣頭孔徑已經發展到1 m以下，所形成的氣泡一般卻都大1 mm。原因之一是微孔曝氣的氣柱主要靠氣體表面張力和液體微弱湍流來割裂，氣柱斷裂後變成球形，直徑就更大。另一原因是相鄰氣柱的間距很小，氣柱在曝氣頭外數毫米的距離就足以匯合。
剪切曝氣是最優越的曝氣技術。目前的剪切曝氣技術分水力剪切曝氣和機械剪切曝氣。CAF渦凹氣浮就屬於機械剪切曝氣。剪切曝氣頭附近也有氣泡匯聚的問題。
在旋流氣浮分離機內，旋流在曝氣頭上部及時地轉移氣泡，徹底克服了氣泡匯聚的障礙，使破碎的氣泡大小可以接近曝氣頭的孔徑，達到數微米水平，從根本上為微小氣泡的批量生產創造了充分條件。
5.2 氣泡運行路徑與轉移速度
在微孔曝氣氣浮、溶氣氣浮、葉輪氣浮或射流氣浮四種技術的氣浮池內，氣泡都依靠自身的浮力向上移動，氣泡運行的最大路徑就是氣浮池深度。氣泡依靠浮力轉移的方式造成氣泡轉移效率很低。目前氣浮池經驗深度可達3 m以上，工程造價過高。
氣泡運行的路徑決定它們與懸浮固形物接觸的幾率。能否實現顆粒氣浮與氣泡在運行路徑上消耗的時間沒有關系。
在旋流氣浮分離機內，旋流帶動微氣泡環周多次旋轉，原來垂直向上的運行路徑的改變為螺旋向心的運行路徑。氣泡運行路徑可以達到成十到百倍的增長，相應地，氣泡轉移速度也有很大的增長空間。
5.3 氣泡分布的均勻度
所有的曝氣氣浮技術都面對一個重要課題，就是限於曝氣裝置僅是個單元，必須通過一定的排列近似地去迎合過水通量的需求。不管是曝氣頭、溶氣噴嘴、葉輪、還是射流泵嘴，其曝氣單元影響區域之間有間隙或曝氣空白，不能充分覆蓋氣浮池水流通過面積，不得不採用迴流循環的辦法。其結果是，氣浮池的面積很大，浮選過程的持續時間還延長。KROFTA超效淺層氣浮技術就是通過旋轉布水，間接地克服了部分溶氣噴嘴的死角，氣浮效率提高後，氣浮池深度被縮小到0.6 m左右。
在旋流氣浮分離機內，旋流沒有死角，氣泡的分布面積和均勻度優於一切潛水曝氣裝置，不需要循環迴流。
旋流氣浮分離機每單位千瓦小時的溶氣量具有高於現有任何曝氣技術一倍以上的潛力。這奠定了大幅度降低氣浮池深度、大幅度縮短留池時間的技術基礎。減小氣浮池深度後，鼓風機風壓要求也隨之降低。
造紙廢水處理的主要對象是木纖維，比水輕，適宜於氣浮分離。
5.4 浮選物聚集與撇出
目前，國內外的浮選技術都在氣浮池表面用滑動刮板清除浮選物或輕相物料。懸空的刮板和驅動結構十分笨重。只有KROFTA超效淺層氣浮技術在氣浮池中心隨布水器旋轉一個撇出勺，利用一個輕微的凹液面收集浮選物，效果顯著。
旋流氣浮分離機因旋流離心形成的凹液面曲率大，浮選物富集區域小而可作業厚度大。在這個區域聚集纖維，等於完成一個沒有纖維流失的分離纖維過程。
旋流氣浮分離機在中心區域定位撇出浮選物，比常規氣浮池平動式撇出刮板要簡單又優越，比超效淺層氣浮技術的作業厚度大。
另外，同是浮選物，比重大小有差異，在離心作用下也會有分層現象。這樣就可能形成比重小的浮選物如塑料、膠質，比木纖維更傾向於在中心聚集。在不同位置上分別安置撇出器就可以將纖維與雜質分離。
5.5 消泡
氣浮池表面常伴生大量的泡沫，額外帶來消泡的問題。
在旋流氣浮分離機內聚集的浮選物仍然處於旋轉狀態。氣從液中析出時，因承受離心壓力而不具備滋生泡沫的條件。
5.6 除砂或除淤泥
紙漿中的砂質、白漿中的大顆粒在一個微弱的離心作用下就可以沉澱。在紙漿進入旋流氣浮分離機折流板轉變為環周布漿後，初步接受旋流傳遞動量，砂或淤泥就可以沉降，自動進入泥漿斗聚集。淤泥通過閥門放泥來清理，省去了停車、放空、刮泥、吸泥、輸送、濃縮的工序。
5.7 同步汽提
造紙工藝有大量廢熱蒸汽。如果把這些廢熱蒸汽通過風機輸入曝氣裝置，很明顯，該技術可以很好地完成汽提去除揮發酸等揮發性有機物。
5.8 化學反應與產物同步分離
對於漂白、脫色、溶解性物質的化學處理，可以在旋流氣浮分離機內與其它物理過程同步進行，反應產物也可能同步分離。
6 結論
氣浮技術在造紙廢水處理中有廣泛的應用基礎。氣泡過大、氣泡運行路徑短、曝氣頭或噴嘴布局的局限形成的氣泡分布死角等因素造成了氣浮池內液流必須循環才能得到可以接受的氣浮效果。這些因素是氣浮技術發展的空間所在。
旋流氣浮分離機有效地優化了結構的軸對稱性，採用了優越的針輪轉子，將混合與傳質過程水平環周化，消除了傳質作用的盲區；同時，它還把旋流層流化，提供了重相顆粒預沉降的基本條件。
從分散、混合、剪切曝氣、氣泡水平轉移、凹坑富集輕相等方面看，旋流氣浮分離機都有著卓越的技術價值。在理論上旋流氣浮分離機已突破了傳統模式。
旋流氣浮分離機適合在造紙白水回收、脫色、脫墨等的多個工藝過程上應用。
旋流氣浮分離機處理造紙廢水時可以一機多用、同步多過程耦合，預計對那些用廢瓦楞紙箱板紙(OCC)為原料的紙廠，具有一級處理造紙廢水而達標排放的潛力。
旋流氣浮分離機不僅效率高，結構還緊湊簡單，可以立體迭置，可以並聯。但該技術用於處理造紙廢水的效果如何需通過試驗加以驗證。
參考文獻
1. 高根樹，旋流傳質反應和產物分離方法與裝置，
參考資料：http://www.chinabwg.com/bbs/dispbbs.asp?boardid=21&id=422
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