Флотация как способ очистки

Способ очистки сточных вод флотацией — что это такое и какие виды бывают?

Очистка многих видов производственных сточных вод проводится в несколько этапов, одним из которых является флотация. Суть процесса состоит в фиксировании частичек загрязнений на поверхности пузырьков растворенного воздуха. Агрегированные комплексы образуют на поверхности пену, которую удаляют специальными устройствами.

Флотационный способ очистки сточных вод – это разновидность адсорбции на воздушных микроскопических капсулах, позволяющая разделять смеси, выделять многие виды грязи из водной среды.

Суть метода

При флотации сточные воды насыщаются тем или иным способом воздухом, пузырьки которого присоединяют частицы грязи, образуя флотокомплексы. Сформировавшиеся агрегаты поднимаются на поверхность, образуя пенный концентрат флотационного шлама.

Чем быстрее получатся адсорбированные комплексы из примесей, тем скорее они всплывут на поверхность в виде пены, легче и эффективнее произойдет очистка.

Флотация успешно применяется для удаления веществ, «боящихся» воды, с явно выраженными гидрофобными свойствами:

• масел и похожих на них соединений;
• ПАВов;
• нефтяных фракций;
• полимеров;
• смолоподобных образований;
• волокнистых структур;
• иловых комплексов.

Все примеси, отделяемые флотационным способом, представляют собой дисперсные частицы, которые не оседают при отстаивании.

Она проводится непрерывно, имеет большой диапазон возможного применения. Процесс идет с высокой скоростью, приводит к получению шлама с пониженной влажностью, который впоследствии можно рекуперировать.

Сложность проведения очистки таким способом обусловлена необходимостью строго контролировать количество и размеры воздушных пузырьков, в некоторых случаях увеличивать гидрофобность частиц с помощью дополнительно вводимых в среду реагентов.

Главная действующая сила при флотационной очистке – это микроскопические полости воздуха, которые получают непосредственным выделением из воды или дроблением газовой составляющей по всей толще жидкости.

Способ получения насыщенных воздухом стоков, дробления пузырьков определяет классификацию флотационных методов.

С выделением воздуха из раствора

Технология очистки посредством выделения пузырьков из загрязненной водной среды подразумевает использование напора или вакуума.

Напорная

При напорной очистке флотацией в раствор, перекачанный в сатуратор, нагнетают воздушный поток. После чего масса поступает во флотационную камеру, давление в которой равно атмосферному.

Образовавшиеся воздушные капсулы фиксируют на своей поверхности частицы примесей; агрегированные комплексы поднимаются в верхний слой, образуя флотационную пену.

Подробнее о напорном способе флотационной очистки сточных вод смотрите в видео:

Эрлифтная

Для удаления отходов из сточных вод, поставляемых в химической промышленности, часто применяют эрлифтную модификацию метода. Очистка происходит благодаря перепадам высот, на которых расположены резервуары, что значительно сокращает энергозатраты на проведение флотации.

Емкость со сточной водой располагается на высоте, достигающей 30 м. Грязный поток поступает в аэратор, расположенный значительно ниже. В него нагнетают воздух, а затем поднимают массу по эрлифтным трубам во флотационную камеру.

Подъем воздушного потока стимулирует образование сначала воздушных пузырьков, а затем агрегированных комплексов. Вся грязь всплывает в верхнем слое, снизу остается относительно очищенная вода, которую подвергают дальнейшей обработке для приведения в нормальное состояние.

Вакуумная

При таком способе очистки водный раствор аэрируют для насыщения воздухом, затем в специальном отсеке удаляют нерастворившуюся воздушную часть. В камере флотации полученный раствор попадает в зону пониженного давления, значения которого меньше, чем атмосферные показатели.

Это приводит к обильному появлению пузырьков в окружении спокойной окружающей среды. Прилипание примесей к поверхности происходит прочно, сохраняется надежно до полного всплывания агрегата на поверхность.

С насыщением раствора воздухом

При некоторых видах загрязнений сточных масс воды раствор дополнительно насыщают воздухом по одному из нескольких возможных алгоритмов.

Импеллерная

Насыщение посредством небольших специальных турбин – импеллеров позволяет получать пузырьки маленьких размеров, которые могут адсорбировать молекулы жиров и продуктов переработки нефти.

Вращение лопастей, сориентированных вверх, создает вихревое движение в водной массе, приводит к образованию большого количества мелких пузырьков одинаково маленькой величины.

Вращение импеллера производится со строго заданной скоростью, обеспечивающей образование большого количества мелких пузырьков.

Метод позволяет убрать из стоков нерастворимые частицы при концентрации их в растворе, достигающей 3 г/л, а также компоненты нефтяных фракций, молекулы жиров.

Безнапорная и пневматическая

Без напора раствор можно насытить воздухом посредством вращения рабочего колеса, соединенного с насосом. Безнапорным способом формируются относительно большие пузырьки воздуха, которые фиксируют на себе:

• волокна;
• частицы шерсти;
• жировые капсулы.

Получившиеся агрегаты в целостном состоянии поднимаются вверх, очищая стоки.

При использовании пневматического нагнетания воздуха трубы с форсунками кладут внизу флотационных емкостей. Пневматические установки с форсунками на дне применяют в случае, если в среде имеются агрессивные вещества, контакт которых с вращающимися рабочими деталями допускать нельзя.

Барботажная

В качестве источников для насыщения сточных вод воздушными пузырьками иногда используются пористые структуры с одинаково маленькими ячейками, через которые с заданной скоростью пропускают воздушный поток.

Диаметр пор не превышает 20 мкм, что создает возможность подачи микроскопических порций воздуха.

Достоинством метода является интенсивное насыщение стоков, неудобство заключается в том, что мелкие ячейки часто забиваются грязевыми примесями. Если объем сточной воды не очень велик барботаж проводится в камере с пористыми колпачками. Агрегированная грязь образует пену в верхнем слое, которая стекает за пределы резервуара по специальному каналу.

Электролитическая

Большую эффективность демонстрирует электролиз сточных вод, при котором на катоде выделяется водород, а на анодном электроде газообразный кислород. Интенсивность электролиза можно регулировать составом и формой электродов.

Химической и биологической природы

Применение механических способов образования агрегатов и всплывание их на поверхность не всегда приводит к полному выделению дисперсных частиц. В качестве дополнительного источника газовых пузырьков используются химические реагенты окислительной или карбонатной природы.

Хлорсодержащие окислители проводят обеззараживание, выделяют в пространство молекулы

Карбонатные добавки инициируют образование углекислого газа. Образующиеся газовые пузырьки адсорбируют примеси и выносят их в поверхностный пенный слой.

При флотационной очистке сточных вод с большим содержанием органических отходов, чаще всего бытового происхождения, образуется рыхлая пена. Для ее уплотнения используют биологическую технологию, которая заключается в том, что смесь нагревают и оставляют на несколько дней.

Благодаря присутствию микроорганизмов биомасса в таких условиях активно бродит, выделяя газы, которые

• проникают в пену,
• уплотняют ее,
• дополнительно убирают примеси из раствора.

Направления применения

Флотация позволяет убрать из растворов разнообразные примеси, находящиеся в дисперсном состоянии.

Они образуются как побочный продукт при следующих производственных процессах:

• изготовления искусственных волокон;
• переработки нефти;
• обработки кожи;
• получения бумаги из целлюлозного сырья;
• реализации химических технологий;
• переработки продуктового сырья.

Флотацией очищают сточные воды, образующиеся на машиностроительных заводах, пищевых предприятиях, а также отделяют ил после биохимической очистки грязных водных растворов различного происхождения.

Заключение

Флотационный способ очистки позволяет убрать частицы грязи, не склонные к оседанию. Для повышения эффективности в сточные воды могут добавлять реагенты, увеличивающие или уменьшающие интенсивность приклеивания частиц к воздушным пузырькам. Иногда применяют соединения, стимулирующие образование пены, что ускоряет ее последующее отделение.

Флотация проводится при минимальном количестве дополнительных устройств, которые включают только агрегаты для выделения или подачи воздуха и средства удаления пенного слоя. Метод дает хорошие результаты при минимальных затратах.

Источник

Флотаторы для очистки сточных вод: плюсы и минусы метода, виды и способы флотации

Флотаторы для очистки сточных вод — устройства, предназначенные для фильтрации тонкодисперсных включений физико-химическим способом. Главной целью использования таких установок является извлечение из коммунальных и промышленных стоков органических примесей, имеющих гидрофобные свойства.

Флотатор большого объема.

Флотация стоков — определение и принципы действия метода

Флотация — это очистка загрязненных жидкостей с помощью пузырьков воздуха, которые в процессе движения захватывают частички нерастворимых веществ. Прикрепившиеся к воздушным ячейкам твердые составляющие поднимаются на поверхность, образуя слой пены (флотошлам), который с помощью скребкового транспортера удаляется в шламосборник.

Качество фильтрации жидкостей зависит от следующих факторов:

• способа образования пузырьков воздуха;
• физико-химических свойств загрязнений;
• гидродинамических условий, создаваемых в аппарате.

Флотационная очистка ливневых или коммунальных стоков осуществляется в специальных агрегатах, называемых флотаторами (см. видео).

Флотатор — это открытый пластиковый или стальной резервуар, оснащенный скребковым приспособлением для сбора пенных образований с поверхности жидкости. На корпусе установки расположены патрубки для подачи воздушной массы из сатуратора, вывода флотошлама, притока загрязненных жидкостей и отвода чистой воды.

Принцип работы станции:

1. Сточные воды, минуя флокулятор, проходят в приемную камеру.
2. Здесь жидкость напитывается кислородом воздуха.
3. Пузырьки газа соединяются с твердыми нерастворимыми включениями и поднимаются на поверхность.
4. Вследствие этой процедуры на границе водораздела образуется пенистая пленка, которая с помощью специальных приспособлений непрерывно сгребается в шламосборник.
5. Очищенная жидкость поступает в накопительную емкость для дальнейшего использования.

Для ускорения процесса и улучшения качества очистки во флокулятор добавляют активные вещества — коагулянт, щелочь, флокулянт и др. Реагенты обладают высокими адгезионными свойствами. С их помощью механические примеси прочно слипаются с пузырьками воздуха, образуя при этом флоккулы. Выбор катализатора зависит от концентрации и химического состава присутствующих в жидкости загрязнений.

Флотационные установки применяют:

• для удаления загрязняющих субстанций перед биологической фильтрацией стоков;
• в случае разделения воды и активного ила в отстойниках санитарных станций;
• при физико-химической очистке стоков с применением активных веществ (реагентов).

Эффективность метода флотации — важные параметры

Основные факторы, влияющие на эффективность флотационного извлечения веществ:

1. Гидрофобность частиц. Чем хуже смачиваемость загрязнений, тем прочнее сцепление с пузырьком воздуха.
2. Интенсивность и сила столкновения субстанций.
3. Наличие избыточного давления в сточной воде.
4. Природа нерастворимых соединений.
5. Значение pH среды.
6. Температура процесса.
7. Вид и концентрация реагентов.
8. Дисперсность пузырьков газа.
9. Размер и плотность размещения примесей.
10. Периодичность съема флотошлама.

Плюсы и минусы использования

Флотация — это один из самых популярных способов очистки стоков. Без флотирования жидкостей не обходятся даже сложные промышленные фильтрационные сооружения.

• широкая сфера применения;
• невысокие эксплуатационные и капитальные затраты;
• несложное оборудование;
• селективность удаления примесей;
• большая скорость обработки по сравнению с процессом отстаивания;
• вероятность получения шлама низкой влажности;
• высокий уровень очистки (95-98%);
• возможность повторного использования удаляемых веществ.

Флотация также сопровождается аэрацией сточных вод, снижением концентрации микроорганизмов, бактерий, ПАВ и легко окисляемых веществ.

Из недостатков — это то, что станция не может гарантировать полный цикл фильтрации. Она является промежуточным узлом в сложной схеме очистных сооружений. Сточные воды, поступающие во флотатор, требуют предварительной подготовки. Проникновение в систему грубых примесей (песок, отсев, полимеры и др.) влечет за собой поломку оборудования.

Устройство не способно обеспечить полное удаление нефтепродуктов. По этой причине после него в цепочку агрегатов монтируют ультрафиолетовую обеззараживающую установку и группу сорбционных фильтров.

Виды и способы флотации

В практике очистки бытовых и промышленных сточных вод существует несколько способов флотации.

Различаются они по методу формирования пузырьков газа:

• напорная или вакуумная — извлечение воздуха из раствора при резком снижении давления;
• механическая — создание пузырьков при помощи специальных устройств (мешалки и др.);
• барботажная — подача воздушных масс в рабочую камеру установки через пористые материалы или перфорированные трубки;
• электролизная — выделение газа из раствора путем пропускания через него электрического тока.

Выделение пузырей воздуха из специального раствора

Технология процесса заключается в формировании насыщенного раствора, состоящего из воздуха и водяных стоков. В зависимости от способа образования воздушной субстанции различают напорную и вакуумную флотацию.

Наиболее распространенный способ фильтрации — это напорная очистка стоков. Из приемного отсека флотатора загрязненные воды перекачиваются насосом в нагнетательную камеру (сатуратор). В сатураторе жидкость пропитывается воздухом и возвращается в приемную емкость. При резком снижении давления в основном резервуаре из раствора выделяются микропузырьки, которые прилипают к твердым частичкам примесей и поднимают их на поверхность.

Схема напорной флотации.

Эффективным средством для интенсификации процесса являются реагенты, которые увеличивают гидрофобность частиц и улучшают устойчивость воздушных пузырьков. Сочетание напорной фильтрации с обработкой жидкости реагентами повышает очистку стоков до 95%.

Вакуумная установка представляет собой непроницаемый резервуар с купольным перекрытием. Под днищем агрегата расположено техническое помещение, где находится насос для откачки воздуха, флотошлама и осадка.

Сточная жидкость поступает в сатуратор, где предварительно насыщается газом. Одновременно с этим процессом из приемной камеры откачивается воздух. Затем под действием разряжения, созданного в рабочем отсеке, жидкость засасывается в основную емкость.

Из насыщенной газом жидкости начинают выделяться пузырьки, которые в виде пенящейся массы поднимаются на границу водораздела. Скопившийся на поверхности шлам собирается крутящимися скребками и выводится в грязесборник.

Механический способ насыщения воды воздухом

Механическая флотация предусматривает наличие в структуре установки импеллера, который при вращении в водной среде, насыщенной воздухом, разрушает пузырьки газа. Продуктивность диспергирования осуществляется путем нагнетания воздушной массы через сопла, уложенные на дно камеры с промежутком 0,25-0,35 м. Диаметр пор — 1,2-1,5 мм; давление — 0,3-0,5 МПа; скорость потока — 150-200 м/с. Длительность операции — 15-20 минут.

Энергичное перемешивание сточных вод механическим способом создает в жидкости большое количество вихревых потоков. Регулирование частоты вращения импеллера и скорости движения воздушных масс позволяет получить пузырьки заданной величины.

Пневматические флотационные агрегаты подходят для фильтрации стоков, которые по своему химическому составу склонны к насыщению газами и формированию пены. При таком способе не следует применять реактивы, так как вихревые потоки, генерируемые импеллером, разлагают хлопья. В основном механический метод фильтрации используется для очищения промышленных стоков от нефтепродуктов.

Насыщение воды воздухом с использованием пористого материала

Такой способ отличается простотой организации процесса и сравнительно низким расходом электроэнергии. Сточные воды подаются в верхнюю часть вертикально установленного резервуара высотой 2,5-4 м.

На дне емкости располагается поддон, к которому крепятся керамические пористые насадки. Через них сжатый воздух компрессором подается в приемную камеру. Воздушная масса, проходя сквозь отверстия, делится на микропузырьки размером 4-20 мкм. Пузырьки флотируют примеси и поднимаются с ними на поверхность. Очищенная вода выводится из нижней части емкости, а флотошлам перетекает в кольцевой желоб, откуда по трубе удаляется в грязесборник.

Фильтрация стоков с применением пористых материалов имеет ряд преимуществ:

• простота конструкции;
• минимальные затраты на электроэнергию;
• в комплекте установки отсутствует сложное дополнительное оборудование (сатуратор, импеллер, насос и т.д.).

Недостатком является вероятность засорения керамических колпачков и трудность выбора материалов с одинаковым размером пор.

Электролиз

Электрофлотационные станции состоят из электродного отсека и отстойной камеры. Стоки поступают в стабилизатор, который изолирован от электродной секции решеткой. Жидкость, протекая сквозь межэлектродный промежуток, наполняется пузырьками газа и одновременно подвергается воздействию тока.

В процессе прохождения электрического разряда происходит коагуляция загрязненных примесей. В результате этого формируются хлопья, которые вместе с твердыми нерастворимыми включениями поднимаются на границу водораздела. Всплывающий флотошлам удаляется скребками в отводящий лоток.

В сточной жидкости при прохождении через электроды протекают сложные химические реакции:

• электролиз;
• электрофорез;
• поляризация частиц.

Интенсивность перечисленных циклов зависит от химической структуры жидкости, материала и типа стержней (нерастворимые, растворимые), напряжения в сети.

В результате установки водорастворимых электродов на аноде возникает эффект разжижение металла, и в стоки диффундируют катионы железа или алюминия. Соединяясь с кислотами или щелочами, они формируют гидраты или окиси, выступающие в процессе очистки активными коагулянтами.

Коагуляция твердых включений в межэлектродном промежутке может возникать не только из-за растворения анода. Уменьшение дисперсности частиц возможно и в случае электрокинетических явлений, разряда тока на электродах, генерации в растворе субстанций (хлор, кислород), нарушающих сольватные соединения на поверхности взвесей. Эти процессы могут происходить при применении нерастворимых стержней.

Реагенты во флотации

В целях улучшения качества фильтрации сточных жидкостей используют активные присадки:

• для корректирования pH — щелочь, кислота (реактивы вводятся в жидкость для создания оптимальных условий взаимодействия примесей с коагулянтом и флокулянтами);
• коагулянты — вещества, способствующие образованию пены (соли железа, алюминия);
• флокулянты — полиакриламидные соединения, очищающие стоки от примесей посредством формирования хлопьев из коллоидных и мелкодисперсных частиц.

Отрицательным фактором реагентного метода обработки жидкостей является обязательное наличие сравнительно большой площадки под установку оборудования, а также присутствие дополнительного обслуживающего персонала.

Источник