Суть метода флотации для очистки сточных вод

Очистка практически любого вида сточных вод методом флотации довольно распространенный сегодня способ утилизации канализационных сбросов и применяется повсеместно в тех местах, где его применение является наиболее выгодным с технической точки зрения.

Флотация (в переводе с французского языка flotter- плавать) - это метод очистки воды с использованием микрочастиц разной смачиваемости. Частицы делятся на два вида:

· гидрофобные

· гидрофильные

Гидрофобные - это не смачиваемые водой частицы, а гидрофильные, наоборот, смачиваемые.

Флотационные методы лучше других справляются с удалением из стоков поверхностно активных веществ. Для целей очистки стоков применяют специальные флотационные машины, устройства напорного типа, механические, электрофлотационные и другие аппараты.
Зачастую механический флотационный способ очистки используют для стоков содержащих легкофлотируемые гидрофобные загрязнения, к которым относятся жиры, масла, нефтепродукты и другие вещества. Если следует очистить сточные воды от загрязняющих веществ, которые перед флотацией следует агрегировать, то применение таких устройств без предварительных этапов очистки является неэффективным. Турбулентные потоки внутри камеры разрушают агрегаты загрязнителей, чем усложняют процесс очистки. Поэтому флотационные аппараты очищающие стоки механическим путем зачастую применяют для очистки нефтесодержащих и жиросодержащих стоков. В таких водах загрязнители являются легко флотируемыми, что обеспечивает высокую степень очистки.

Также оправданным является использование механических флотаторных машин в тех случаях, когда напорные устройства применять нецелесообразно (например, для очистки стоков с температурой 30-60оС). Обуславливаются такие ситуации ухудшением показателей растворяемости газов в воде, что влечет за собой снижение эффективности работы напорных машин.

Использование для очищения стоков электрофлотационных машин и устройств повышает энергоемкость процедуры очистки, что ограничивает сферы применения этого метода. Известны случаи, когда используют флотационные пневматические машины, но отметим, что эффективность этого способа не высока. По сравнению с этими двумя видами флотационных аппаратов механические флотаторы имеют множество преимуществ.

Процесс флотации

Флотатором называют устройство, которое разделяет смесь воды и загрязнителей за счет использования воздушного потока. Флотационные установки включают систему смешивания с реагентами (такими как флокулянт и коагулянт), и pH-контроллер. Система смешивания с реагентами работает автоматически, в зависимости от поступаемого в устройство потока, происходит регулирование подачи реагентов. Также флотаторы имеют скребки, с помощью которых удаляют пену с поверхности стоков.
Процесс флотации – сложный физико-химический процесс, который заключается в создании комплекса «пузырек-частица». Когда этот комплекс всплывает на поверхность, он образует пенный слой, в котором содержание загрязнителей намного выше, чем в исходных стоках.

Флотационные очистки можно разделить на три вида, в зависимости от способа получения пузырьков:

- флотация с помощью пузырьков, образованных путем механического разделения воздуха. Делают это каскадным методом или с помощью механических турбин-импеллер, пористых пластин, форсунок;

- флотация с помощью пузырьков, которые образовываются от пересыщенных растворов воздуха в стоках, может быть напорной и вакуумной;

- электрофлотация.

Процесс флотации, а именно непосредственного образования комплекса из загрязнителя и пузырька, происходит в три этапа:

1. Приближение пузырька к загрязняющей частице;

2. Соприкосновения пузырька и частицы;

3. Прилипание загрязняющей частицы к поверхности пузырька.

На прочность и длительность соединения этих элементов влияют:

- размер частицы загрязнителя и пузырька;

- веса загрязнителя;

- физико-химических особенностей частицы, воздуха и сточной воды;

- гидродинамических условий и т.д.

Непосредственно процесс флотации происходит следующим образом. Зачастую и поток жидкости, и воздушный поток движутся в одном направлении. Взвешенные загрязняющие частицы распределены по всему объему стоков, и во время совместного движения с пузырьками они сталкиваются и соединяются. В том случае, если размер воздушного пузырька слишком велик, по сравнению с размерами частицы, то и скорость движения у него будет намного ниже, что делает процесс соединения этих элементов практически невозможным. А еще крупные пузырьки нередко становятся виновниками разрыва уже существующих связей между пузырьком и частицей. Поэтому во флотаторах должны находиться пузырьки не больше определенного размера.

Вакуумная флотации.

Процесс вакуумной флотации основывается на понижении давления во флотаторной камере. Этот процесс сопровождается выделением воздуха, который содержится в стоках. Вакуумная флотация происходит в спокойной среде, а значит связь между комплексом «пузырек-частица» будет прочнее и долговечнее. Иными словами эта связь разрушается уже тогда, когда частица достигла поверхности.

Напорная флотация

Напорная флотация протекает в две стадии. Первая – насыщение стоков воздухом под давлением, вторая – отделение пузырьков воздуха подходящего размера и подъем на поверхность взвешенных и эмульгированных веществ. В том случае, когда этот процесс не сопровождается добавлением реагентов, напорную флотацию считают механическим способом очистки стоков.

Импеллерная флотация

Импеллерные флотаторы зачастую используются для очистки нефтесодержащих стоков, но могут применяться и для очистки других промышленных сточных вод. Но следует сказать, что такой способ флотации является не очень распространенным.

Флотация с подачей воздуха через пористые материалы

Чтобы пузырьки воздуха имели небольшие размеры, часто используют специальные пористые материалы, которые имеют определенное расстояние между отверстиями, и не пропускают пузырьки большего размера в систему. Также на размер пузырьков влияет скорость подачи воздуха, чем выше скорость, тем больший размер будут иметь пузырьки, что является нежелательным
Электрофлотация

Стоки насыщаются воздухом за счет пузырьков, которые образовываются на катоде. Электрический ток при этом влияет на химический состав жидкости, состояние и особенности нерастворимых в воде примесей. Эти изменения могут носить как положительный, так и отрицательный характер.

 

Схема установки напорной флотации

1 –труба подачи СВ, 2 – приемный резервуар; 3 – всасывающая труба; 4 – труба подачи сжатого воздуха; 5 – насос; 6 – сатуратор; 7 – флотационная камера; 8 – сопла; 9 – пеносборник; 10 – труба отвода ОВ.

 

Резервуар-флотатор

1 – подача газонасыщеннойСВ; 2 – патрубок отвода нефти; 3 – корпус резервуара; 4 – желоб для сбора нефти; 5 – флотационная зона; 6 – отстойная зона; 7 – патрубок отвода газа; 8 – отвод ОВ; 9 – перфорированные трубы отвода осадка; 10 – патрубки отвода осадка