Флотация сточных вод: элетрофлотация, напорная, вакуумная

В статье поговорим об очистке сточных вод методом флотации. Что это такое, какие виды метода существуют, какие есть направления применения?

Очистка воды методом флотации

В переводе с английского флотация означает “плавание на поверхности воды”. В основе процесса флотации воды лежит явление избирательного смачивания. Молекулярные силы действуют специфически и способствуют прилипанию взвешенных веществ к пузырькам мелкодиспергированного в воде воздуха. На поверхности водного раствора образуется пенный слой, насыщенный извлекаемыми примесями.

После механической фильтрации и отстаивания сточных вод, в растворе остаются взвешенные примеси. Флотация для очистки сточных вод направлена на удаление из водных растворов таких взвесей. Кроме суспензированных твердых примесей методом флотации можно освобождать воду от продуктов нефтепереработки, масел, ПАВ и других эмульгированных жидких веществ. В некоторых случаях возможно удаление ионов, растворенных в воде, в том числе радиоактивных. В таком случае используемые реагенты должны образовывать поверхностно-активные комплексы с извлекаемыми ионами. Такая очистка носит название пенной сепарации.

Что такое флотация?

В переводе с английского языка флотацию дословно можно обозначить как плавание на поверхности воды. В области очистки сточных вод флотация применяется в качестве метода выделения мелких твердых частиц, коллоидных взвесей, некоторых растворенных веществ. В основе процесса лежит индивидуальная способность различных соединений к смачиванию и поведение на границе раздела фаз жидкость-газ. Несмачиваемыми водой являются гидрофобные вещества. Гидрофильные соединения обладают хорошей способностью к смачиванию.

Обобщенно и упрощенно флотацию можно описать следующим образом:

  • в очищаемую воду подают диспергированный воздух;
  • гидрофобные частицы приближаются к пузырьку воздуха;
  • водная прослойка между гидрофобной частицей и воздушным пузырем постепенно истончается и разрывает в связи с тем, что сила взаимодействия между молекулами воды больше чем сила адгезивного контакт вода-частица;
  • образуется комплекс гидрофобной частицы с пузырьком газа;
  • этот флотирующий комплекс всплывает на поверхность стоков, так как он менее плотный чем гетерогенная система, в которой он находится.

Так на поверхности стоков образуется пенный слой, который постепенно удаляется специальным механизмом.

Конструкция и назначение флотаторов

Устройство промышленного флотатора

Очистка жидкости производится с помощью флотационных блочных установок. Основными узлами аппаратов являются:

  • емкость с насосом, который смешивает кислород с жидкостью и реагентами;
  • танк флотации с клапаном для устранения избытков воздуха;
  • дегазатор для удаления остаточного кислорода.

Флотационные блоки не применяют как самостоятельные инструменты очищения. Их используют в комплексе на очистительных установках промышленных предприятий и автомоек, поскольку они требуют подготовки – обработки канализационных стоков механическим путем.

Что такое флотация?

Термин «флотация» близок по тематике к слову «флот» (в английском языке он обозначает «плавание»).

Принцип флотационной очистки состоит в том, чтобы заставить мельчайшие гранулы грязи всплыть к поверхности. 

Это осуществляется с помощью небольших пузырьков воздуха. Их специально нагнетают в очистную камеру. «Пузырьки» захватывают соринки, образуют пену, увлекают за собой и всплывают. Собрать то, что оказалось поверх воды, не составляет большого труда.

Флотационная очистка сточных вод – эффективным метод доведения воды до экологически чистого состояния.

Метод улавливает известные загрязнители: ПАВы, продукты нефтепроизводства, жиры, волокна, ил.

Процесс флотации

Флотатор в подземном исполнении, размещен на большой автомойке.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.

Эффективность метода флотации – важные параметры

Основные факторы, влияющие на эффективность флотационного извлечения веществ:

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

Метод флотации

Отличаются разные технологии границей раздела, создаваемой, чтобы компоненты отделялись друг от друга. Наиболее современные:

  • Масляная флотация – это такой вариант, когда смешивают предварительно измельченные руды с жидкостью, маслом. Это приводит к всплытию сульфидных соединений.
  • Пенная флотация – это технология, предполагающая измельчение руды, смешивание ее с водой, обработку полученного составом воздушными пузырьками. Этот процесс приводит к формированию пены на поверхности смеси. В ней будут находиться компоненты, которые нужно было выделить из породы. Специальной машиной пену отводят и высушивают.

Второй вариант требует измельчения исходной породы до частиц, диаметр которых не превышает 0,2 мм.

Область применения флотации

Флотация позволяет очистить воду от взвесей, не подвергающихся осаждению, в связи с тем, что они имеют близкую к воде плотность. Флотационный процесс применяют для удаления из воды ПАВ, нефтепродуктов, волокнистых загрязнителей, жиров и т. п., а также некоторых растворенных веществ, в последнем случае очистка называется пенной сепарацией. Кроме того, флотацию применяют для удаления из стоков взвесей активного ила.

Реагенты для очистки сточных вод методом флотации

Повышение гидрофобности сорбируемых загрязнений проводят катионоактивными, анионоактивными, неионогенными ПАВ. Полярной группой они сорбируются на линии разделения твердая фаза – вода, а неполярная часть обращена в воду. За счет этого происходит гидрофобизация взвешенной частицы. При флотации оксидов и солей щелочно-земельных металлов используют щелочные мыла, высшие жирные кислоты, натриевые сульфаты высших спиртов, алкиларилсульфонаты с цепочками из 11 – 17 углеродных атомов. В случае флотации кислотных минералов, песка применяют катионоактивные соединения – высшие алифатические амины и соли четвертичных аммониевых оснований с 13 и более атомами С. Аполярные вещества (графит, уголь) флотируют углеводородными маслами.

Другой группой флотореагентов являются вспениватели. Они адсорбируются на границе воздух – вода и умеренно стабилизируют пену. В качестве стабилизаторов применяют соединения терпеновых, одноатомных алифатических спиртов с 5 – 7 углеродными атомами, ксиленолы, крезолы, монометиловые и монобутиловые эфиры пропиленгликолей. Для изменения щелочности водного раствора используют CaCO3, H2SO4, HCL, NaHCO3.

Расчет параметров флотации

Для расчета параметров флотации важно:

  1. Количество поступающих сточных вод.
  2. Концентрация засоряющих веществ.
  3. Состав загрязнений.
  4. Содержание масел и нефтепродуктов.

В конкретном случае индивидуально рассчитывают физические и математические условия по установленным формулам.

Вакуумная флотация

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.

Направления применения

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

Они образуются как побочный продукт при следующих производственных процессах:

фото76-5

  • 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.

Преимущества и недостатки технологии флотации сточных вод

Флотация как процесс очистки сточных вод имеет свои плюсы и минусы. В качестве преимуществ можно назвать:

  • низкозатратность метода;
  • относительно простое устройство флотаторов всех видов, не требующее особых усилий и средств в обслуживании;
  • эффективность очищения водных растворов;
  • высокая скорость флотационного процесса;
  • возможность удаления из раствора продуктов нефтепереработки.

При всех достоинствах избирательное действие пузырьков воздуха во флотационном методе напрямую зависит от показателей гидрофобности загрязняющих веществ. Постоянный контроль работы флотаторов для получения газовых пузырьков нужного размера, добавление гидрофобизирующих реагентов, вспенивателей можно отнести к недостаткам данного способа очистки промывных вод.

Заключительное слово

Флотация при всех своих положительных характеристиках не является самостоятельной очисткой. Это одно из звеньев очистных сооружений, позволяющее удалить их воды те вещества, которые не удалось убрать отстаиванием. Именно поэтому флотаторы устанавливаются зачастую после отстойников.

Видео – Работа электрофлотатора

Флотация с использованием пористых материалов

Флотация с использованием пористых материалов

Импеллерная флотация

Импеллерная флотация

Вакуумная флотация

Вакуумная флотация

Схема напорного флотатора

Схема напорного флотатора

Пенный слой флотации

Пенный слой флотации

Флотация сточных вод

Флотация сточных вод

Флотация в медицине

Говоря об этой незаменимой методике выделения примесей из основного вещества, просто нельзя не упомянуть использование ее в медицине. Наиболее актуальна флотация кала для выявления наличия в органическом веществе гельминтов. Эта методика позволяет делать выводы о содержании:

  • яиц;
  • ооцист;
  • цист.

Результаты оказываются достаточно точными только в том случае, когда ко врачам попадают свежие выделения. Чтобы удалось корректно и точно проанализировать вещество на наличие гельминтов, нужно хранить органическое вещество в холодильнике не более 72 часов. В некоторых случаях получается так, что образцы уже получены, а взять новые возможности нет, но изучение следует отложить на период, превышающий 72 часа. Выход есть: применяют 10% формалин. Этот раствор будет играть роль буфера. Если органические вещества были законсервированы таким образом, они могут далее использоваться в ходе исследований концентрации.

Электрофлотатор HYDRIGЭлектрофлотация

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. Очень важно: при работе электрофлотатора происходит постоянное выделение кислорода и водорода, это взрывоопасная смесь. Для эффективной работы необходимо обеспечить постоянную вентиляцию оборудования, с применением вентиляторов в взрывобезопасном исполнении. 

Подводя итоги, отметим, что флотация – широко применяемый, недорогой и простой способ очистки сточных вод. Сам процесс очистки протекает быстрее, чем, например, обычное отстаивание. А степень очистки может достигать 95-98%.

Технологии и точность

Флотация дает возможность выявить бактерии, стойкие к воздействию кислот, а также провести иммунологический анализ. Наиболее простой и легкий в реализации способ – это гравитационная флотация, также известная как стоячая. Он требует относительно мало времени на свою реализацию.

Альтернативный вариант – использование медицинских центрифуг. Этот метод более чувствителен, его результаты точнее ориентировочно в восемь раз. Если органические выделения пациента содержат небольшой процент гельминтов, гравитационный метод может показать их отсутствие, но этот результат окажется ложным. Чтобы быть уверенным в точности итогов, следует применять центрифуги.

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...