Флотация – это способ, метод очистки сточных вод Что такое флотация.

Очистка стоков методом флотации

Существует несколько видов флотации, которые используют для очистки стоков. От типа загрязняющих веществ зависит выбор того или иного метода флотации. Методы различаются способами разделения жидкой и твердой фаз и конструктивным устройством установок.

Принципиальными отличиями методов флотации являются размеры пузырьков, образуемых в процессе насыщения жидкости воздухом. Также различаются способы подачи воздуха и жидкости во флотационную камеру.

Флотация с выделением воздуха из раствора

Наиболее распространенный способ флотации, при котором образуются пузырьки воздуха с наименьшим размером. Это позволяет использовать его для очистки стоков с тонкодисперсными примесями. В сточной жидкости создается пересыщенный раствор газа и выделяющиеся из него микропузырьки флотируют растворенные загрязнения. Для интенсивности процесса флотации необходимо соотношение 1-5 % воздуха, которое выделяется из сточной жидкости, к ее объему.

К данному способу флотации относятся вакуумная, напорная и эрлифтная флотации.

Вакуумная флотация

В герметичной флотационной камере создается разреженное давление. Растворенный в воде воздух начинает интенсивно выделяться и образует микропузырьки, которые уносят загрязнения в слой пены. Для получения максимального эффекта очистки концентрация загрязняющих веществ в растворе стоков должна быть невысокой.

Используется редко из-за конструктивных и эксплуатационных трудностей. Достоинством является низкая вероятность разрушения сформированных флотокомплексов, и, соответственно, минимальные затраты энергии на весь процесс образования пузырьков необходимого размера.

Напорная флотация

В сточную жидкость под высоким давлением подается воздух, затем происходит резкое понижение давления, что приводит к выделению пузырьков. В результате образуются пузырьки газа с низкой крупностью, что позволяет извлекать из стоков мелкодисперсные примеси. Процесс регулируется перенасыщением загрязнений в стоках при их базовой концентрации 3-4 г/л. Для повышения степени очистки применяют коагулянты. Используется при очистке стоков от нефти и нефтепродуктов, жиров, масел, волокон, бытовых сточных вод.

Эрлифтная флотация

Роль источника аэрации играет эрлифт, с помощью которого происходит подача воздуха и перемешивание водного раствора стоков. Из-за отсутствия контакта частей оборудования со сточной жидкостью подходит для агрессивных и токсичных сред и используется в химической промышленности. Отличается простотой установки и низкими энергозатратами.

Биологическая и химическая флотация

Метод используется для уплотнения осадков и снижения их влажности. За счет деятельности микроорганизмов происходит интенсивная аэрация стоков и частицы осадка, прикрепленные к пузырькам образовавшихся газов, поднимаются в слой пены, где уплотняются и обезвоживаются. Влажность осадка снижается до 80 %.

При добавлении некоторых химических реагентов, вступающих в реакцию с загрязнителями в растворе, также образуются газы (О₂, СО₂, Cl₂). Это свойство используют при обработке стоков хлорной известью с добавлением коагулянтов.

Флотация с механическим диспергированием воздуха

В очищаемой жидкости формируются вихревые потоки за счет перемешивания струи поступающего воздуха. В результате воздушная струя дробится на пузырьки заданной крупности.

В зависимости от вида загрязнений и необходимой степени очистки применяют импеллерную, безнапорную и пневматическую флотации.

Импеллерная флотация

Подходит для очистки высококонцентрированных сточных вод с дисперсными загрязнениями: нефть и нефтепродукты, жиры. Интенсивное перемешивание стоков с помощью импеллерных насосов создает пузырьки газа достаточного размера.

Безнапорная флотация

Метод используется для очистки стоков от жира и шерсти. Центробежный насос создает вихревые потоки в очищаемой жидкости. В результате поступающий воздух дробится на отдельные пузырьки, которые имеют достаточную крупность из-за малой скорости потока и быстро поднимаются к поверхности. Для очистки стоков от тонкодисперсных частиц такой метод не подходит.

Пневматическая флотация

Подходит для использования в агрессивных средах. Воздух в сточную жидкость поступает через сопла, которые расположены на дне флотационной камеры. Образование пузырьков регулируется скоростью аэрации.

Флотация с использованием пористых материалов

Пузырьки воздуха образуются с помощью мелкопористых установок, через которые воздух поступает во флотационную камеру. К ним относятся керамические пластины, трубы, насадки, колпачки с величиной отверстий 5-20 мкм, которые располагаются на дне камеры. Размер пузырьков регулируется подбором соответствующих установок. Преимуществом метода является низкие энергозатраты.

Электрофлотация

Сточная жидкость является многокомпонентным раствором-электролитом. На этом основан принцип электрофлотации, который заключается в пропускании через стоки постоянного электрического тока. В результате электролиза раствор насыщается пузырьками газа. В процессе флотации принимают участие пузырьки водорода, которые образуются на катоде. На крупность пузырьков влияет краевой угол смачивания, конфигурации электрода и его конструкция. При замещении пластинчатого катода проволочным уменьшается размер пузырьков и повышается их флотационная способность.

Эффективность флотации повышается, если применять растворимые электроды. Чаще всего используют алюминиевые или железные. Принцип заключается в растворении металла на аноде и поступлении в раствор очищаемой жидкости катионов металла, которые образуют в нем гидроокиси в виде хлопьев. Такие соединения наиболее часто используют как коагулянты и их присутствие совместно с пузырьками газа в узком промежутке между электродами способствует образованию прочных флотокомплексов, приводит к интенсивной коагуляции загрязнений, оптимизации процессов сорбции и адгезии.

Струйная флотация

Формирование пузырьков в сточной жидкости возникает под действием падающей с высоты струи, которая увлекает с собой воздух и инжектирует его в сточных водах. Газ проникает на глубину до 1 метра, тем самым создавая большую турбулентность, и распадается на микропузырьки. Пузырьки всплывают на поверхность и уносят с собой загрязнители в слой пены.

Пенная флотация

Используется для очистки сточных вод от ПАВ в химической, нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной промышленностях. Метод основан на способности ПАВ образовывать с пузырьками газа флотокомплексы и создавать прочную пену, в которой накапливаются флотируемые вещества.

Стабильность пены зависит от температуры раствора и крупности пузырьков. Поверхностное натяжение жидкости на границе раздела фаз газ – жидкость на прямую влияет на их размер. Эффективность очистки определяется рН среды раствора, его температурой, интенсивностью поступления воздуха.

Вместе с ПАВ из стоков удаляются эмульгированные вещества и твердые частицы, а также частично растворенные вещества.

Ионная флотация

Ионная флотация подразумевает введение в очищаемый раствор ПАВ во время его аэрации. В результате образуются ионы с противоположным знаком относительно загрязняющего вещества. Полученные агрегаты прилипают к газовым пузырькам и формируют флотокомплексы в виде небольшого слоя нестабильной пены.

Методом ионной флотации извлекают из сточных вод ионы металлов (Мо, W, V, Pt и проч.).

Преимуществом метода следует считать его высокую селективность, когда при соответствующих условиях возможно разделить ионы различных элементов, имеющих одинаковые заряды.

Пленочная и масляная флотации

Для очистки стоков практически не применяются, используются в горнодобывающей промышленности. При очистке стоков применяют для удаления твердых шламов, металлургических шлаков, рудных и нерудных компонентов.

Сущность пленочной флотации состоит в том, что обработанную реагентами измельченную руду насыпают на поверхность воды, где не смачиваемые частицы образуют пленку на поверхности, а остальные оседают на дно. Имеет низкую производительность.

В процессе масляной флотации происходит всплывание частиц, заключенных в масляные оболочки. Предварительно измельченную руду смачивают водой с масляной эмульсией. Для очистки стоков метод является экономически невыгодным.

Что такое флотация воды

С каждым годом ухудшение экологической обстановки в целом и сокращение запасов чистой воды в частности заставляет человечество изобретать новые способы улучшить воздух, воду, утилизировать отходы производства и потребления. Для обеспечения качественной очистки отработанных вод с возможностью дальнейшего их использования в технологическом процессе применяют разные методы. Флотация для очистки воды занимает среди них не последнее место, помогает эффективно избавлять промышленные промывные воды от загрязнителей наряду с обратным осмосом, флокуляцией и коагуляцией водных растворов.

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.

Механизм флотационной адсорбции

В водный раствор, подлежащий очистке, подают высокодиспергированный воздух. Мельчайший газовый пузырек сближается с гидрофобной поверхностью взвешенной частички. Разделяющая их тонкая граница постепенно уменьшается, теряет устойчивость и при достижении критического значения разрывается. Это есть элементарный акт пенной флотации сточных вод.

Время соприкосновения ничтожно мало (0,001 – 0,002 с). Вероятность слипания определяет кинетика формирования краевого угла смачивания. Масса флотируемых частиц должна быть меньше силы их притяжения к воздушным пузырькам и силы, выталкивающей агломерат на поверхность. Подходящий размер удаляемых частичек варьируется в пределах 10 -3 – 10 -1 см. Мелкодисперсные примеси (диаметром меньше 4 – 9 мкм) плохо поддаются флотации и уменьшают степень извлечения более крупных примесей.

Для интенсификации флотационного процесса повышают гидрофобность поверхности частиц вводом специальных реагентов. Избирательно адсорбируясь на частичках примесей, они уменьшают их смачивание. В результате процесс прилипания к газовым пузырькам идет быстрее и качественнее.

Виды флотации при очистке воды

Способов добавления в очищаемый раствор воздуха множество, среди которых по размерам получаемых газовых пузырьков можно выделить следующие методы.

1. Флотация с образованием воздушных пузырьков из раствора происходит в вакуумных, эрлифтных, напорных системах. Это пневматические методы насыщения раствора воздухом, где его диспергирование осуществляется за счет изменения давления. При напорной флотации сточных вод в промывную воду сначала нагнетают под давлением воздух. Когда давление вновь возвращается к атмосферному, внутри водной массы образуется множество пузырьков. В случае вакуумного метода насыщение воздухом проходит в аэрационной емкости. При попадании в камеру флотации с критически низкой величиной давления, в растворе происходит бурное газообразование. Эрлифтные установки флотации сточных вод работают за счет перепада высот, на которых расположены емкости.
2. Механическое измельчение воздуха в импеллерных, пневматических, безнапорных системах. Сущность механических способов насыщения заключается в перемешивании водного раствора с применением турбины, центробежного насоса. Образующиеся водные завихрения насыщаются воздухом. Изменять размер газовых пузырьков можно скоростью работы турбины. При безнапорной схеме флотации сточных вод пузырьки образуются более крупные, которые неэффективны для извлечения мелкодисперсных взвесей. Пневматический метод флотации сточных вод применяется, когда очищаемые воды агрессивно воздействуют на материал турбины или рабочую часть насоса. Воздух подают через специальные трубки, размещенные на дне флотационной емкости.
3. Барботажная флотация с использованием пористых материалов предполагает пропускание воздуха перед попаданием в рабочий раствор через материал с мелкими отверстиями. Чем меньше поры, тем более диспергированный газ попадает в воду. Плюсы такой флотации по очистки воды – в простоте конструкционного исполнения, отсутствии сложных механизмов, минимальных энергозатратах. Недостатки – загрязнение пор, сложности в выборе мелкопористых материалов, которые обеспечат образование мельчайших и одинаковых по диаметру пузырьков.

В установках электрофлотации очищаемый водный раствор пропускают в поле между электродами, на поверхности которых выделяются газовые пузырьки водорода и кислорода. Электроды могут быть растворимыми и нерастворимыми. При использовании растворимых электродов электрофлотационный процесс сопровождается электрокоагуляцией, которая повышает эффективность флотации.

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.

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.

Флотация и коагуляция при очистке сточных вод

Методы флотации и коагуляции сточных вод различаются по механизму агрегирования частиц примесей из раствора.
При коагуляции образуются агрегированные структуры примесей под действием специально введенных веществ – коагулянтов, нарушающих равновесие в коллоидной системе и вызывающих слипание частиц. Крупные агломераты удаляются из раствора осаждением и отстаиванием.

В процессе флотации воды главным собирателем загрязнений является высокодиспергированный воздух. Образование пузырьков внутри раствора вызывают разными методами. Пузырьки сорбируют вокруг себя мельчайшие частички примесей, которые имеют меньшую массу, чем сила, выталкивающая воздух на поверхность. Загрязнители всплывают вместе с воздухом, образуя флотационную пену. Она содержит максимальную концентрацию удаляемых соединений и постепенно выводится из системы.

Эффективность очистки сточных вод флотацией

Флотация – это способ очистки воды, который не является самостоятельным способом очистки загрязненных водных растворов. Ее используют как метод доочистки после избавления от примесей фильтрацией, коагуляцией, отстаивания в отстойниках. Процесс флотации сточных вод позволяет убрать мельчайшие неосаждаемые частицы загрязнений, дает отличные результаты при малых вложениях. Флотацию воды сопровождает аэрация промывных вод, снижение содержания в растворе ПАВ и легкоокисляемых элементов, патогенных бактерий. Эти процессы улучшают протекание следующих этапов очистки воды.

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.

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.

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.

Флотационная очистка сточных вод: виды и установки

Говоря о чистоте и безопасности естественных водоемов, важно задуматься о проблеме очистки воды, поступающей в виде канализационных и промышленных стоков. Для этого используют разные методы, в зависимости от типологии загрязнений.

И дело даже не в том, какой процент примесей несет с собой вода, а в том, что фильтрация крупного мусора и отстаивание ила не делают воду абсолютно чистой. В ней остаются взвеси, коллоидные частицы, воздействовать на которые можно опираясь на законы физики с минимальным участием реагентов.

Часть крупных примесей удаляют фильтрацией, часть оседает на дно после отстаивания. Но мелкодисперсные частицы, оказавшиеся легче молекул воды, можно собрать, используя дополнительные методы.

Один из современных, высокотехнологичных и эффективных – флотация сточных вод.

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.

Преимущества и недостатки очистки стоков флотацией

Флотационный метод очистки сточных вод обладает положительными и отрицательными свойствами. Проведем сравнительную характеристику:

Достоинства

Недостатки

От чего зависит эффективность флотации для очистки воды?

При применении флотационного способа учитывают состав и качественные характеристики примесей.

Чем лучше мусор способен поглощать влагу, тем выше его гидрофобность – способность смачиваться водой. На явлении гидрофобности основана работа метода флотации.

Гидрофобность можно повысить, за счет флотирующих реагентов.

Существует прямая зависимость от количества воздушных пузырей, их распределения, концентрации, размеров:

• Размер флотационных пузырьков – это то, что имеет значение. Самые большие очень быстро всплывают, не успевая захватить частицы мусора. А мелкие слишком хрупкие – разрушаются, не успев выполнить свою задачу.
• Применяют также реагенты, обуславливающие стабильность пузырьков воздуха по отношению к разрушению.

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.

Виды флотационной очистки сточных вод

Образования воздушных пузырей можно добиться несколькими путями. Их отличия положены в основу традиционной общей классификации.

Электрофлотация и ионная флотация

Электрофлотация сточных вод – широко распространенный метод, опирающийся на электропроводность жидкости. В нее погружают электроды, подводится ток, на грани их соприкосновения с водой образуются пузырьки с газом.

Значительный плюс электрофлотационной установки в том, что в технологиях не участвуют реагенты.

Выделение воздушных пузырьков из раствора

Существуют два способа формирования газовых пузырей: напорный и вакуумный.

При напорной флотации воздух нагнетается под воздействием высокого давления, от чего в камере с канализационными стоками образуются воздушные пузырьки. Они связывают частицы загрязнений и очищают воду.

При вакуумном воздействии грязная вода сначала обогащается кислородом. Затем в отсеке флотации давление снижают до предела, в результате образуются воздушные пузырьки. Последующий процесс очистки протекает аналогично при всех методах.

Механическое насыщение воды диспергированным воздухом

Способ прост. В результате работы двигающих механизмов, это могут быть лопасти, центрифуги, турбины, возникают вихри, спиралевидные восходящие потоки в жидкой среде, она вспенивается. В слое пены скапливается мусор.

Лопастями перемешивают сточные воды в установке, которую приводит в действие центрифуга. Установка, которая называется импеллер, регулирует размер пузырьков вращением турбины на разных скоростях. Метод оправдывает себя в очищении загрязнений маслами и нефтепродуктами.

Крупные частицы и волокна: шерсть, нитки, волосы – хорошо захватывают большие воздушные пузыри. Для водных сред с агрессивными характеристиками применяют пневматический способ, когда воздух в камеру сточной очистки поступает из труб, вмонтированных на дне резервуара.

Насыщение воды воздухом с использованием пористого материала

Известна способность пористого материала пропускать воздух и образовывать пузырьки газа.

Для очистки сточных вод монтируют тонкие пластины с небольшими щелями по периметру. Регулируя размер щели, добиваются образования пузырей воздуха разного размера.

Реагенты, применяемые во флотационной очистке

Флотореагенты призваны повышать уровень гидрофобности загрязненных частиц, содержащихся в сточных водах. По механизму действия реагенты разделяют на собирателей, пенообразователей и регуляторы.

Первые усиливают гидрофобные свойства примесей. Вторые предохраняют слой пены от разрушения.

Флотоактивность реагентов повышают с помощью физических, химических и др. методов — эмульгирование, электрохимическое окисление, ультразвуковая, тепловая и бактериальная обработки, смешивание разных реагентов, подача реагента в парообразном состоянии или в виде аэрозоля.

Собиратели — органические вещества, которые работаю на поверхности раздела сред твердое — жидкость.

Функция собирателей — снижение смачиваемости (гидрофобизация) поверхности частиц, увеличение скорости и прочности прилипания частиц к пузырькам воздуха.

Как собиратели применяются комплексообразующие реагенты, избирательно образующие нерастворимые комплексы (хелаты) с ионами тяжелых металлов.

Пенообразователи — поверхностно-активные органические вещества, адсорбирующиеся преимущественно на поверхности раздела жидкость — газ.

Назначение пенообразователей — способствовать образованию в объеме пульпы воздушных пузырьков с определенными свойствами, а на поверхности пульпы — достаточно устойчивого пенного слоя необходимого строения.

Молекулы пенообразователей являются полярно – аполярными (дифильными). Полярная часть может быть представлена гидроксилом, карбонилом, сульфогруппой, аминогруппой и др.

Адсорбция пенообразователей на разделе жидкость — газ подчиняется уравнению Гиббса.

Регуляторы — флотационные реагенты, применяемые в дополнение к собирателям и пенообразователям для повышения селективности флотации или повышения извлечения минералов. Регуляторами флотации могут быть как неорганические, так и органические вещества.

Флотаторы

Модули напорной флотации имеют разную производительность – от 1 до 200 кубометров в час и используются для нужд малых и крупных предприятий.

Они учитывают специфику производства и факторы местности.

Наиболее эффективно они работают:

• На предприятиях пищевой промышленности – молокозаводах, хлебозаводах, мясокомбинатах.
• На предприятиях легкой промышленности – ткацких, скорняжных производствах.
• В бытовых и обслуживающих учреждениях с большим объемом ливневых сточных вод – автомойках, автостоянках, гаражах, железнодорожных депо.

Флотатор представляет собой закрытый комплекс резервуаров, не пропускает запахов, исключает выбросы, не взрывоопасен.

Эффективность очистки от жиров, масел, нефтепродуктов – до 98%, взвешенных мелкодисперсных частиц – до 95%, применение реагентов повышает ее до 99,7%.

Флотаторы снабжены системой контроля за работой оборудования, безопасны, программируются. Процесс полностью автоматизирован, снабжен таймером и приборами автоматической подачи реагентов.

Способ флотации применяют для очистки бытовых загрязнений, а в промышленности – для удаления взвесей и органических загрязнений. Благодаря именно флотации – способности сора к плавучести, вода приобретает прежнюю прозрачность и возвращается в реки и озера такой же чистой, как была до этого.

Нужно учесть, что установки для очистки сточных вод, основанные на принципе флотации, применяют уже после механической очистки сточных вод – отстаивания и фильтрации и выполняют функцию дополнительной выборочной очистки.

Обработка осадков сточных вод: методы очистки и сушки

4 метода очистки сточных вод от нефтепродуктов

Очистка сточных вод предприятий: методы и оценка эффективности

Очистные сооружения для очистки сточных вод

Классификация и методы очистки сточных вод

Сброс сточных вод: залповый, на рельеф, в канализацию

Производственные сточные воды: ПДК, состав и способы утилизации

Методы очистки сточных вод: механические, химические, биологические

Что относится к сооружениям механической и биологической очистки сточных вод?

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.

Важно! Флотационная очистка не требует больших финансовых затрат как на старте, так и при последующей эксплуатации установок.

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.

Справка. Резкий перепад давления создает гидравлическую нагрузку на сточные воды, вследствие которой в толще водного слоя происходит «вскипание» с выделением большого количества пузырьков.

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

Количество воздушных микроскопических полостей можно регулировать интенсивностью напора, что позволяет применять метод для большого количества загрязнений при концентрации, достигающей 5 г/л.

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.

Каждый из представленных методов позволяет успешно очищать сточные производственные воды с не очень крупными дисперсными частицами примесей.

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.

Важно! Превышение скорости вращения лопастей может мешать образованию агрегатов с загрязняющими частицами, поэтому недопустимо.

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.

Выделяющиеся газы, особенно при растворяющихся анодах из алюминиевых или железных сплавов, дополнительно увеличивают скорость агрегации примесей, способствуют обеззараживанию воды, упрощают ее последующую очистку.

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

• активного хлора,
• кислорода.

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.

Что такое флотация: преимущества и недостатки этого способа очистки

Очистка сточных вод, в первую очередь, включает в себя этап прохождения отстойника как в локальных очистных сооружения, так и в общегородских. Отставание воды очищает воду только от крупных взвесей, которые осаждаются на дно, являясь тяжелее воды. Но как быть с теми частицами, которые легче воды и не подвержены осаждению? Существует метод для выделения и таких сложных загрязнителей, который называют флотацией.

Флотационная очистка применяется как одна из ступеней очистки сточных вод от таких примесей.

Подробнее о флотации

Флотация – это один из способов, применяемых для очистки сточных вод. Буквально слово “флотация” (англ. flotation) переводится как “плаванье на поверхности воды”, поэтому и напоминает слово флот. Но если говорить об очистке флотацией, то ее целью является вывести на поверхность различные взвеси и другие вещества, которые имеют плотность близкую воде и не способны оседать.

В толще воды плавают различные мелкие твердые частицы, коллоидные взвеси и другие примеси, которые не оседают. Флотацию применяют для очищения сточных вод от ПАВ, нефтепродуктов, жиров, волокнистых веществ и взвесей активного ила. Также флотационный процесс по типу пенной сепарации способен удалить некоторые растворенные в воде вещества.

Физико-химические законы флотации

В основу флотационной очистки заложены сложные физико-химические процессы. Главным образом рассматривается понятие смачиваемости, то есть индивидуальной способности тех или иных веществ к смачиванию. Эта способность напрямую определяет поведение этих соединений на границе раздела фаз жидкости и газа. Существует два типа веществ:

• Гидрофильные – характеризуются хорошей способностью к смачиванию;
• Гидрофобные – несмачиваемые.

В зависимости от того, к какому типу относится то или иное вещество, оно хорошо убирается при помощи флотационной очистки или же, наоборот, не поддается выделению таким способом.

Этапы флотации

Процесс флотации несложен для понимания, его можно описать следующим образом:

1. В воду, которая подвергается очистке, подают диспергированный воздух;
2. Гидрофобные частицы устремляются к воздушным пузырькам;
3. Постепенно уменьшается и разрывается прослойка воды, разделяющая гидрофобные частицы и воздушные пузырьки. Это объясняется тем, что сила притягивающая молекулы воды друг к другу больше адгезии между водой и этими частицами;
4. Образуется флотирующий комплекс из пузырьков воздуха и гидрофобных частиц, который напоминает пену;
5. Этот флотирующий комплекс плавает на поверхности сточных вод, поскольку он легче той гетерогенной системы, в которой находится.

В итоге на поверхности воды образуется пенная субстанция. Полученную пену удаляют специальным приспособлением – это конечный продукт флотации или шлам.

Эффективность процесса флотации

Те или иные факторы могут понижать или повышать эффективность флотации, как способа очистки сточных вод. Наиболее значимое влияние оказывают приведенные ниже факторы:

• Степень гидрофобности частиц. Чем выше гидрофобность частиц вещества, тем они активнее вступают во взаимодействие с воздушными пузырьками, образуя значительные флотационные комплексы. Очевидно, что не все примеси являются абсолютно гидрофобными, существуют и гидрофильные составные. А некоторые имеют двоякую структуру, содержа в составе гидрофобные и гидрофильные группы. Чтобы повысить гидрофобность загрязняющих воду примесей, в нее добавляют специальные флотирующие добавки или реагенты;
• Размер и прочность пузырьков пены. Флотационный процесс должен образовывать пузыри воздуха такого размера, чтобы они поднимались на поверхность воды. Но слишком крупные пузыри будут всплывать раньше времени, не успев захватить достаточно частиц загрязняющих примесей. К тому же эти пузырьки должны быть прочными, имея минимальный процент потерь вследствие разрушения;
• Равномерность пенообразования. Важным фактором эффективности флотации является равномерность распределения в воде воздушных пузырьков и их общее количество.

На эти факторы можно оказать воздействие с помощью специальных реагентов, которые будут описаны далее.

Реагенты для улучшения флотации

Как описано выше, флотация зависит от качества пенообразования и гидрофобности частиц. Существуют специальные добавки, которые направлены на повышение качества пены и увеличения гидрофобности примесей. Реагенты можно разделить на две основные группы:

• Собиратели;
• Пенообразователи.

Реагенты собиратели

Наиболее часто встречаемый вид загрязнителей имеет в своем составе частицы с двоякими качествами, имеющими часть гидрофобных и часть гидрофильных групп. Их способность смачивания недостаточна для связывания с пузырьками воздуха, поэтому флотация малоэффективна. Чтобы решить эту проблему, в стоки добавляют так называемые добавки-собиратели, которые также имеют двоякую структуру, состоящую из гидрофильных (полярных) и гидрофобных (неполярных) групп. Полярные гидрофильные концы загрязнителя и собирателя слепляются между собой, а гидрофобные концы остаются свободными.

Собирателями для усиления флотации выступают поверхностно-активные вещества:

• Аммонийные соли;
• Нефтепродукты;
• Масла;
• Меркаптан

Реагенты пенообразователи

Качество пени играет одну из ключевых ролей в эффективности флотации. Существует группа добавок, которые направлены на улучшение пенообразования. Они предохраняют пузыри воздуха от разрушения, делая их упругими и значительно стабилизируя пенную массу. Это дает возможность удалить как можно больше загрязнителей из сточных вод. Такими стабилизаторами для пены являются:

• Масло сосны;
• Крезол;
• Фенолы и много других веществ

Виды флотационной очистки стоков

Процесс флотации кратко описан как насыщение сточных вод воздухом с его диспергированием. То есть главная задача флотации заключается в получении пузырьков нужного диаметра в толщах сточных вод. Как именно это осуществляется описано ниже.

Выделение пузырьков воздуха из раствора

Чтобы выделить воздушные пузырьки из раствора, используют напорную и вакуумную флотацию. Напорная флотация представляет собой нагнетание воздуха, а затем резкое снижение давления в системе, что провоцирует выделение пузырьковой массы в толще воды.

Вакуумная флотация несколько схожа с напорной, но ее реализуют иначе. Первым этапом является прохождение воды через камеру аэрации, где она насыщается воздухом. После этого она поступает в дизаэратор, где удаляется нерастворенный воздух. Последним этапом является прохождение камеры флотации, в которой давление понижается , что вызывает бурное образование пузырьков.

Такими способами весьма успешно удаляются мелкодисперсные примеси.

Пропускание воздуха через пористые материалы

Это один из простейших способов с точки зрения физики для получения диспергированного воздушного потока. Перед попаданием воздуха в сточные воды, его пропускают через материалы с порами, такие как пластины со сквозными щелями. Диаметр пузырьков регулируется размером данных пор.

Электролизная флотация

Этот способ воплощают помещением в воду двух электродов, через которые пускают ток. Во время электролиза вода вокруг электродов расщепляется на пузырьки водорода и кислорода. Наиболее часто используемый материал для электродов: алюминий и железо. Эти металлы выделяют в воду коагулянты, которые связывают взвеси и превращают их в подобие хлопьев. Эти хлопья соединяются с воздушными пузырьками и выходят на поверхность сточных вод в вид пены.

Механическое диспергирование

Кроме образования пузырьков воздуха в воде при помощи смены давления, также применяют механические способы. Для этого также существует несколько путей:

• Импеллерная установка перемешивает водную массу с использованием турбины. При этом пузырьки получаются небольшого размера, что подходит для удаления нефтепродуктов и жиров. Скорость турбины позволяет регулировать размер пузырьков – чем выше скорость, тем меньше диаметр образуемых пузырьков;
• Безнапорная флотация, представляющая собой применение колеса, которое соединяют с центробежным насосом. Пузырьки, которые получают в результате этого процесса, крупные и пригодны для удаления жиров, волокнистых частиц, таких как, например, шерсть;
• Пневматическая флотация осуществляется насыщением воздухом через форсунки труб, которые уложены на дно камеры. Такой способ применяют для очистки агрессивных стоков, которые могут повредить флотационным установкам – импеллеру и колесу.

Пузырьки в этих трех способах образуются в результате вихревого процесса, который стимулируется перемешиванием.

Флотация – преимущества и недостатки способа

На сегодня флотация является одним из наиболее часто используемых приемов очистки стоков. Его применяют и промышленные очистительные сооружения и городские. Причиной этому служит целый ряд факторов, которые говорят в пользу флотации.

Преимущества флотационной очистки:

1. Невысокая стоимость применяемого метода очистки;
2. Простое оборудование;
3. Такой способ для некоторых взвесей намного быстрее, нежели скорость их оседания при отстаивании;
4. Выделение из сточных вод определенных загрязняющих веществ, в том числе нефтепродуктов;
5. В процессе флотации остается шлам с низким содержанием воды (малые потери воды).

Безусловно, как и любой метод, флотация связана и с некоторыми отрицательными моментами.

Недостатки флотационной очистки:

1. Она удаляет далеко не все загрязнители, поскольку ее эффективность зависит от гидрофобности вещества;
2. Часто приходится нести дополнительные затраты на внесение реагентов, которые улучшают качество пены и усиливают гидрофобность загрязнителей;
3. К каждому виду загрязнителя нужен свой подходи, а, значит, нет универсального метода для удаления всех взвесей.

Выводы о флотации

Сколько бы преимуществ ни имела флотация, она не является самостоятельной и окончательной очисткой сточных вод. Это лишь один из этапов сложнейшего процесса, который позволяет удалить из воды большую часть нежелательных веществ. Флотационная очистка позволяет избавить воду от нефтепродуктов и масел, которые невозможно удалить другими способами, а также волокнистые составляющие стоков. Обычно флотационную очистку используют после этапа отстойников, чтобы удалить те вещества, которые не подвержены осаждению.

Флотация сточных вод

Общепринятая схема очистных сооружений как локального, так и централизованног о общегородского типа в обязательном порядке включает в себя этап осаждения. Отстоянные стоки чаще всего поступают на ступень биологической очистки.

Однако отстойники справляются с удалением только крупных взвесей, которые тяжелее воды. Многие микрочастицы и вещества в коллоидной форме легче водной среды, поэтому не подвергаются осаждению. Эту проблему решают при помощи ступени флотационной очистки, основанной на сложном физико-химическо м процессе. Именно о флотации пойдет речь в нашей статье.

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.

Отчего зависит эффективность флотации для очистки воды

На процесс флотации может повлиять многое. Но наиболее сильное воздействие оказывают описанные ниже факторы.

1. Чем выше гидрофобность частиц, тем лучше происходит их взаимодействие с пузырьком воздуха и образование флотационного комплекса. Однако не все примеси являются строго гидрофобными часть из них гидрофильные, другие могут иметь как гидрофобные, так и гидрофильные группы. По этой причине зачастую необходимо добавлять в стоки специальные флотирующие реагенты, направленные на повышение гидрофобности загрязнителей.
2. Кроме того, пузырьки должны обладать устойчивостью к разрушению.

Пенный слой флотации

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.

Преимущества и недостатки очистки стоков флотацией

Флотация является одним из самых популярных способов очистки сточных вод. Без флотационного процесса редко обходятся очистные промышленные и ливневые сооружения. Все связано с рядом преимуществ флотационной очистки стоков.

1. Относительно небольшие затраты в процессе эксплуатации.
2. Простота оборудования.
3. Возможность выделения определенных загрязнителей.
4. Скорость процесса флотационной очистки от некоторых взвесей выше скорости оседания.
5. Возможность удаления таких загрязнителей как нефтепродукты.
6. Продуктом флотации является шлам с не очень высоким содержанием воды.

С особенностью самого флотационного процесса связаны и его минусы.

1. Так как флотация зависит от гидрофобности вещества, применять ее можно для удаления не всех загрязняющих компонентов.
2. Зачастую приходится использовать реагенты для повышения гидрофобности загрязнителей и устойчивости полученной пены.
3. Необходимо точно производить настройку оборудования, подающего воздух с целью получения пузырьков определенного диаметра.

Виды флотационной очистки сточных вод

В основе разделения на виды очистки сточных вод методом флотации лежит способ насыщения стоков воздухом и механизм его диспергирования.

Выделение воздушных пузырьков из раствора

Из раствора пузырьки воздуха определенного размера выделяют методом напорной и вакуумной флотации. В первом случае в воду под давлением нагнетают воздух, после этого резко понижают давление в системе, в результате чего в толще сточной воды выделяются воздушные пузырьки.

Схема напорного флотатора

Вакуумная флотация по принципу схожа с напорной, но исполнение отличается. Сначала вода поступает в аэрационную камеру (1), где контактирует с воздухом и насыщается им, после этого в дезаэраторе (2) удаляется нерастворившийся в воде воздух. Потом вода поступает в камеру флотации (3), где происходит понижение давления в сточной воде, в результате чего образуются воздушные пузырьки.

Оба способа прекрасно подходят для очистки сточных вод от мелкодисперсных загрязнителей.

Механическое насыщение воды диспергированным воздухом

Обогащение воды пузырьками воздуха можно произвести механическим путем. Для этого могут применяться 3 метода: перемешивание воды при помощи небольшой турбины (импеллерные установки), колесом, соединенным с центробежным насосом (безнапорная флотация) или введением воздуха через форсунки труб, уложенных на дне флотационной камеры (пневматическая установка). Во время перемешивания образуются завихрения, благодаря которым стоки насыщаются пузырьками воздуха.

Импеллеры позволяют получить пузырьки небольшого диаметра и применяются для удаления нефтепродуктов и жиров. Этот метод дает возможность регулировать объем пузырьков: чем выше скорость вращения турбины, тем мельче пузырьки. Безнапорные установки позволяют получать более крупные пузырьки, которые не эффективны для удаления мелких взвесей. Безнапорную флотацию применяют для удаления жировых загрязнений, а также частиц шерсти и волокон. Пневматическая флотация используется в том случае, когда необходимо очистить воды, являющиеся агрессивными для таких механических конструкций как импеллер или колесо насоса.

Пропускание воздушных масс через материал с порами

Простым способом диспергирования воздушного потока является пропускание его перед подачей через пористые материалы (на рисунке обозначен цифрой 2), например, пластины с щелевидными прорезями. Чем меньше отверстие, тем меньше диаметр пузырьков.

Флотация с использованием пористых материалов

Получение пузырьков газа из раствора путем электролиза

При этом способе в сточные воды помещают 2 электрода, через которые пропускают ток. Это приводит к выделению возле электродов газовых пузырьков кислорода и водорода. Кроме того, часто используют электроды из алюминия или железа. Соединения этих металлов выделяются в сточную воду и представляют собой коагулянты, приводящие к объединению взвешенных загрязнителей в хлопья. Хлопьевидные частицы контактируют с воздушными пузырьками и поднимаются на поверхность стоков.

Реагенты, применяемые во флотационной очистке

В процессе очистки методом флотации могут применяться реагенты, действие которых различается по двум основным направлениям: повышение гидрофобности и стабилизация пены.

Так как многие загрязнители могут содержать как гидрофобную, так и гидрофильную группу, то их способность к смачиванию снижена, поэтому флотация затруднена. В этом случае прибегают к добавлению в сточные воды реагентов, которые называют собирателями. Они также содержат гидрофильную (полярную) и гидрофобную (неполярную) группы. Взаимодействие между собирателем и загрязнителем происходит на уровне полярных концов. Гидрофобная группа реагента остается свободной.

В качестве собирателей в очистке сточных вод применяют поверхностно-акт ивные вещества: нефтепродукты, масла, меркаптан, аммонийные соли и т.п.

Другой группой флотационных реагентов являются пенообразователи . Они защищают пузырек от разрушения, таким образом повышая эффективность удаления загрязняющей частицы. К стабилизаторам пены относятся масло сосны, крезол, фенолы и др.

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.