Каналізація

Метод та процес флотації. Напірна флотація. Флотація – це...

Проблема очищення стічних вод залишається актуальною протягом багатьох десятиліть. Складність полягає у старінні методик та обладнання, а також появі нових хімікатів у побутовій хімії та на виробництві, що вимагають абсолютно нових підходів до їх видалення зі стоків. Один із універсальних методів очищення стічних вод – це флотація. Залежно від особливостей забруднювача, він вимагає лише заміни реагентів та корекції умов здійснення процесу.

Очищення стічних вод

Цей метод успішно застосовується для містять волокна, нафтопродукти, олії та жири, а також інші малорозчинні у воді речовини. Попередньо стічні води переводять у суспензію та емульсію з використанням спеціальних речовин.

Процес флотації полягає в можливості газових бульбашок закріплюватися на частках, допомагаючи їм спливати поверхню рідини.

Загальні принципи методу

Найпростішим актом флотації вважається прикріплення нерозчинних частинок (наприклад, мінеральних, масляних чи будь-яких інших) до бульбашок повітря. Успішність проведення очищення залежить від того, з якою швидкістю утворюється зв'язок між часткою та бульбашками, від міцності цього зв'язку та від тривалості існування цього комплексу. Що у свою чергу визначається природою частинок, схильністю до змочування водою та особливостями взаємодії їх із реагентами. Таким чином, флотація - це процес, який залежить від багатьох факторів.

Елементарний акт може здійснюватися за одним із наступних механізмів:

бульбашки утворюються одночасно у зважених частках;
частинки суспензії прикріплюються до газової бульбашки при зіткненні з ним;
на поверхні частинки утворюється маленька бульбашка, яка поєднується з іншим при зіткненні і збільшується в обсязі.

Комплекс, який утворюється в процесі флотації, у практично нерухомому середовищі може спливти лише за умови, що підйомна сила газової бульбашки більша за вагу частки. Це призведе до утворення пінного шару на поверхні води, що очищається.

Крім того, площі поверхонь бульбашок і частинок у місці зіткнення повинні перебувати у певному співвідношенні. Сили адгезії зростають пропорційно розміру частинок у квадраті, оскільки периметр їх з'єднання обмежується розміром найбільшої їхньої граней. А сила відриву безпосередньо залежить від маси забруднюючої частки (тобто її лінійних розмірів у кубі). Таким чином, досягши деякого розміру частинок сили відриву перевищують сили прилипання. Отже, для успішного очищення стоків шляхом флотації важливий як характер зв'язку суспензії з бульбашками, а й їх розміри.

Способи насичення води пухирцями

Існує чимало прийомів, які забезпечують появу у стічних водах газових пухирців. Основні способи, що використовуються під час проведення флотації, це:

Компресійний (або напірний) спосіб, заснований на підвищенні розчинності повітря у воді при збільшенні тиску.
Механічний спосіб заснований на інтенсивному перемішуванні рідини з повітрям.
Пропускання стічних вод через пористі матеріали, що призводить до їх диспергування.
Електричний спосіб, заснований на процесі електролізу води, що супроводжується появою бульбашок газу.
Хімічний спосіб, що зумовлює утворення бульбашок у ході хімічних реакцій певних реагентів із компонентами стічних вод.
Вакуумний спосіб, що характеризується зниженням тиску.

Напірна флотація

Є найбільш ефективною для вилучення дрібнодисперсних та колоїдних суспензій низької концентрації. Воду, що очищається, насичують повітрям під тиском до 7 МПа в спеціальному реакторі - сатураторі. Після виходу води з нього тиск різко знижується до нормального (атмосферного), що провокує інтенсивний процес виділення бульбашок повітря.

Для того, щоб значно підвищити ефективність очищення вод, флотацію поєднують з коагуляцією та флокуляцією. Обидва ці прийоми сприяють збільшенню розміру нерозчинених частинок. Коагулянтами є неорганічні сполуки, зазвичай солі тривалентного заліза або алюмінію, так і деякі органічні речовини. Флокулянтами є спеціальні полімери, молекули яких у водному середовищі утворюють заряджену сітку, здатну притягати забруднюючі частинки, що призводить до появи пластів'ячих агрегатів.

Установки та технологічні схеми

Установки, що здійснюють напірну флотацію, можуть розміщуватися у приміщеннях, а й поза ними. Так, перші підходять для невеликих обсягів, якщо витрата води становить не більше 20 м-коду 3 /год, а другі мають набагато більшу продуктивність. Часто влаштовується комбіноване розміщення споруд, коли великі об'єкти, наприклад, сатуратор і флотокамера, знаходяться просто неба, а насоси в приміщенні.

У разі розміщення установок за умов можливого зниження температури повітря до негативних значень необхідно передбачити систему підігріву піни. Класичне встановлення для проведення компресійної флотації складається з наступного обладнання:

Насоси для подачі рідин.
Компресора для підведення повітря (або будь-якого газу) у систему водоочищення.
Сатуратора (інша його назва - напірний бак), в якому проводиться розчинення повітря в стічних водах.
Флотокамери, якщо процесом передбачена стадія укрупнення частинок суспензії.
Реагентний пристрій, що включає пристосування для дозування і змішування реагентів з рідиною, що очищається.
Систему контролю процесу очищення.

Технологічні схеми, що передбачають очищення стічних вод методом флотації з підвищенням тиску, можуть бути:

Прямоточними, коли повний об'єм рідини, що очищається, проходить через сатуратор.
Рециркуляційними, коли через сатуратор проходить лише 20 – 50 % освітленої рідини.
Частково прямоточними, коли близько 30 -70 % неочищених вод надходить у сатуратор, а решта їх частина подається одночасно у флотокамеру.

При виборі однієї з цих схем беруть до уваги фізико-хімічні властивості стоків, що очищаються, вимоги до ступеня очищення, місцеві умови та економічні показники.

Електрофлотація

Стали використовувати у другій половині 20 століття. Тоді виявилося, що електролізні гази набагато ефективніші, ніж інертні або повітря, збільшують інтенсивність флотації. Це дозволяє виділяти нерозчинні у водах нафтопродукти, мастила, малорозчинні сполуки важких та кольорових металів, які утворюють у стоках стійкі емульсії. Але крім електролізних газів видалення деяких домішок впливає штучно створене електричне полі, у якому заряджені частинки рухаються до протилежно зарядженим електродам.

Істотним недоліком електрофлотації є мала продуктивність, висока вартість електродів, їх зношування та забруднення, а також вибухонебезпечність.

Метод пінного фракціонування

Зводиться він до адсорбції розчинених поверхнево-активних речовин (ПАР) на газових бульбашках, що піднімаються вгору крізь розчин. При цьому інтенсивно утворюється піна, збагачена адсорбованою речовиною.

Важлива сфера застосування такого різновиду флотації - це очищення вод від миючих засобів, що застосовуються в пральні. Також він підходить для виділення активного мулу, що утворюється при біохімічному очищенні.

Збагачення руд

p align="justify"> Процес флотації успішно застосовується при первинній переробці всіляких руд, що дозволяє відокремити цінну фракцію з підвищеним вмістом металу або його сполук. Основується він на відмінностях властивостей поверхні мінералів, що розділяються.

Флотація руди є трифазним процесом:

тверда фаза являє собою подрібнену корисну копалину;
рідкою фазою є пульпа;
газову фазу утворюють бульбашки повітря, що пропускаються через пульпу.

Флотація буває пінною, плівковою чи масляною - залежно від форми продукту, що утворюється на поверхні рідкої фази.