– это процесс молекулярного “прилипания” частиц к поверхности раздела фаз, чаще всего газа и воды, обусловленной избытком свободной поверхностной энергии поверхностных пограничных слоев, а также явлениями смачивания. Применяется флотация для очистки воды от взвешенных твердых частиц, нефтепродуктов, масел, жиров, поверхностно-активных веществ.
Процесс флотации
Метод флотации (очистки) заключается в насыщении воды пузырьками газа (воздуха) и образовании комплексов частица – пузырек газа, всплывание этих комплексов на поверхность обрабатываемой воды и удалении возникающего пенного слоя с этой поверхности. Образование комплекса частица-пузырек, являющегося основой флотационного процесса, обусловлено явлениями смачивания.
Если капля воды, нанесенная на поверхность, растекается по этой поверхности, то говорят, что поверхность смачивается. Если эта капля не растекается, а сохраняет приблизительно шарообразную форму, то поверхность считается несмачиваемой. Примером смачиваемой поверхности является поверхность чистого стекла, несмачиваемой – поверхность воска или парафина. Степень смачиваемости поверхности может быть оценена краевым углом смачивания? (рис.1.)
Рис. 1. Краевой угол смачивания
Если краевой угол смачивания равен нулю, то поверхность считается абсолютно смачиваемой, если 180°С, то абсолютно несмачиваемой. Абсолютно смачиваемых и абсолютно несмачиваемых поверхностей в природе не существует. Поэтому условно принимают, что при? <90°C, поверхность смачиваема; при?>90°C – несмачиваема.
Причины смачиваемости и несмачиваемости поверхности кроются в полярном строении молекул. Известно, что молекулы воды имеют полярное строение, т.е. обладают определенным дипольным моментом. Кроме того, полярными являются молекулы многих веществ: кислот, оснований, солей и т.д.
Если частицу вещества, молекулы которого имеют полярное строение, поместить в воду, то в виду взаимодействия полярных молекул, эта частица будет окружена так называемым гидратным слоем, состоящим из строгосориентированных в пространстве молекул воды (рис.2.). Такая частица называется гидрофильной.
Рис.2. Строение гидратного слоя
Более строгая ориентация молекул воды наблюдается у поверхности раздела фаз. С расстоянием в связи с тепловым движением молекул эта ориентация постоянно нарушается. Подвижность молекул воды в гидратном слое сильно ограничена, поэтому она обладает рядом свойств, отличных от свойств воды, находящейся в объеме. К ним можно отнести повышенную прочность, более низкую температуру замерзания, такая вода плохо растворяет газы и другие вещества. Эти свойства проявляются тем больше, чем больше полярность молекул частицы.
Если частица состоит из молекул с неполярным строением, то гидратные слои не образуются, частица называется гидрофобной.
Наиболее важным свойством гидратных слоев для флотация является их прочность. Наряду с полярностью молекул на прочность гидратных слоев оказывает влияние наличие на поверхности частиц неровностей (выступов, впадин), а также адсорбция некоторых веществ (ПАВ), слабо взаимодействующих с молекулами воды. Из-за того, что неровности являются значительным препятствием для взаимодействия молекул воды в поверхностном слое, на частицах веществ даже с высокой полярностью молекул, но имеющих развитую поверхность, могут образовываться достаточно слабые гидратные слои.
Флотация, метод флотации, процесс флотации – статья на сайте “студент-строитель.ру”
Использование: обогащение полезных ископаемых, флотация руд. Сущность изобретения: в колонной флотационной машине с вертикально расположенной зоной минерализации исходную пульпу подают в зону минерализации нисходящим потоком. Одновременно подают в нее аэрирующий воздух. Разделяют пенный и камерный продукты. Подачу исходной пульпы производят с расходом, обеспечивающим в зоне минерализации приведенную скорость нисходящего потока пульпы в пределах 0,2 - 0,5 м/с. Удельный расход аэрирующего воздуха при этом поддерживают в пределах 0,1 - 0,5. 2 ил.
Изобретение относится к области обогащения полезных ископаемых способом флотации в колонных флотационных машинах и может быть использовано при переработке рудного и нерудного сырья, а также при очистке сточных вод. Известен способ флотации, осуществляемый в колоннах пневматических флотационных машин с вертикально расположенной зоной минерализации, в которую подают исходную пульпу восходящим потоком с одновременной подачей в этот поток аэрирующего воздуха. При этом расход исходной пульпы поддерживают на такой величине, чтобы ее приведенная скорость в зоне минерализации не превышала скорости всплытия пузырьков аэрирующего воздуха. Такое соотношение скоростей указанных технологических сред приводит к образованию в зоне минерализации восходящего прямоточного пульповоздушного потока, в котором скорость всплытия пузырьков возрастает из-за наложения скорости восходящего потока пульпы. Процесс разделения пенного и камерного продуктов идет в условиях прямотока пульповоздушной смеси, в которой скорость движения восходящего потока пузырьков воздуха выше скорости движения восходящего потока твердых частиц (авт. св. СССР N 1351684, кл. B 03 D 1/24, опубл. БИ N 42, 1985). Известный способ флотации имеет следующие недостатки: 1. Из-за повышенной скорости всплытия пузырьков снижается время их пребывания в зоне минерализации (оно составляет примерно 4 8 с для промышленных машин, работающих на основе известного способа), поэтому происходит недогруз пузырьков, то есть снижается степень их минерализации, приводящая к снижению удельной производительности способа. 2. Повышенная скорость всплытия пузырьков требует повышенного удельного расхода аэрирующего воздуха для поддержания необходимого газосодержания, что требует повышения энергозатрат на аэрацию. 3. Из-за повышения скорости всплытия пузырьков и высокого удельного расхода аэрирующего воздуха усиливаются крупномасштабные вихревые движения флотационной системы и возникает значительное продольное перемешивание, приводящее к увеличению неравномерности пульповоздушного потока. Указанные факторы препятствуют повышению удельной производительности способа. 4. Сниженная вероятность прикрепления твердых частиц к пузырькам воздуха из-за их высокой относительной скорости также приводит к снижению удельной производительности способа. Широко известен способ флотации, осуществляемый в колонных пневматических флотационных машинах с вертикально расположенной зоной минерализации, в которую непрерывно нисходящим потоком подают исходную пульпу с одновременной встречной подачей аэрирующего воздуха восходящим потоком и ведут процесс разделения пенного и камерного продуктов в условиях противотока пульпы и газовой фазы. Для поддержания оптимального газосодержания пульпы, которое в известном способе составляет менее 0,3 подачу исходной пульпы осуществляют с расходом, обеспечивающим приведенную скорость нисходящего потока пульпы (по отношению к сечению зоны минерализации) в пределах 0,01 0,03 м/с, то есть меньшую, чем скорость всплытия пузырьков. Удельный расход аэрирующего воздуха при этом задают в пределах 1,0 2,5. При указанных соотношениях расходов пульпы и воздуха относительная скорость встречного движения частиц и пузырьков воздуха в противотоке составляет примерно 0,12 м/с (Рубинштейн Ю.Б. Противоточные пневматические флотационные машины. М. Цветметинформация, 1979, с. 19, 21-25). Известный способ флотации имеет следующие недостатки: 1. Повышенный удельный расход аэрирующего воздуха по отношению к расходу исходного питания приводит к образованию крупномасштабных вихревых движений флотационной системы и, как следствие, к значительному продольному перемешиванию, что ухудшает условия флотации, то есть приводит в свою очередь к снижению вероятности сохранения флотокомплексов. Коэффициент же продольного перемешивания зависит от интенсивности вихревых движений, которая возрастает с увеличением расхода воздуха и поэтому не позволяет достичь максимального (0,3) газосодержания флотационной системы и, следовательно, ограничивает удельную производительность известного способа. 2. В восходящем потоке пузырьков аэрирующего воздуха при его отмеченном значительном удельном расходе активизируется процесс коалесценции слияния и укрупнения пузырьков, что приводит к сокращению их суммарной поверхности контакта и к неравномерности их распределения по сечению зоны минерализации и, как следствие, к снижению удельной производительности способа. 3. Повышенный удельный расход аэрирующего воздуха повышает энергоемкость известного способа. 4. Сравнительно высокая относительная скорость противонаправленного движения частиц и пузырьков воздуха снижает вероятность прикрепления частиц к пузырьку, то есть условия флотации ухудшаются и удельная производительность снижается. 5. Малое время пребывания пузырьков воздуха в зоне минерализации, составляющее 4 8 с, также ограничивает удельную производительность известного способа. Цель изобретения повышение удельной производительность и снижение энергозатрат на аэрацию. Сущность изобретения заключается в том, что в способе флотации, осуществляемом в колонных флотационных машинах с вертикально расположенной зоной минерализации и включающем в себя подачу исходной пульпы в зону минерализации нисходящим потоком с одновременной подачей в нее аэрирующего воздуха, разделение пенного и камерного продуктов, согласно изобретению подачу исходной пульпы производят с расходом, обеспечивающим в зоне минерализации приведенную скорость нисходящего потока пульпы в пределах 0,2 0,5 м/с, а удельный расход аэрирующего воздуха при этом поддерживают в пределах 0,1 0,5 по отношению к расходу исходной пульпы. Техническим результатом предполагаемого изобретения является увеличение времени пребывания пузырьков воздуха в зоне минерализации по сравнению с известным способом почти на порядок. В зависимости от заданного соотношения расходов пульпы и аэрирующего воздуха время пребывания пузырьков воздуха в пульпе согласно способу составляет 20 60 с, что обеспечивает значительное повышение его удельной производительности за счет полной загрузки пузырьков. На фиг. 1 схематически показана часть зоны минерализации, заключенной в колонне, и часть горизонтального участка зоны разделения; на фиг. 2 график зависимости извлечения и удельной производительности q от приведенной скорости пульпы U ж.пр. при удельном расходе аэрирующего воздуха, составляющем 0,05, 0,1, 0,3, 0,5, 0,6, 0,7. Согласно предложенному способу флотации в вертикально расположенную зону минерализации, ограниченную вертикальными стенками 1 колонны, непрерывно подают исходную пульпу нисходящим потоком. При этом расход исходной пульпы задают таким, чтобы в зоне минерализации обеспечивалась приведенная скорость нисходящего потока пульпы в пределах 0,2 0,5 м/с. Аэрирующий воздух подают одновременно в верхнюю часть зоны минерализации в виде воздушных пузырьков 2 необходимого диаметра. Удельный расход аэрирующего воздуха поддерживают в пределах 0,1 0,5 по отношению к расходу исходной пульпы. Указанный диапазон изменения удельного расхода воздуха обеспечивает в нисходящем потоке пульпы оптимальную величину среднего газосодержания порядка 0,2 0,3. Так как приведенная скорость нисходящего потока пульпы в указанных пределах превышает скорость всплытия ненагруженных пузырьков 2, составляющую примерно 0,1 0,23 м/с, то пузырьки 2, увлекаемые нисходящим потоком пульпы, перемещаются ею из верхней части зоны минерализации в ее нижнюю часть. При этом время пребывания пузырьков 2 в зоне минерализации составляет 20-60 с, а время пребывания минеральных частиц 3 пульпы составляет меньшую величину, так как они имеют несколько большую скорость опускания чем пузырьки 2. Таким образом в зоне минерализации образуется нисходящий пульповоздушный поток, в котором составляющие его компоненты жидкость, минеральные частицы 3 пульпы и воздушные пузырьки 2 движутся в одном направлении вниз, то есть процесс флотации происходит в режиме движения пульпы, максимально приближенному к режиму "идеального вытеснения". Известно, что оптимальные условия слипания пузырьков воздуха и минеральных частиц наступают через 5-15 с после образования пузырьков, поэтому в течение времени пребывания в зоне минерализации, составляющем 20 60 с, пузырьки 2 получают полную минеральную нагрузку. При этом те воздушные пузырьки, которые быстрее получили полную минеральную нагрузку, быстрее и транспортируются вниз к зоне 4 разделения. Пузырьки 2, имеющие меньшую минеральную нагрузку, опускаются медленнее, то есть их время пребывания в зоне минерализации увеличивается, что позволяет этим пузырькам 2 также получить полную нагрузку. В нижней части зоны минерализации создают условия для разделения пенного и камерного продуктов известным путем, например путем изменения направления движения нисходящего потока флотационной системы на горизонтальное. Флотокомплексы в виде пенного продукта всплывают на горизонтальном участке зоны 4 разделения и скапливаются на ее верхнем уровне, откуда пенный продукт под действием гидростатического столба пульпы быстро разгружается для дальнейшего передела. Несфлотировавшийся материал (камерный продукт) также активно выгружается вместе с отработанной жидкостью. Из графика, построенного на основе экспериментальных данных (фиг. 2), следует, что уменьшать приведенную скорость пульпы до величины, меньшей чем 0,2 м/с, нецелесообразно, так как при этом значительно уменьшается удельная производительность способа из-за резкого увеличения газосодержания выше нормативного, то есть выше 0,3. При увеличении приведенной скорости более 0,5 м/с происходит падение извлечения вследствие сокращения времени пребывания пульпы в зоне минерализации. Снижение удельного расхода аэрирующего воздуха ниже 0,1 приводит к снижению извлечения на всем диапазоне изменения приведенной скорости пульпы, а повышение удельного расхода воздуха выше предельного по способу, то есть выше 0,5, не позволяет вести процесс флотации на оптимальных расходах исходной пульпы, так как при этом резко снижается извлечение. Таким образом, предложенный способ позволяет значительно увеличить удельную производительность за счет увеличения почти на порядок времени пребывания воздушных пузырьков 2 в зоне минерализации при поддержании повышенных расходов исходной пульпы и малых расходах аэрирующего воздуха, снижающих энергозатраты.
Формула изобретения
Способ флотации, осуществляемый в колонных флотационных машинах с вертикально расположенной зоной минерализации и включающий в себя подачу исходной пульпы в зону минерализации нисходящим потоком с одновременной подачей в нее аэрирующего воздуха, разделение пенного и камерного продуктов, отличающийся тем, что подачу исходной пульпы производят с расходом, обеспечивающим в зоне минерализации приведенную скорость нисходящего потока пульпы в пределах 0,2 0,5 м/с, а удельный расход аэрирующего воздуха при этом поддерживают в пределах 0,1 0,5.
Похожие патенты:
Изобретение относится к обогащению полезных ископаемых и может быть использовано при переработке как сульфидных полиметаллических золотосодержащих руд, так и при доизвлечении золота, серебра и цветных металлов из складируемых отходов горно-обогатительных полиметаллических комбинатов
Изобретение относится к процессам извлечения мелкодисперсных частиц металлов из производственных растворов, в частности, может быть использовано для извлечения коллоидного золота и других металлов, гидрозоли которых имеют отрицательный заряд
Флотация - это процесс молекулярного прилипания частиц флотируемого материала к поверхности раздела двух фаз, обычно газа (чаще воздуха) и жидкости, обусловленный избытком свободной энергии поверхностных пограничных слоев, а также поверхностными явлениями смачивания.
Процесс очистки производственных сточных вод методом флотации заключается в образовании комплексов "пузырек- частица", всплывание этих комплексов и удаление образовавшегося пенного слоя с поверхности обрабатываемой жидкости.
Прилипание частицы, находящейся в ней, к поверхности газового пузырька возможно только тогда, когда наблюдается несмачивание или плохое смачивание частицы жидкостью. Образование комплекса "пузырек-частица" зависит от интенсивности их столкновения друг с другом, химического взаимодействия веществ, избыточного давления воздуха в сточной воде и т.п. В тех случаях, когда флотацию применяют для удаления растворенных веществ, например ПАВ, процесс называется пенной сепарацией или пенным концентрированием.
Возможность образования флотационного комплекса "пузырек-частица", скорость процесса и прочность связи, продолжительность существования комплекса зависят от природы частиц, а также от характера взаимодействия реагентов с их поверхностью и способности частиц смачиваться водой. При закреплении пузырька образуется трехфазный периметр – линия, ограничивающий площадь прилипания пузырька и являющийся границей трех фаз: твердой, жидкой и газообразной. Касательная к поверхности пузырька в точке трехфазного периметра и поверхность твердого тела образуют обращенный в жидкость угол , называемый краевым углом смачивания.
Степень смачиваемости водой твердых или газовых частиц, взвешенных в воде, характеризуется величиной краевого угла смачивания . Чем больше угол , тем более гидрофобна поверхность частицы, таким образом, увеличиваются вероятность прилипания к ней и прочность удержания на ее поверхности воздушных пузырьков. Такие частицы обладают малой смачиваемостью и легко флотируются.
Энергия образования комплекса "пузырек-частица" , где s - поверхностное натяжение воды на границе с воздухом.
Для частиц, хорошо смачиваемых водой, стремится к нулю, следовательно, стремится к единице, а значит, прочность прилипания минимальна. Для не смачиваемых частиц, наоборот, энергия образования комплекса "пузырек-частица" будет максимальной.
Достоинствами флотации являются: непрерывность процесса; широкий диапазон применения; небольшие капитальные и эксплутационные затраты; простота аппаратуры;селективность выделения примесей; более высокая скорость процесса по сравнению с отстаиванием;возможность получения шлама более низкой влажности (90 - 95 %); высокая степень отчистки (95 - 98 %); возможность рекуперации удаляемых веществ.
Флотация сопровождается аэрацией сточных вод, снижением концентрации ПАВ и легко окисляемых веществ, бактерий и микроорганизмов. Это способствует успешному проведению следующих стадий очистки.
Виды флотации
Наиболее существенные принципиальные отличия способов флотации связаны с насыщением жидкости пузырьками воздуха определенной крупности. По этому принципу, можно выделить следующие способы обработки производственных сточных вод:
флотация с выделением воздуха из раствора;
флотация с механическим диспергированием воздуха (импеллерные, безнапорные и пневматические флотационные установки);
флотация с подачей воздуха через пористые материалы;
электрофлотация;
биологическая и химическая флотация.
Область применения
Вес частицы не должен превышать силы прилипания ее к пузырьку и подъемной силы пузырьков. Размер частиц, которые хорошо флотируются, зависит от плотности материала и равен 0,2 - 1,5 мм.
В практике очистки производственных сточных вод выработаны различные конструктивные схемы, приемы и методы флотации. Флотацию применяют для отчистки сточных вод многих производств: нефтепереработка, целлюлозно-бумажная промышленность, а также кожевенная, машиностроительная, пищевая и химическая. Флотацию используют для выделения активного ила после биохимической отчистки.
В зависимости от способа образования пузырьков газа различают следующие виды флотации:
напорную,
пневматическую,
механическую,
электрофлотацию,
химическую,
вибрационную,
биологическую и др,
В настоящее время на станциях очистки широко используют напорную, пневматическую и электрофлотацию.
Пена образуется на поверхности воды в результате всплывания пузырьков воздуха, несущих на себе удаляемые из воды примеси. Она должна быть достаточно прочной и не допускать попадания загрязнений в воду. Кроме того, пена должна обладать определенной подвижностью при перемещении её к сбросным устройствам. Устойчивость и подвижность пены зависит от свойств и количества реагентов и загрязнений, вносимых в пенный слой. Стабилизации пены способствует наличие в воде хлопьев коагулянта, например. Как правило, удаление пены из флотатора производят либо кратковременным подъемом уровня воды с отводом ее через лотки, расположенные равномерно по площади камеры, либо с помощью скребковых механизмов (пеногонов), перемещающих пену к сборным лоткам.
Метод пневматической флотации
Данный метод основан на подаче сжатого газа (воздуха) в аэрационно-распределительную систему флотокамеры.
Аэрационная система представляет собой мелкопузырчатые аэраторы различных типов - мембранные дисковые аэраторы, перфорированные резиновые шланги, пористые трубы и пластины и т.д. Газ под давлением проходит через отверстия аэраторов и в виде пузырьков одинакового диаметра выходит в очищаемую жидкость. Пузырьки под действием силы Архимеда всплывают, встречая на своем пути частицы загрязнений и образуя с ними довольно устойчивые комплексы.
За счет равномерной подачи воздуха и образования пузырьков с одинаковыми размерами во флотационной камере не возникает сильных турбулентных потоков, что обеспечивает надежный подъем флотокомплексов и получение устойчивого пенного продукта. Пневматические флотационные машины отличаются простотой конструкции и малыми энергозатратами, но при их проектировании и эксплуатации могут возникать такие проблемы как засорение пор, сложность в подборе мелкопористого материала.
Метод напорной флотации
Метод напорной флотации. Сущность этого метода заключается выделении пузырьков газа из пресыщенного раствора при перепаде давления. Газ выделяется в виде микропузырьков, зарождающихся непосредственно на частицах загрязнения, образуя прочные флотокомплексы. В данном методе во флотационную камеру подается два потока воды: очищаемая вода и рабочая жидкость (вода насыщенная растворенным газом в количестве 10% от общего потока). Рабочая жидкость готовится в сатураторе - аппарате, где происходит растворение газа. Рабочее давление в сатураторе составляет 3-9 Бар, время растворения не более 5 минут. В качестве рабочей жидкости может использоваться или исходная вода, но при этом усложняется эксплуатация, или очищенная вода, при этом увеличиваются габариты флотокамеры.
Очищаемая вода равномерно вводится во флотокамеру. Поток рабочей жидкости вводится через форсунки с высокой скоростью - 15-20 м/с. В результате резкого снижения давления на частицах загрязнений выделяется газ и протекает флотационный процесс.
Способ напорной флотации позволяет путем регулирования давления легко изменять количество растворенного воздуха и размер пузырьков, вводимых в обрабатываемую воду.
Метод механической флотации
Основным элементом в данном методе является импеллерный блок, включающий электродвигатель и импеллер в обсадной трубе.
За счет высокой скорости вращения создается воронка и разряжение в нижней части, через отверстия обсадной трубы подсасывается воздух и попадает под вращающиеся лопатки, которые его дробят на мелкие пузырьки. Именно эти пузырьки и распределяются по объему жидкости и благодаря им протекает процесс флотации. К достоинствам механической флотации можно отнести простоту конструкции и малые энергозатраты, но при данном типе флотации из-за вращающихся частей создаются турбулентные потоки, которые могут разрушить сформировавшиеся флотокомплексы.
Метод электрофлотации
Сущность этого метода заключается выделении газовых пузырьков на электродах при прохождении электрического тока.
Кроме того, применение для электрофлотации алюминиевых или стальных электродов обусловливает переход ионов алюминия или железа в раствор, что способствует коагулированию мельчайших частиц механических примесей сточной воды.
Электрофлотационные аппараты состоят из корпуса и электродов, пространство между которыми заполнено очищаемой жидкостью. При подключении электродов к источнику питания происходит выделение газов на электродах: на аноде - кислорода, на катоде - водорода. Наряду с этим происходит растворение анода, изготовленного из дюралюминия (или стали). Образующийся гидроксид алюминия (железа) сорбирует частицы загрязнений с образованием хлопьев. Одновременно пузырьки кислорода и водорода слипаются с образующимися хлопьями. Флотокомплексы хлопья - пузырьки газов поднимаются вверх и образуют пенный слой. Электрофлотация - это очень эффективный, но вместе с тем очень энергозатратный метод очистки воды, поэтому его целесообразно применять только для трудноочищаемых 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.
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.
- Относительно небольшие затраты в процессе эксплуатации.
- Простота оборудования.
- Возможность выделения определенных загрязнителей.
- Скорость процесса флотационной очистки от некоторых взвесей выше скорости оседания.
- Возможность удаления таких загрязнителей как нефтепродукты.
- Продуктом флотации является шлам с не очень высоким содержанием воды.
С особенностью самого флотационного процесса связаны и его минусы.
- Так как флотация зависит от гидрофобности вещества, применять ее можно для удаления не всех загрязняющих компонентов.
- Зачастую приходится использовать реагенты для повышения гидрофобности загрязнителей и устойчивости полученной пены.
- 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.
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.
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.
