Роль дисперсионной среды во флотации при электрохимических воз-действиях Текст научной статьи по специальности «Химия». Дисперсионный флотатор

Флотатор

Флотатор (флотационная установка) для очистки сточных вод – это устройство, предназначенное для удаления мелкодисперсных примесей из воды физико-химическим методом.

Флотация – самый распостраненный способ извлечения из водных дисперсий (суспензий, эмульсий) и растворов частиц, механических примесей, молекул и ионов, имеющих гидрофобные свойства, со всплывающими с пузырьками воздуха, прилипающими к частицам и концентрирующимися на их поверхности. Отделяя, всплывшие пузырьки с загрязнениями (флотошлам) от воды, обеспечивается её очистка. Процесс флотации природных и сточных вод зависит от многих факторов, в т.ч. от физико-химических свойств компонентов воды, условий образования пузырьков воздуха, гидродинамической обстановки, создаваемой в аппарате. Необходимые для извлечения частиц условия могут быть искусственно созданы путем применения специальных реагентов.

Основной задачей флотатора является выделить и высадить из воды растворенные в ней загрязняющие вещества, переведя их в нерастворимую форму. При этом в прибор подается воздух для повышения эффекта очистки. 

Принцип работы флотатора для очистки сточных вод

 

Принцип работы флотатора основан на пропускании через очищаемую среду пузырьков воздуха с целью образования пены. Данная пена называется флотошлам, который снимается и отводится на специальные устройства по обезвоживанию. Для того чтобы пузырьки захватывали и уносили с собой загрязнения, необходимо предварительное добавление специальных веществ – коагулянтов и флокулянтов. Данные вещества обладают высокой адгезивностью, то есть они помогают загрязняющим веществам слипаться друг с другом и с пузырьками воздуха, образовывая так называемые флоккулы. Пузырек, проходя из сопла или форсунки распределяющего устройства наверх, захватывает с собой липкие загрязняющие вещества. Такой процесс проводится до тех пор, пока вода не достигнет нужного эффекта очистки.

Сложность процесса заключается в том, чтобы точно подобрать дозу коагулянта и флокулянта так, чтобы сила адгезии была достаточно высока, для слипания с пузырьком, но при этом образовавшиеся хлопья были не слишком большого веса, чтоб не повредить пузырек воздуха. 

Схема, включающая флотатор для очистки сточных вод

 

Технология, предполагающая флотатор в качестве главного обрабатывающего модуля, всегда включает реагентное хозяйство и устройство для создания пузырьков воздуха. Реагентное хозяйство представляет собой емкость с реагентами (коагулянты, флокулянты, щелочь для корректировки pH) и реактор для смешения реагента с водой. В качестве устройства для создания пузырьков воздуха, как правило, используется сатуратор, представляющий собой камеру смешения воздуха с водой с целью создания водовоздушной смеси. Далее эта смесь направляюется во флотатор. Устройство сатурации оснащено мощным насосом для нагнетания воздуха. Флотатор никогда не используется отдельно, он всегда включен в общую схему очистки воды. Полная схема, как правило, состоит из этапов предварительного отстаивания, физико-химической обработки (флотатор или коагулятор) и последующей механической очистки на фильтрах. Иными словами, флотатор не может обеспечить всю очистку, это только отдельный узел, требующий предварительной обработки и последующей. Попадание во флотатор песка или других грубодисперсных примесей приведут к поломке прибора. Также данный прибор не может обеспечить обеззараживание и полную очистку от нефтепродуктов. Поэтому, после него необходима ультрафиолетовая установка и сорбционные (или механические) фильтры. 

Принципиальная схема, основанная на процессе флотации

 

 Флотация – это обработка сточных вод пузырьками воздуха с целью извлечения растворимых и эмульгированных веществ. Вода поступает на главный обрабатывающий модуль. Туда же в напорном (или безнапорном) режиме подается заранее приготовленный реагент в реакторе. Также во флотатор подаются пузырьки воздуха с помощью устройства сатурации. Во флотаторе для очистки воды происходит обработка сточных вод реагентами и пузырьками воздуха, происходит всплытие большей части флокул в виде флотошлама. Всплывший флотошлам убирается с поверхности воды скребковым транспортёром в шламосборник. Данный шлам очень неустойчив к механическим колеваниям, поэтому с поверхности воды он собирается аккуратно с целью не разбить пену. 

Устройство флотатора

 

 Флотатор – это открытая емкость из стали или пластика, оснащенная скребковым механизмом для сбора флотошлама и имеющая коническую форму снизу. Флотатор подразумевает наличие в нем патрубков для подачи водовоздушной смеси из сатуратора, для сброса флотошлама и аварийного опорожнения, для подачи сточных вод и отвода очищенной воды. Установка флотатора, как правило, располагается на площадке обслуживания для удобства. 

Типы флотаторов

Флотаторы для очистки сточных вод отличают по тому, как происходит насыщение воды пузырьками и по характеру пузырьков. Самыми распространенными способами являются механическая, напорная и электрофлотация. Напорная флотация подразумевает наличие камеры сатурации и насосной группы. К тому же, в данном методе часто используются реагенты. Электрофлотация не нуждается в реагентном хозяйстве и сатураторе, так как основана на растворении электродов в воде. 

Механическая флотация

 

 Механическая (или импеллерная) предполагает наличие мешалки, которая при высокой скорости вращения разбивает в воде пузырьки воздуха. Такой вид водоочистки подходит для воды, склонной к пенообразованию и насыщенной газами. При механическом способе нельзя использовать реагенты, так как турбулентные потоки, создаваемые мешалкой, попросту разбивают хлопья загрязнений. На данный момент механическая флотация не распространена, так как редко обеспечивает достаточный эффект очистки. Как правило, к данному сегменту очистки относятся флотаторы для очистки сточных вод от нефтепродуктов. 

Напорная флотация

 

 В данном случае флотаторы для очистки сточных вод оснащаются устройство сатурации и реагентным хозяйством. Сатуратор представляет собой камеру, в которой происходит нагнетание воздуха под давлением выше атмосферного. Среду, приготовленную в сатураторе, называют водовоздушной смесью. Это наиболее распространённый вид флотации и чаще всего используемый. Процесс очистки происходит за счет предварительной обработки воды реагентом (коагулянтом или флокулянтом) и последующей обработки напором водовоздушной смеси. Каждый пузырек газа прикрепляет к себе загрязнения, так как обладает большой силой притяжения за счет границы раздела фаз (вода-воздух). Предварительная подготовка воды реагентом улучшает очистку, так как создает флоккулы (мицеллы), которые также обладают определенной силой притяжения. Основная часть воды отводится через патрубок очищенной воды на дальнейшую очистку или на сброс. Сверху специальное скребковое устройство снимает флотошлам – загрязнения, унесенные с пузырьками воздуха наверх в концентрированном виде. 

Реагентное хозяйство

 

В некоторых методах флотации для улучшения эффекта очистки используются следующие реагенты: реагенты для корректировки pH — это кислоты и щелочи, которые добавляются в воду для обеспечения нормальных условий работы коагулянта и флокулянта; коагулянты – реагенты, которые способствуют хлопьеобразования и представляют собой соли железа и алюминия; флокулянты – реагенты, которые создают более крупные и устойчивые хлопья (флокулы) и представляют собой полиакр

Флотатор для очистки сточных вод применение и технология

Сегодня забота об окружающей среде выходит на качественно новый уровень. В особенности это касается очистки стоков, которые затем сливаются в грунт и пруды. Чтобы обеспечить максимальное качество удаления примесей и нейтрализовать негативное влияние патогенных микроорганизмов на среду, используются различные методы очистки (их подбор осуществляется с учетом типа загрязнения). Наиболее эффективной методикой считается флотация, осуществляемая в специальном оборудовании (электрическом флотаторе). Чаще всего флотация для очистки сточных вод является вспомогательным методом очистки к обычной механической. После механической обработки стоков, их отстаивания в серой воде практически всегда остаются частички мусора, которые легче молекул жидкости в десятки раз. Именно для их удаления и используется флотация.

Технология флотации для очистки стоков: определение и принципы действия метода. Что такое флотация?

В переводе с английского флотация означает плавание на поверхности воды. В сфере водоочистки она используется для выделения мелких твердых частичек, коллоидных взвесей, растворенных веществ. В основе процесса – индивидуальная способность к смачиванию и поведение сред на границе раздела газовой и жидкостной фаз. Не смачиваемыми водой являются только гидрофобные вещества, а гидрофильные соединения отличаются высокой смачиваемостью. Упрощенно процесс флотации можно описать следующим образом. В очищаемую воду подается диспергированный воздух, гидрофобные частички начинают приближаться к пузырьку воздуха, прослойка воды между гидрофобной частицей с воздушным пузырем истончается и разрывается. В результате образуется комплекс из гидрофобной частицы и пузырьков газа, который затем всплывает на поверхность стоков, поскольку он имеет меньшую, чем гетерогенная система, плотность. Этот пенистый слой постепенно удаляется с помощью специального механизма.

Флотационная очистка сточных вод: что собой представляют флотаторы

Флотатор – аппарат для разделения загрязняющих веществ и воды с применения воздушного потока. Он содержит систему смешения с реагентами, pH-контроллер. Система смешения функционирует в автоматическом режиме и непосредственно зависит от поступающего потока воздуха. Также флотатор может оснащаться пузырьками, удаляющими образующуюся пену.

От чего зависит эффективность флотации для очистки воды (важные параметры)

На эффективность процесса флотации оказывает влияние целый ряд факторов. Так чем больше показатели гидрофобности частичек, тем лучше они взаимодействуют с пузырьками воздуха и флотационным комплексом. Но поскольку значительная часть примесей является гидрофильной, в стоки нужно добавлять специальные реагенты – они повышают гидрофобность загрязнителей.

Также пузырьки должны быть стойкими к разрушениям и достаточно крупными – в таком случае они смогут без проблем поднять загрязнители на поверхность воды. Но учтите, что слишком крупные пузырьки всплывают, не успев вступить в контакт с загрязняющими веществами. Очень важную роль в процессе флотационной очистки стоков играет общее число воздушных пузырьков и равномерность их распределения.

Плюсы и минусы использования флотации

Метод флотации, как любой другой способ очистки стоков, имеет свои сильные и слабые стороны. Начнем с преимуществ:

1. Стоимость методики является максимально доступной.
2. Оборудование недорого стоит и не требует сложного обслуживания.
3. Ряд примесей из воды в процессе флотации выделяется очень хорошо.
4. Скорость очистки стоков получается высокой.

К недостаткам можно отнести избирательное воздействие воздуха на загрязнители, имеющие разные показатели гидрофобности. Также вам нужно будет регулярно проверять настройки электрического флотатора и использовать специальные реагенты (если вы, конечно, хотите добиться максимальной эффективности очистки).

Виды и способы флотации, используемые для получения ультрачистой воды

Очистка стоков методом флотации осуществляется разными способами. Рассмотрим их.

Выделение пузырей воздуха из специального раствора. Технология напорной флотации для очистки стоков

В данном случае воздух выделяется вакуумным или напорным методом. В случае с напорным выделением пузырьков в воду под давлением запускают кислород, в результате чего на поверхности стоков и начинают образовываться пузырьки. При вакуумной флотации сточная вода проходит через камеру аэрации, в которой насыщается воздухом. Затем стоки подаются в дезаэратор, из воды удаляется лишний (не растворенный) воздух, а серая жидкость переливается во флотационную камеру. В камере давление опускается до критических показателей, в результате чего и начинают образовываться воздушные пузырьки. Данный способ идеально подходит для удаления мелкофракционных и мелкодисперсных включений.

Механический способ насыщения воды воздухом

Данный способ обогащения стоков воздухом состоит в (один из вариантов):

1. Их перемешивании турбиной в специальной центрифуге. За образование небольших пузырьков отвечает импеллер, он же удаляет жиры и нефтепродукты. Устройство позволяет изменять величину пузырьков в процессе флотации – чем быстрее вращается турбина, тем меньше будут пузыри.
2. Перемешивании воды с помощью рабочего колеса с лопастями. Метод относится к безнапорным, он хорош для удаления крупнодисперсных, волокнистых примесей (шерсть, нити, волосы, пр.). Пузырьки в данном случае получаются крупными.
3. Обогащении стоков воздухом с применением специальных труб, расположенных на дне грязевого резервуара. Данный способ называется пневматическим, его используют при необходимости очистки агрессивных для обработки в безнапорном колесе или импеллере водных масс.

Все схемы предполагают проведение воды через стадию завихрения.

Насыщение воды воздухом с использованием пористого материала

Способ состоит в проведении воздушного потока через специальные пористые структуры. Пример – специальные тонкие пластинки со щелями по периметру. Чем тоньше щели, тем меньше пузырьки.

Электролиз

Одна из наиболее эффективных методик. В стоки помещаются специальные электроды, по которым поступает ток. В зоне расположения электродов и месте их контакта с водой формируются воздушные пузырьки. Железные и металлические электроды дополнительно могут выполнять роль коагулянтов и, соответственно, формировать взвешенные частички мусора. Все вместе это способствует повышению эффективности очистки.

Реагенты во флотации

Для повышения качества очистки сточных масс могут использоваться реагенты. Они повышают степень гидрофобности содержащихся в воде примесей. Различается два типа реагентов:

1. Усилители гидрофорбности примесей или собиратели – это масла, меркаптан, соли аммония, нефтепродукты.
2. Вещества, стабилизирующие пену на поверхности воды – пенообразователи. Данные компоненты предупреждают преждевременное разрушение пузырьков. Самые популярные варианты – фенолы, сосновое масло, крезол.

Область применения флотации

Флотация удаляет взвеси, которые не подвергаются осаждению. Флотационный процесс незаменим для очистки водных масс от жиров, волокнистых включений, нефтепродуктов, ПАВов и других компонентов. Также флотацию часто используют для удаления взвесей активного ила.

Хотите купить напорный или любой другой флотатор по обоснованной цене?

Флотация – методика эффективная, но использовать ее в самостоятельном виде просто нет смысла. Устанавливайте флотаторы после отстойников, а покупку оборудования совершайте в сертифицированных точках продаж. Перед оформлением заказа сравните финансовые условия сотрудничества разных точек.

Флотатор

Флотатор является приспособлением, призванным извлекать из дисперсионных продуктов и разнообразных растворов части с выраженными гидрофобными характеристиками, с газообразной или воздушной, абсорбируемой составляющей. Это устройство очищает от загрязнения природную и сточную воду.

 

Флотаторы основаны на процессе флотации, который зависит от физико — химических особенностей среды, условий возникновения воздушных пузырей, гидродинамики в установке. Они состоят из множества насосов, компрессорных установок, камер флотации и удаляющих лишнее приспособлений. 

При необходимости воссоздания определенного состояния для очистки применяются сложные реагенты. Их порции и маркировку определяют во время эксплуатации устройств для очистки промышленным путем. Если проще, флотация происходит так: активная частица приближается к пузырю, закрепляется там, и вместе они отделяются от жидкой субстанции. В реальности все несколько усложняется. Флотаторы сочетают с иными механизмами, призванными механически, химически или биологически извлечь из водной среды масло, металл, продукты нефтяной промышленности. Они повсеместно устанавливаются на местах производства масла, нефти, в разнообразных пищевых компаниях. Конструкция флотаторов зависит от разновидностей флотации, принцип действия которой может быть, например, напорным. В этом случае вода насыщается газом под большим давлением, а если это давление снизить, появляются пузыри. Следующий вид флотации – пневматический. При нем газообразное вещество запускают в водную среду посредством приспособления с перфорацией. Также существуют виброфлотация, селективная, центробежная флотация и т. д. 

Флотационные установки очень разнообразны по своей конструкции в зависимости от особенностей применения. Рассмотрим для примера флотаторы СГ–Пром. Главным их отличием является факт, заключающийся в слиянии двух камер, как флотационной, так и сепарационной, что позволяет применить разделение фаз на тончайшие слои. При уменьшении размеров и цены данные флотаторы выделяются высочайшей очисткой. Также отметим и флотаторы DAF. Эти высокотехнологичные механизмы очищают с помощью восходящей струи воздуха, которая растворяется в водной среде и создает мельчайшие пузыри. Они насыщают жидкость, образуя прослойку мельчайших частиц. При всплытии данный слой автоматизировано снимается.

Флотационные установки для очистки сточных вод, Промсток

Флотация – эффективный способ очистки сточных вод, который является очень простым и экономичным, и в то же время имеет высокую производительность и характеризуется качественной очисткой стоков.
Флотационные методы лучше других справляются с удалением из стоков:
• поверхностно активных веществ;
• белки;
• жиры;
• нефтепродукты.

Цели обуславливающие применение флотаторов

Для целей очистки стоков применяют специальные флотационные машины, устройства напорного типа, механические, электрофлотационные и другие аппараты.
Зачастую механический флотационный способ очистки используют для стоков содержащих легкофлотируемые гидрофобные загрязнения, к которым относятся жиры, масла, нефтепродукты и другие вещества.
Если следует очистить сточные воды от загрязняющих веществ, которые перед флотацией следует агрегировать, то применение таких устройств без предварительных этапов очистки является неэффективным.

Турбулентные потоки внутри камеры разрушают агрегаты загрязнителей, чем усложняют процесс очистки. Поэтому флотационные аппараты очищающие стоки механическим путем зачастую применяют для очистки нефтесодержащих и жиросодержащих стоков. В таких водах загрязнители являются легко флотируемыми, что обеспечивает высокую степень очистки.
Также оправданным является использование механических флотаторных машин в тех случаях, когда напорные устройства применять нецелесообразно (например, для очистки стоков с температурой 30-60°С). Обуславливаются такие ситуации ухудшением показателей растворяемости газов в воде, что влечет за собой снижение эффективности работы напорных машин.

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

Процесс флотации

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

Виды флотаторов

Флотационные очистки можно разделить на три вида, в зависимости от способа получения пузырьков:
• флотация с помощью пузырьков, образованных путем механического разделения воздуха. Делают это каскадным методом или с помощью механических турбин-импеллер, пористых пластин, форсунок;
• флотация с помощью пузырьков, которые образовываются от пересыщенных растворов воздуха в стоках, может быть напорной и вакуумной;
• электрофлотация.

Этапы флотационной очистки

Процесс флотации, а именно непосредственного образования комплекса из загрязнителя и пузырька, происходит в три этапа:
1. Приближение пузырька к загрязняющей частице;
2. Соприкосновения пузырька и частицы;
3. Прилипание загрязняющей частицы к поверхности пузырька.
На прочность и длительность соединения этих элементов влияют:
— размер частицы загрязнителя и пузырька;
— веса загрязнителя;
— физико-химических особенностей частицы, воздуха и сточной воды;
— гидродинамических условий и т.д.
Непосредственно процесс флотации происходит следующим образом. Зачастую и поток жидкости, и воздушный поток движутся в одном направлении. Взвешенные загрязняющие частицы распределены по всему объему стоков, и во время совместного движения с пузырьками они сталкиваются и соединяются. В том случае, если размер воздушного пузырька слишком велик, по сравнению с размерами частицы, то и скорость движения у него будет намного ниже, что делает процесс соединения этих элементов практически невозможным. А еще крупные пузырьки нередко становятся виновниками разрыва уже существующих связей между пузырьком и частицей. Поэтому во флотаторах должны находиться пузырьки не больше определенного размера.

Вакуумная флотация

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

Напорная флотация

Напорная флотация протекает в две стадии.
Первая – насыщение стоков воздухом под давлением, данный процесс происходит в специальной камере — сатураторе. Атмосферный воздух закачивается с помощью специальных компрессоров и воздуходувок. Сточная жидкость, попадающая в камеру насыщения, поступает фактически после предварительной обработки в самом корпусе флотатора. Можно смело говорить что это фактически рециркуляция очищаемого стока. 
Вторая – отделение пузырьков воздуха подходящего размера и подъем на поверхность взвешенных и эмульгированных веществ. Необходимо понимать что всплывающая шламовая масса в постоянном режиме удаляется специальными механическими устройствами.
В том случае, когда этот процесс не сопровождается добавлением реагентов, напорную флотацию считают механическим способом очистки стоков.

Импеллерная флотация

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

Флотация с подачей воздуха через пористые материалы

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

Электрофлотация

Стоки насыщаются воздухом за счет пузырьков, которые образовываются на катоде. Электрический ток при этом влияет на химический состав жидкости, состояние и особенности нерастворимых в воде примесей. Эти изменения могут носить как положительный, так и отрицательный характер. Очень важно: при работе электрофлотатора происходит постоянное выделение кислорода и водорода, это взрывоопасная смесь. Для эффективной работы необходимо обеспечить постоянную вентиляцию оборудования, с применением вентиляторов в взрывобезопасном исполнении. 

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

подробное описание процесса, преимуществ и недостатков 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.

Методы флотации и коагуляции нефтесодержащих вод

Методы физико-химической очистки воды от нефти постоянно совершенствуются, что подтверждает реализация процесса флотации в конструкции многокамерных флотационных установок. Такие системы флотации получили довольно широкое распространение.

Сточные воды тепловых электростанций, загрязненные нефтепродуктами, при помощи гидроэлеватора подаются в камеру грубой очистки. Расход воды на гидроэлеваторе составляет примерно половину от всего объема рециркуляционной воды.

В камере грубой очистки стоки очищаются в гидроциклоне, а затем поступают последовательно в три флотационные камеры. Конечная станция очистки – отстойная камера. В каждом флотационном отделении очищаемые воды находятся от 5 до 15 минут, расход рециркуляционной воды в каждом отделении — около 15% от общего объема.

Общая продолжительность очистки в установке составляет от 25 минут до 1 часа.

Многокамерные флотационные установки предназначены для эффективной очистки сточных вод, в которых содержание нефтепродуктов невелико и не превышает 100 мг/л.

Наиболее оптимальны по конструкции флотационные установки с вращающимся водораспределителем. Такие установки позволяют очищать воду до остаточной концентрации нефтепродуктов, не превышающей 20 мг/л.

За рубежом накоплен значительный опыт по эксплуатации установок напорной флотации. Такие очистные системы способны удалить из воды нефтепродукты до остаточной концентрации 15-50 мг/л (безреагентная очистка) или до 5-15 мг/л (при использовании реагента типа сернокислого алюминия).

Если исходная концентрация нефтепродуктов в сточной воде невелика и не превышает 50 мг/л, то регулируя продолжительность очистки или расход реагентов можно добиться конечной концентрации нефтепродуктов ниже 3 мг/л.

Способы электрофлотации также применяются при очистке воды от нефтепродуктов. Под воздействием электрического поля частицы нефти переходят к аноду. В процессе электролиза выделяются пузырьки газа, которые поднимают частицы нефти на поверхность воды. При реализации многоступенчатой системы очистки электрофлотация может снизить исходную концентрацию нефтепродуктов в очищаемой воде в двадцать раз. Достичь такого эффекта удается при начальной концентрации нефтепродуктов около 200 мг/л, и расходе электроэнергии 0,3 — 0,5 кВт на 1 м3 очищаемой воды.

При электрофлотации в сточной воде параллельно идут процессы окисления других органических загрязнителей. В итоге в очищаемой воде снижаются показатели химического и биологического потребления кислорода (ХПК и БПК).

Метод коагуляции

Удалить из сточных вод электростанций эмульгированные и суспензированные нефтепродукты можно методом коагуляции. Реагентами-коагулянтами в процессе служат разнообразные соли железа и алюминия. Регулирование уровня pH производится известковым молоком. В процессе коагуляции происходит совместное осаждение растворенных примесей, поэтому наблюдается значительное уменьшение показателей ХПК и БПК в обработанной воде.

Повысить эффективность коагуляции можно применением высокомолекулярных анионных флокулянтов.

Имеется опыт использования для коагуляции нетрадиционных реагентов, получаемых из отходов производства. К этой группе веществ относится диоксид титана, состоящий из соединения титана — титанилсульфата и солей двух- и трехвалентного железа.

Сопловая флотация (СФ) | Электрофлотация. Флотационные методы и процессы

Сопловая флотация и Электрофлотация

Сопловая флотация

В процессе сопловой флотации (СФ) используются сопла для всасывания газа (эжектор или эксгаустер), чтобы ввести воздух в переработанную воду, которая в свою очередь подается во флотационный резервуар (по аналогии с традиционными машинами с рассеянным воздухом) для создания двухфазной смеси воздуха и воды (см. рисунок).

Пузырьки имеют диаметр 400-800 µм.

Сопловые установки имеют следующие преимущества над системами принудительной флотации воздухом (ПФВ):

• более низкая первоначальная стоимость и меньшее использование энергии, поскольку смешивание и подача воздуха обеспечивается одним насосом
• меньше обслуживание и более долгий срок эксплуатации оборудования, поскольку в оборудовании нет деталей, движущихся с высокой скоростью, которые подвержены изнашиванию

Применение этой системы было зафиксировано только для нефтехимической промышленности для разделения эмульсии нефть/вода и очистки сточных вод, содержащих нефть и металлы.

Электрофлотация

Основой для производства микропузырьков является электролиз разведенных водных электропроводящих растворов с получением газовых пузырьков в обоих электродах. Сегодня в промышленных масштабах он применяется в сфере удаления легких коллоидных системах, как например, эмульгированная нефть из воды, ионы, пигменты, чернила и волокна из воды.

Заявленными преимуществами являются чистота обработанных сточных вод.

Недостатки метода электрофлотации заключаются в

• низкой производимости
• выброс пузырьков Н2
• затраты на электроды и обслуживание, а также
• объемное образование шлама

Согласно данным, система электролитической коагуляции/флотации (ЭКФ) использует алюминиевые электроды с реверсивной полярностью. Здесь ионы алюминия высвобождаются из анодов, вызывая коагуляцию, а в алюминиевых катодах образуются пузырьки азота, способствуя флотации хлопьев. Гравитационная вода проходит через реактор и очищается комбинированным процессом коагуляции/флокуляции. Тесты, проводимые в лабораторных масштабах, показали, что реактор ЭКФ больше подходит для очистки модельной окрашенной воды, чем традиционная коагуляция сульфатом алюминия, при этом удаляется на 20% больше растворенного органического углерода (РОГ) с помощью электрокоагуляции при тех же дозах А1.

Argel