6.3.Флотация.

Флотация используется для очистки производственных сточных вод от следующих загрязнений: поверхностно-активных веществ, нефти и нефтепродуктов, масел, а также различных волокнистых материалов. Процесс очистки состоит в образовании комплексов "частицы - пузырьки воздуха", всплывании этих комплексов на поверхность жидкости с образованием пенного слоя, содержащего загрязнения и последующего удаления этого слоя с поверхности. Эффект прилипания пузырька воздуха с поверхности частицы достигается только в том случае, если жидкость плохо ее смачивает.

Степень смачивания водой твердых или газовых частиц, диспергированных в воде может быть охарактеризована краевым углом смачивания,  (рис.6.10).

Рис. 6.39. Схема прилипания воздуха к взвешенной в воде частице 2.

Чем больше краевой угол смачивания, тем более гидрофобна поверхность частицы, вследствие чего увеличивается вероятность прилипания к ней и прочность удержания на ее поверхности пузырьков, поэтому такие частицы легко флотируются.

Энергия (А, н/м) образования комплекса пузырек-частица равны:

А =  ( 1-Cos  ) ( 6.0)

где

 - поверхностное натяжение воды на границе с воздухом, н/м.

Для частиц, хорошо смачиваемых водой, →0 и cos→0, т.е. прочность прилипания минимальна для несмачиваемых частиц - максимальна.

Для эффективного протекания процесса флотации, поверхностное натяжение воды не должно превышать 65 мН/м, а размеры воздушных пузырьков лежат в пределах 15-30 мкм (в отдельных случаях диаметр воздушных пузырьков может достигать 100-200 мкм).

Существуют различные способы флотационной обработки производственных сточных вод:

1. Флотация с выделением воздуха из раствора (вакуумные, напорные и эрлифтные флотационные установки),

2. Флотация с механическим диспергированием воздуха (импеллерные, безнапорные и пневматические флотационные установки),

3. Флотация с подачей воздуха через пористые материалы.

4. Электрофлотация (будет рассмотрена в разделе "Электрохимические методы очистки сточных вод".

5. Пенная сепарация.

6. Химическая, биологическая и ионная флотация.

Различают однокамерные и двухкамерные флотационные установки. В первых из них одновременное насыщение жидкости воздухом и всплывание загрязнений происходит в одном отделении (камере). В двухкамерных установках в первом отделении образуются пузырьки воздуха и агрегаты "частица-пузырек воздуха", а во втором - всплывание загрязнений на поверхность жидкости и осветление последней.

6.3.1.Флотация с выделением воздуха из раствора.

Сущность этого метода состоит в создании пересыщенного раствора воздуха в сточной воде, при выделении которого образуются макропузырки, позволяющие удалять сильнодиспергированные загрязнения. Количество воздуха, выделяющегося из раствора и необходимого для обеспечения эффективной флотации, составляет 1-5% от объема обрабатываемой воды.

Вакуумная флотация используется для очистки сточных вод, если концентрация загрязнений в них не превышает 250 мг/л. Способ характеризуется достаточно низкими энергозатратами на проведение процесса флотации, а также высокой стабильностью всплывающих агрегатов "частица-пузырек воздуха" (вероятность их разрушения минимальна). Недостатками способа кроме указанного выше ограничения по концентрации загрязнений в сточных водах, является достаточная высокая сложность создания и эксплуатации вакуумных систем.

Схема процесса вакуумной флотации представлена ниже.

Рис. 6.40. Схема процесса вакуумной флотации.

1 - подача сточной воды; 2 - аэратор; 3- деаэратор; 4 - флотационная камера;

5 - механизм сгребания пены; 6 - пеносборник;

7 - отвод пены; 8 - отвод обработанной сточной воды.

Принцип работы вакуумного флотатора заключается в следующем. Сточную воду в течение нескольких минут насыщают воздухом, потом ее направляют в деаэратор, где удаляется нерастворившийся воздух и под действием разрежения (0,02-0,03 МПа) сточные воды поступают во флотационную камеру. В ней воздух под действием вакуума выделяется в виде микропузырьков, которые взаимодействуют с частицами загрязнений и переносят их на поверхность жидкости в пенный слой, откуда пена вращающимися скребками удаляется в пеносборник. Продолжительность обработки сточной воды в камере 20 мин. производительность 1 м² поверхности флотации - до 200 м³/сут.