Флотація з подачею повітря через пористі матеріали
Для отримання бульбашок повітря невеликих розмірів можна використовувати пористі матеріали, які повинні мати достатню відстань між отворами, щоб не допустити зрощення бульбашок повітря над поверхнею матеріалу. На розмір бульбашки великий вплив має швидкість закінчення повітря з отвору. Для отримання мікропухирців необхідна відносно невелика швидкість закінчення. Перевага такої флотації полягає в простоті конструкції установки і зменшенні витрат електроенергії. Недоліки цього методу – засмічення пір, руйнування пористого матеріалу (кераміки), а також труднощі, пов'язані з підбором дрібнопористою матеріалів, які забезпечують сталість у часі певного розміру бульбашок повітря. Залежно від кількості стічної рідини застосовують вертикальні та горизонтальні флотатори. Вертикальні флотатори (рис. 2.33) невеликий продуктивності можуть бути потоковими та протечійними. У протечійні флотатори стічна рідина по трубопроводу подається у верхню частину флотатора, що являє собою циліндр висотою 2-4 м. У нижню частину флотатора закачується повітря. Останній надходить у піддон, а звідти через отвори керамічних ковпачків, які закріплені на піддоні, у флотаційні камера. Тут бульбашки повітря рухаються знизу вгору, а стічна вода – зверху вниз і з нижньої частини флотатора відводиться по трубопроводу і регулятор рівня з флотатора. Утворена піна відводиться за допомогою жолоба і шламовідвідної труби за межі флотатора. Для очищення великих кількостей стічних вод застосовують горизонтальні флотатори. Повітря у флотаційні камеру надходить через дрібнопористі фільтроси, покладені на дні. Стічна вода подається у верхню частину флотаційної камери, а відводиться з нижньої через регулятор рівня. В цьому випадку бульбашки повітря рухаються вгору разом з потоком води. Час перебування води у флотаторі визначається за умови максимального відділення забруднень із стічної води та можливості спливання піни на її поверхню. Габарити флотатора залежать від їх продуктивності, розміру повітряних отворів, тиску повітря під фільтросами, рівня води й ін.
Стічні води багатьох хімічних виробництв являють собою низько- концентровані емульсії або суспензії, що містять дрібнодисперсні частки розміром 0,1 – 10 мкм і більше, а також колоїдні частки розміром 0,001 - 0,1 мкм. Застосовані методи механічного очищення стічних вод дозволяють видаляти частки, крупніші ніж 10 – 50 мкм. Для очищення стічних вод від дрібнодисперсних та колоїдних часток використовують методи коагуляції й флокуляції, які зумовлюють злипання часток з утворенням великих агрегатів, що легко видаляються з води механічними методами.
Для інтенсифікації процесу осадження високодисперсних завислих і колоїдних часток застосовують різні коагулянти й флокулянти (солі алюмінію, заліза), а також флокулянти – поліакриламід та ін.).
У процесі простого відстоювання відділення механічних домішок відбувається під дією сил ваги. При цьому частки осаджуються або спливають.
У процесі осадження чи спливання частки взаємодіють одна з одною, у результаті чого в одних випадках частки злипаються, а в інших осаджуються самостійно. Можливість й інтенсивність укрупнення залежить від багатьох факторів: від природи і хімічного складу забруднень стічних вод, від температури та под. Таким чином, можливе укрупнення часток без впливу реагентів.
Укрупнення часток називається процесом коагуляції. Найчастіше цей метод застосовується до процесу укрупнення часток під дією хімічних речовин – електролітів (коагулятів). До таких речовин належать: Al2(SО4); FeSO4,Са(OН)2 тощо.
Для інтенсифікації процесів укрупнення механічних домішок застосовуються речовини - поліелектроліти. Це високомолекулярні органічні речовини: поліакриламід і його похідні. Укрупнення часток під дією флокулянтів називається флокуляцією. Таким чином, поняття «коагуляція» та «флокуляція» багато в чому й відрізняються застосуванням тих або інших хімічних речовин.
При пропусканні повітря через керамічні пористі пластини або ковпачки виходять дрібні бульбашки, розмір яких дорівнює
Rп = 6(rо2.σ)1/4, (2.30)
де Rп, rо – радіуси бульбашок і отворів; σ – поверхневий натяг води.
Тиск, необхідний для подолання сил поверхневого натягу, визначається за формулою Лапласа
Δр = 4σ/rо. (2.31)
Цей метод має такі переваги: проста конструкція флотаційної камери, менші витрати енергії через відсутність насосів, імпелера. Недоліки способу – часте засмічення та заростання отворів пористого матеріалу; неоднорідність розмірів отворів пористого матеріалу.
Ефект флотації цим способом залежить від величини отворів матеріалу, тиску повітря, витрати повітря, тривалості флотації, рівня води у флотаторі. Розмір отворів повинен бути 4 ... 20 мкм, тиск повітря – 0,1 ... 0,2 МПа, витрата повітря – 40 ... 70 м3 / (м2.год), тривалість флотації – 20 ... 30 хв, рівень води в камері до флотації – 1,5 ... 2.
Рис. 2.33 Горизонтальний флотатор: 1 – флотаційна камера, 2 – видільна камера, 3 – скребковий пристрій, 4 – збірник очищеної води, 5 – пінозбірна камера, 6 – випуск пінної маси; 7 – випуск води; 8 – дроселюючий пристрій
Рис. 2.34 Радіальний флотатор: 1 – зона флотації, 2 – зона поділу, 3 – збірка піни, 4 – скребки, 5 – відведення очищеної води; 6 – кільцева перегородка, 7 – обертовий розподільник, 8 – відвід осаду
Перевагами флотації є безперервність процесу, широкий діапазон застосування, невеликі капітальні вкладення й експлуатаційні витрати, проста апаратура, селективність виділення домішок, у порівнянні з відстоюванням більша швидкість процесу, а також можливість одержання шламу (пінного продукту), більше низької вологості, високий ступінь очищення (95–98%), можливість рекуперації речовин, що видаляються (табл. 1.1). Концентрація нафтопродуктів у стоках після очищення флотацією нижче в порівнянні з очисщенням у нафтоуловлювачі.