Флотація

Флотація ґрунтується на різній змочуваності мінералів водою. Суть процесу полягає у специфічній взаємодії завислих речовин з бульбашками тонкодиспергованого у воді повітря з подальшим утворенням на поверхні води шару піни з речовинами, які вилучають. Оптимальні розміри часточок 10^-5–10^-3 м. Тонкодисперсні часточки розміром менш як 5–10 мкм флотуються дуже важко і погіршують вилучення великих часточок. Для того щоб поліпшити флотувальність дрібних часточок, їх потрібно попередньо укрупнити, наприклад коагуляцією або флокуляцією. У разі флотаційного очищення поверхневий натяг оброблюваної води не повинен перевищувати 60–65 мН/м, а розмір бульбашок повітря – 15-30 мкм.

Флотацією можна очищувати воду від твердих завислих часточок, нафтопродуктів, масел та інших емульгованих рідких речовин, а також від окремих йонів розчинених речовин. В останньому випадку реагенти, що їх добавляють, повинні утворювати поверхнево-активні комплекси або тверді осади з йонами, які вилучають. Перспективним є застосування флотації для дезактивації радіоактивних вод, що містять ⁹⁰Sr, ⁹⁰Y, ⁹⁵Nb, ¹³⁴Сs та ін., введенням у них твердих носіїв – фериціаніду купруму, гідроксидів алюмінію і фєруму (III)У результаті підіймання бульбашок на поверхню води утворюється шар піни, наповнений твердими часточками. Для створення сприятливих умов флотації в очищувану водну суспензію вводять різні реагенти. Введення останніх сприяє додатковому забрудненню води, що слід віднести до негативних наслідків методу флотації.

Існує кілька методів насичення води бульбашками повітря: флотація з виділенням повітря з розчину – вакуумні, напірні та ерліфтні установки; флотація з механічним диспергуванням повітря – імпелерні, безнапірні і пневматичні установки; флотація з подаванням повітря крізь пористі матеріали, електро-флотація. В імпелерних флотаторах повітря диспергується турбіною насосного типу; в напірних – повітря розчиняється у воді під тиском з наступним його виділенням у вигляді дрібних бульбашок при зниженні тиску до атмосферного. У флотоустановках з пористими диспергаторами повітря диспергується за допомогою пористих або перфорованих пластин чи труб.

Установки напірної флотації складаються з обладнання для реагентної коагуляції (флокуляції) забруднень, сатуратора – резервуара для насичення зоди повітрям під тиском відкритого флотатора. Флотаційне очищення води зазвичай здійснюють за двома схемами: прямотечійною і рециркуляційною. В першому випадку насиченню повітрям у сатураторі піддають усю забруднену воду, яка потім надходить у флотатор. У другому випадку можливі два варіанти: 1) повітрям насичують у сатураторі лише частину забрудненої води, а другу частину подають безпосередньо у флотатор; 2) насиченню повітрям у сатураторі піддають частину (від 10 до 50 %) очищуваної води, багаторазово використовуючи її в режимі рециркуляції, Прямотечійну схему використовують для обробки невеликих об'ємів стічних вод, частіше застосовують схему з рециркуляцією.

У схемі з рециркуляцією стиснуте повітря і рециркульована вода надходять у сатуратор, що працює під тиском 0,4–0,6 МПа. Протягом 2–3 хв розчиняється 85–90 % повітря від рівноважного значення. Потім насичена повітрям вода подається через дроселювальний пристрій – сопло з голчастим клапаном у флотатор, куди одночасно надходить очищена вода, заздалегідь оброблена реагентами. При миттєвому падінні тиску на виході із сопла з води виділяються дрібні бульбашки повітря розміром 20–80 мкм. Піднімаючись крізь шар забрудненої води, вони прикріплюються до завислих часточок, утворюючи так звані аерофлокули, і спливають з великою швидкістю на поверхню.

У напірних установках використовують флотатори циліндричного і прямокутного перерізу з вбудованими і виносними камерами для коагуляції (флокуляції) та розподільними перегородками для створення певного гідродинамічного режиму, з пінознімними пристроями та без них. Зазвичай конструюють флотатори прямокутного перерізу з питомим навантаженням 5–15 м³ ∙ год/м² очищуваної води. Час перебування води у флотаторі становить 10–20 хв. На практиці застосовують апарати з площею поверхні понад 80 м² і продуктивністю до 16 тис. м³/год.

В імпелерному флотаторі вода рухається згори вниз і відводиться в нижній частині камери. Тривалість флотації 20–30 хв. Повітря засмоктується в турбіну через трубу, занурену в камеру флотатора. Колова швидкість турбіни 12–15 м/с. Насичення стічних вод повітрям становить 0,52 м³/м³, розрахункова глибина – 1,5...3 м. Шар піни зганяється в лотік пінознімачем, який приводиться-в рух електродвигуном з редуктором з частотою обертання 15 об/хв.

Різновидом флотаційного очищення води електрофлотація. Суть процесу полягає в тому, що в нижній частині флотатора розміщена електродна система. Електроди можуть бути виготовлені з графіту і неіржавної сталі або інших корозійностійких матеріалів. Очищувану воду подають у бак-дозатор, куди одночасно надходять поверхнево-активні речовини в кількості 6–10 мг/дм³ і нагнітається компресором повітря. Потім вода змішується в змішувачі з коагулянтом – сульфатом алюмінію або феруму (III) і по трубопроводу надходить в елєктрофлотатор на відстані близько 500 мм від дна апарата. Перед флотатором вода в подавальному трубопроводі змішується з 0,002 %-м розчином поліакриламіду,

Завислі речовини у вигляді аерофлокул спливають на поверхню води, утворюючи стабільну піну вологістю 75–80 %. Зі збільшенням вмісту зависей у вихідній воді вологість піни знижується. Електрофлотаційному очищенню бажано піддавати мінералізовані води, які мають невеликий електричний опір, за можливо мінімальної густини струму. Тривалість електрофлотаційного очищення води практично за незмінного значення рН значно нижча порівняно з відстоюванням.

У процесі елєктрофлотації попутно знижується вміст заліза на 65, нафтопродуктів – на 85 і фенолів – на 56 %. За мінералізації очищуваної води 1,5 г/дм³, вмісту завислих речовин 2 г/дм³ і густини струму 100– 300 А/м² витрати електроенергії становлять 0,1–0,6 кВт-год/м³. Позитивною властивістю елєктрофлотації порівняно з напірною флотацією є відсутність в апараті рухомих частин і високих тисків у системі, а негативними – значні .енергетичні затрати і менший ступінь очищення від завислих речовин.