6.2. Флотация

Флотация - процесс молекулярного прилипания частиц флотируемого материала к поверхности раздела двух фаз, обычно газа (чаще всего воздуха) и жидкости, обусловленный избытком свободной энергии поверхностных пограничных слоев, а также поверхностными явлениями смачивания.

Процесс очистки методом флотации сточных вод, содержащих ПАВ, нефть, нефтепродукты, волокнистые материалы и др., заключается в образовании комплексов "частицы-пузырьки", всплывании этих комплексов и удалении образовавшегося пенного слоя с поверхности обрабатываемой жидкости. Прилипание частицы, находящейся в жидкости, возможно только в случае, когда наблюдается несмачивание или плохое смачивание этой частицы жидкостью.

Внешним проявлением к смачиванию является величина поверхностного натяжения её на границе с газовой фазой, а также разность полярностей на границе "жидкость-частица". Флотация эффективно идет при значениях поверхностного натяжения воды не более 60-65 мН/м. Степень смачиваемости водой взвешенных частиц характеризуется величиной краевого угла смачивания . Чем больше угол смачивания, тем более гидрофобна поверхность частицы, т.е. увеличивается вероятность прилипания к ней и прочность удержания на её поверхности воздушных пузырьков. Эти частицы обладают малой смачиваемостью и легко флотируются. Большое значение при флотации имеют следующие величины: размер, количество и равномерность распределения воздушных пузырьков в сточной воде. Оптимальные размеры воздушных пузырьков - 15-30 мкм, а максимальные – 100-200 мкм.

В практике очистки сточных вод используют различные конструктивные схемы, приёмы и способы флотации.

Наиболее существенные принципиальные различия способов флотации связаны с насыщением жидкости пузырьками воздуха определённой крупности. По этому принципу можно выделить следующие виды флотации:

1. с выделением воздуха из раствора (вакуумная, напорная и эрлифтная);

2. с механическим диспергированием воздуха (импеллерная, безнапорная и пневматическая);

3. с подачей воздуха через пористые материалы;

4. электрофлотация (этот вид относят к безреагентным методам очистки сточных вод).

6.2.1.Флотация с выделением воздуха из раствора

Этот способ флотации применяется при очистке сточных вод, содержащих очень мелкие частицы загрязнений, поскольку позволяет получить самые мелкие пузырьки воздуха. Сущность его заключается в создании перенасыщенного раствора воздуха в сточной воде, создание которого возможно из-за изменения растворимости воздуха в воде при изменении давления. Выделяющийся из такого раствора воздух при снижении давления образует микропузырьки, которые флотируют содержащиеся в сточной воде загрязнения. Необходимое для осуществления процесса флотации количество воздуха обеспечивает заданную эффективность флотации. Обычно оно составляет 15% объёма обрабатываемой сточной воды.

Вакуумная флотация

Процесс вакуумной флотации осуществляется в следующей последовательности. Сточная вода, поступающая на флотацию, предварительно насыщается воздухом в течение 12 минут в аэрационной камере. Затем она поступает в деаэратор для удаления не растворившегося воздуха. Далее под действием разряжения (0,020,03 МПа) сточная вода поступает во флотационную камеру, в которой растворившийся при атмосферном давлении воздух выделяется в виде микропузырьков и выносит частицы загрязнений в пенный слой. Продолжительность нахождения сточной воды во флотационной камере - 20 минут, при нагрузке на 1 м² площади поверхности - около 200 м³/сут. Образующаяся пена удаляется скребковым механизмом в пеносборник. Для обвода обработанной сточной воды обеспечивается необходимая разность отметок уровней во флотационной камере и приемном резервуаре или устанавливаются насосы.

К преимуществам вакуумной флотации можно отнести следующие:

• образование пузырьков газа, их слипание с частицами загрязнений и всплывание образовавшихся агрегатов "пузырек-частица" проходят в спокойной среде, и вероятность их разрушения сводится к минимуму;

• минимальные затраты на насыщение воды воздухом, образование и измельчение воздушных пузырьков.

В то же время, этот способ очистки сточных вод обладает существенными недостатками:

• необходимость сооружения герметически закрытых резервуаров;

• сложность эксплуатации вакуумных установок;

• ограниченный диапазон применения (концентрация загрязнений в сточной воде не должна превышать 250 мг/л).