Расчет сооружений флотации с выделением воздуха из раствора

Основным параметром, определяющим эффективность флотации, является размер пузырьков воздуха: минимальный размер пузырьков воздуха можно приближенно оценить, основываясь на законе Генри, который можно представить следующей формулой:

, (29)

где Р_п - карциальное давление воздуха;

к - константа Генри, зависящая от свойств газа и его температуры;

С - концентрация растворённого воздуха вокруг пузырька.

При этом давление в пузырьке

, (30)

где Р_ср - давление в среде, окружающей пузырёк;

- поверхностное натяжение на границе "газ-жидкость";

R_min - радиус пузырька.

При этом Р_ср характеризуется некоторой величиной кС_1. Тогда с учетом уравнений (29) и (30) получим

, (31)

где (С-С₁) - определяет величину пересыщения раствора.

Если предположить, что вода предварительно насыщена воздухом, то уравнение (31) можно представить в следующем виде:

,

где (Р-Р₁) - перепад давления.

Из приведенных выше выражений видно, что для образования мелких пузырьков необходимо либо понизить поверхностное натяжение на границе "вода-воздух", либо увеличить перепад давления или величину пересыщения раствора.

Количество воздуха, которое должно выделиться из раствора для обеспечения заданного эффекта флотации можно определить экспериментально. При этом задаётся либо величина разрежения (при вакуумной флотации), либо давление насыщения (напорная флотация).

Количество воздуха в случае напорной флотации можно подсчитать по формуле

,

где в - концентрация воздуха, соответствующая полному насыщению при данной температуре и атмосферном давлении, мг/л;

в_а - растворимость азота в воде при данной температуре и атмосферном давлении, мг/л;

к_т - константа скорости растворения воздуха в воде, 1/мин.

,

где К₂₀ - константа скорости растворения воздуха при температуре 20⁰С; К₂₀=0,35;

в₂₀ - растворимость воздуха в воде при температуре 20⁰С;

в_т - растворимость воздуха в воде при данной температуре;

t - продолжительность насыщения жидкости воздухом, мин.

Так как растворимость газа в воде зависит от температуры, которая в сточных водах не регулируется, и продолжительности насыщения, то определять требуемый перепад давления следует при определённой продолжительности насыщения. В дальнейшем при подборе насосов и оборудования давление и продолжительность насыщения можно скорректировать в соответствии с формулами

,

.

6.2.2. Флотация с механическим диспергированием воздуха

Перемещающиеся в воде струи воздуха создают интенсивные вихревые потоки. Эти вихревые потоки воздействуют на воздушную струю таким образом, что она распадается на отдельные пузырьки. На этом принципе и основан метод флотации с механическим диспергированием воздуха.

Импеллерная флотация

Сточная вода из приемного кармана поступает к импеллеру, в который подается воздух. Над импеллером расположен статор, выполненный в виде диска с отверстиями для внутренней циркуляции воды. Перемешанная с воздухом вода выбрасывается через статор, который обычно окружают решетками (для более мелкого диспергирования воздуха в воде). Отстаивание пузырьков воздуха происходит над решеткой. Пенный слой удаляется лопастным пеноснимателем. Из первой камеры вода поступает во вторую, аналогичной конструкции, где происходит дополнительная её очистка.

Степень диспергирования воздуха в основном определяется окружной скоростью вращения импеллера. Окружную скорость обычно принимают равной 1015 м/с. При этом диаметр импеллера составляет 200750 мм. Для оптимального размещения импеллеров во флотационной камере необходимо знать зону обслуживания каждого из них. Обычно зону обслуживания импеллера принимают в виде квадрата со стороной

,

где d_и - диаметр импеллера.

Высота флотационной камеры принимается равной 1,53,0 м, а продолжительность флотации - 2030 минут.

Объём флотационной камеры определяется в зависимости от расхода сточных вод (м³)

,

где Q - расход сточной воды, м³/ч;

T_ф - продолжительность флотации, ч.

При этом пропускная способность флотатора (м³/ч) будет равна

,

где Н_ф - высота флотационной камеры, м.

Количество подаваемого импеллером воздуха (м³/с) определяется, исходя из удельного расхода воздуха на 1 м² площади поверхности флотационной камеры,

,

где В_уд - удельный расход воздуха на 1 м² площади поверхности флотационной камеры, равный 4050 м³/(ч м²);

f - площадь поверхности флотационной камеры, м².

Необходимое число флотационных камер определяют из соотношения

.

Импеллерные установки целесообразно применять для очистки сточных вод с высокой концентрацией нерастворенных загрязнений (более 23 г/л) и содержащих нефть, нефтепродукты, жиры.

Недостатком таких установок является высокая обводненность пены. Особенно существенным становится этот недостаток в случаях, когда основной целью флотации является извлечение растворенных ПАВ. Это связано с тем, что большой объём воды в пене требует сооружения дополнительных установок для её обработки, а это удорожает очистку в целом.