книги из ГПНТБ / Очистка промышленных сточных вод

предъявляемым к осветлителям для очистки природных вод [42, 51], однако основные параметры первых осветли­ телей (скорость восходящего потока воды в зоне освет­ ления и взвешенного осадка, коэффициент распределе­ ния, высота и концентрация взвешенных веществ в слое взвешенного осадка, концентрация шлама после уплот­ нения) следует определять экспериментально. Тип освет­ лителя надо выбирать с учетом особенностей загрязне­ ний или обработки реагентами осветляемых сточных вод. Так, например, исследованиями различных типов осветлителей при очистке сточных вод вискозных про­ изводств методом известкования во взвешенном слое [54] установлено, что осветлитель ВНИИГС-2 с дырчатым дном и поддонным осадкоуплотиителем работал неустой­ чиво в основном из-за накапливания на дне осадка тя­ желых инертных материалов, содержащихся в известко­ вом молоке. Наиболее устойчиво работал осветлитель щелевого типа, оборудованный камерой для сбора тяже­ лых инертных примесей и выносным осадкоуплотиителем с принудительным отводом осадка из зоны взвешенного осадка.

ФЛОТАЦИОННОЕ ОСВЕТЛЕНИЕ СТОЧНЫХ ВОД

Удаление тонких взвесей из сточных вод отстаивани­ ем требует относительно большого времени пребывания воды в отстойниках. Центрифугирование таких взвесей эффективно лишь при достаточной их агрегативной проч­ ности, т. е. при условии, что взвешенные частицы не яв­ ляются агрегатами коллоидных частиц, легко разрушаю­ щихся в турбулентном потоке. Кроме того, центрифуги эффективно осветляют жидкость с относительно высоким содержанием взвеси и при условии, что расход сточных вод невелик.

Ввиду этих обстоятельств использованию флотации для осветления сточных вод, загрязненных легкими и

50

высокодисперсными взвесями, уделяют все большее вни­ мание, тем более, что в данном процессе в пенный слой переходят многие эмульсии, например эмульсии нефте­ продуктов, жиров и растворенные в сточных водах по­ верхностно-активные вещества (ПАВ) различных клас­ сов. Эффект флотации заключается в том, что к дисперги­ рованным в тонкой суспензии пузырькам газа прилипают час­ тицы твердого материала и всплывают вместе с пузырьками на поверхность жидкости. При достаточно малых размерах пу­ зырьков суммарная поверхность

зависит от смачиваемости поверх­ ности частицы, которая характеризуется величиной кра­

евого угла Ѳ (рис. 14). При увеличении Ѳ поверхность частицы становится более гидрофобной и увеличивается как вероятность прилипания к ней воздушного пузырь­ ка, так и прочность удерживания этого пузырька на по­ верхности частицы. Таким образом, если воду, содержа­ щую взвешенные частицы, насытить пузырьками возду­ ха, то частицы с достаточно гидрофобной поверхностью смогут сорбировать на ней пузырьки воздуха, а затем вместе с воздушными пузырьками всплывать и накапли­ ваться на поверхности жидкости в виде пены.

На величину смачиваемости поверхности взвешенных частиц значительное влияние оказывают адсорбционные явления. Растворенные и нерастворенные тонкодисперсные

51

примеси (поверхностно-активные вещества, электролиты, глинистые частицы и др.), содержащиеся в сточных водах, могут изменить величину смачиваемости фло­ тируемых частиц и, следовательно, влиять на эффект флотации. Например, частицы нефти, имеющие гидро­ фобную поверхность, могут сорбировать на ней поверх­ ностно-активные вещества или тонкую минеральную взвесь, в результате чего поверхность частиц нефти ста­ новится гидрофильной и эффект флотации таких частиц резко снижается. Гидрофилизации поверхности частиц нефти способствует также наличие в воде щелочей, по­ вышающих pH воды до величины более 9—10 [36]. Вместе с тем, поверхностно-активные вещества могут сорбироваться поверхностью лиофильных частиц, в ре­ зультате чего поверхность этих частиц станет значитель­ но менее смачиваемой и эффект флотации существенно увеличивается. Этот эффект используется при флотации руд с целью их обогащения.

Существенное влияние на флотацию частиц оказы­ вает поверхностное натяжение воды. Эффективная фло­ тация возможна при поверхностном натяжении воды не более 60—65 мн/м. В тех случаях, когда поверхностное натяжение выше 60 мн/м, приходится вводить поверх­ ностно-активные добавки, например около 5—10 мг/л биологически легко разрушающихся ПАВ (типа поверх­ ностно-активных отходов производства синтетических спиртов). Однако по данным работы [36], флотация нефтепродуктов проходит хорошо в обычной воде с по­ верхностным натяжением 70—72 мн/м.

На эффект флотации значительное влияние оказы­ вает размер и количество пузырьков воздуха, распре­ деленных в воде. Поскольку взвешенные частицы за­ грязнений распределены во всем объеме сточной воды, то желательно, чтобы пузырьки воздуха также были распределены во всем объеме более равномерно. Круп­ ные пузырьки воздуха всплывают слишком быстро, вы­

52

зывая перемешивание воды, и не успевают закрепить­ ся на поверхности взвешенных частиц. Поэтому эффек­ тивная флотация требует возможно более тонкого дис­ пергирования воздуха. Оптимальным размером воздуш­ ных пузырьков авторы работы [66] считают 15—-30 мк, а по данным другой работы [36] флотационная очистка протекает достаточно успешно при крупности пузырьков воздуха до 100 и даже 200 мк.

В сточных водах текстильных предприятий, произ­ водств химических волокон и ряда других содержатся примеси различных моющих веществ, диспергаторов, а также отходов производства, обладающих значительной поверхностной активностью, особенно в нейтральной или слабо щелочной среде. Эти примеси снижают поверхно­ стное натяжение, повышают устойчивость пены, чем облегчается ее отведение из флотаторов. Таким образом, флотация оказывается эффективным комплексным мето­ дом удаления из сточных вод взвесей, эмульсий и раст­ воренных поверхностно-активных веществ различного строения (если последний эффект является основной целью очистки сточных вод, то в этом случае речь идет не о флотации, а о пенном концентрировании растворен­ ных веществ). Следует иметь в виду, что флотационная обработка воды вызывает также окисление ряда токсич­ ных веществ или их отдувку. Благодаря этому общий санитарно-гигиенический эффект очистки воды в флота­ торах несравненно выше эффекта отстаивания воды даже с применением коагулянтов, тем более, что введение по­ следних или сорбентов непосредственно в флотируемую воду также часто весьма эффективно.

Существуют различные способы диспергирования воздуха при флотации сточных вод: механическое дис­ пергирование турбиной насосного типа, продувка возду­ ха через мелкопористые материалы, пневматическое дис­ пергирование при впуске воздуха в флотационную камеру через специальные сопла со скоростью 100—

53

200 м/сек, насыщение воды мелкими пузырьками возду­ ха при резком изменении давления (напорная и вакуум­ ная флотация) и др.

Рис. 15. Схема двухкамерной прямоточной флотационной установки:

Один из распространенных типов флотаторов, ис­ пользуемых при удалении из сточных вод эмульгирован­ ных нефтепродуктов, построен на принципе диспергиро­ вания воздуха турбиной насосного типа (импеллером) [58, 69]. Схема двухкамерной импеллерной флотаци­ онной машины конструкции завода Механобр, приспо­ собленной для очистки сточных вод от нефтепродуктов, показана на рис. 15. Сточная вода из приемного карма­ на поступает к импеллеру. Воздух засасывается им по специальной трубке. Над импеллером расположен ста­ тор в виде диска с отверстиями для внутренней цирку­ ляции воды. Импеллер перемешивает воду и воздух, и эту смесь выбрасывает из статора. Решетки, располо­ женные вокруг статора, способствуют богіее мелкому диспергированию воздуха в воде. Отстаивание пузырь­ ков воздуха происходит над решеткой. Пейа, содержа-

54

щая нефтепродукты, удаляется лопастным пеноснимателем. Из первой камеры вода поступает во вторую такой же конструкции, где происходит дополнительная очистка сточной воды.

Степень диспергирования воздуха зависит от окруж­ ной скорости вращения импеллера, которую принимают в пределах 12—15 м/сек. Диаметр импеллера принимает­ ся не более 750 мм. Зона, обслуживаемая импеллером, не должна превышать размеров квадрата со стороной 6dH (da — диаметр импеллера). Высота флотационной камеры Нф принимается равной 1,5—3 м, продолжитель­ ность флотации Тф — 20-4-30 мин. Производительность флотатора определяют по формуле

где da и Нф выражены в метрах, Тф — в минутах. Удельный расход воздуха т составляет 40—50 м3/ч

на 1 м2 поверхности флотационной камеры. Количество подаваемого импеллером воздуха

Необходимое количество флотационных камер мож­ но определить как отношение расхода сточной воды к производительности одной камеры, вычисленной по фор­ муле (15).

Недостатком импеллерных флотаторов является от­ носительно высокая обводненность пены. Особенно су­ щественным становится этот недостаток в тех случаях, когда основной целью флотации является извлечение растворенных поверхностно-активных веществ, так как большой объем воды в пене заставляет создавать допол­ нительные установки для ее обработки, также весьма громоздкие и довольно сложные, что удорожает очистку в целом.

55

В напорных флотаторах для диспергирования возду­ ха в воде используется изменение растворимости газов с изменением давления. Как известно qv — k p (здесь qr — количество газа, растворенного в единице объема жид­ кости; р — парциальное давление газа над жидкостью; k — коэффициент распределения). В напорном флотато­ ре воздух сперва нагнетается в воду под избыточным давлением и растворяется в ней, а затем вода, насыщен­ ная воздухом под повышенным давлением, выпускается в открытую камеру, находящуюся под атмосферным давлением. В результате растворимость воздуха в воде резко снижается, и избыточный воздух в количестве q r = k ( p — р а тм ) выделяется во всем объеме жидкости в виде мельчайших пузырьков.

В различных вариантах напорной флотации исполь­ зуют различные приемы для растворения воздуха в сточной воде под давлением. Воздух растворяют непо­ средственно во всем объеме очищаемой сточной воды либо вводят в часть очищенной воды, рециркулирующей в флотационной установке. В последнем случае объем перекачиваемой воды, естественно, значительно меньше, однако для насыщения воздухом всего объема ее давле­ ние, при котором растворяют воздух, увеличивают по сравнению с первым вариантом. Воздух с водой наибо­ лее целесообразно смешивать при помощи эжектора, который устанавливают на рециркуляционном трубопро­ воде, между напорной и всасывающей линиями насоса. Производительность эжектора выбирают таким образом, чтобы объем засасываемого воздуха составлял 3—5% от объема флотируемой воды. При этом следует иметь в виду, что при подаче во всасывающую линию насоса воздуха более 8—12% от объема перекачиваемой воды может наступить срыв подачи насоса.

Камера растворения, или напорная камера флотато­ ра, представляет собой цилиндрическую закрытую емкость, рассчитанную на пребывание в ней воды в те­

66

чение 2—3 мин, в которой поддерживается давление 0,3— 0,4 мн/м2. В камеру вода подается через эжектирующее устройство, обеспечивающее интенсивное перемешива­ ние воды и равномерное растворение воздуха во всем объеме жидкости. Через дросселирующее устройство (например, плоскую диафрагму) вода из напорной ка­ меры выпускается в открытую камеру флотатора, нахо­ дящуюся под атмосферным давлением, где и выделяется избыточный воздух в виде мельчайших пузырьков, фло­ тирующих эмульгированные взвешенные и коллоидные загрязнения сточной воды и сорбирующих растворенные ПАВ.

Для больших объемов сточных вод (до 900 м3/ч) Союзводоканалпроектом были запроектированы ра­ диальные флотаторы (рис. 16). Для объема сточных вод до 50 м3/ч разработаны конструкции прямоугольных мно­ гокамерных флотаторов [36]. Эффективность радиаль­ ных флотаторов напорного типа весьма высока. При очистке сточных вод от нефтепродуктов и масел без применения коагулянтов остаточная концентрация этих загрязнений в сточной воде не превышала 20—30 мг/л, а при введении в флотируемую воду коагулянта оказы­ валась еще меньшей. Применение многокамерных напор­ ных флотаторов в сочетании с нейтрализацией и коа­ гуляцией перспективно при очистке масло-эмульсионных сточных вод машиностроительных заводов.

В тех случаях, когда основной целью флотации является удаление из воды ПАВ, а общий объем сточных вод относительно невелик, могут применяться флотато­ ры, в которых воздух диспергируется нагнетанием че­ рез мелкопористые керамические или резиновые плиты или трубы. Пена может удаляться через пеноотводящие трубы, при этом достигается высокая степень ее обезво­ живания. В результате в таких флотаторах отношение

57

дальнейшую обработку или ликвидацию флотоконденсата. (Ѵо — объем сточной воды до флотации, Ѵп — объем воды в пене после флотации). Недостатком установки является опасность поломки пористых плит, что нару­ шает равномерность распределения воздуха по сечению флотокамеры и резко ухудшает общий эффект очистки

сточной воды.

В качестве примера эффективности напорной флота­

предприятия искусственного волокна. На этой установ­ ке воздух забирался из атмосферы через патрубок во ■всасывающей линии насоса, перекачивающего сточные воды в флотатор. Напорной камерой служит насос. В флотокамере была выделена отстойная зона, из ниж­ ней части которой отводили осветленную воду. Давле­ ние при растворении воздуха в камере насоса составля­ ло 3,5 ат. Время пребывания сточных вод в камере обра­ зования газовых пузырьков составляло 12—16, а в отстойной части флотатора — 20ч25 мин.

Таблица 10

Эффективность очистки сточных вод предприятия вискозного волокна методом напорной флотации |59|

Следует отметить, что сероводород и сероуглерод удаляются в результате отдувки летучих примесей при аэрации сточных вод. По-видимому, в таких случаях в

59