1.3.3 Фільтрування

Фільтруванням називають процес розділення неоднорідних систем (сус­пензій) за допомогою пористих перегородок, які затримують одну (тверду) фазу цих систем і пропускають іншу (рідку). На практиці очищення стічних вод до­водиться мати справу з розділенням суспензій на рідку фазу і вологий осад. Апарат, у якому здійснюється цей процес, називають фільтром. Фільтр у най­простішому вигляді являє собою посудину, розділену фільтрувальною перего­родкою. По різні боки перегородки створюють різницю тисків, під дією якої здійснюється транспортування рідини через перегородку і затримання на ній осаду. Цей процес розділення суспензії називають фільтруванням із затри­манням осаду. У випадку, якщо тверді часточки проникають у пори фільтру­вальної перегородки, затримуючись у них і не утворюючи осаду, процес нази­вають фільтруванням із закупорюванням пор.

Для розділення суспензій фільтруванням у промисловості використовують надзвичайно велику кількість різноманітних конструкцій фільтрів періодичної та безперервної дії з використанням вакууму або тиску: нутч-фільтри періодичної дії, що працюють під вакуумом, та фільтрпреси, що працюють під тиском, автоматизовані фільтрпреси з горизонтальними камерами (ФПАКМ), листові і патронні фільтри, стрічкові і барабанні вакуум-фільтри різних модифікацій.

1.3.4 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. Тонко-дисперсні 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 іонів розчинених речовин. В останньому випадку реагенти, що їх добавляють, повинні утворювати поверхнево-активні комплекси або тверді осади з іонами, які вилучають. Перспективним є застосування флотації для дезактивації ра­діоактивних вод, що містять ⁹⁰Sr, ⁹⁰Y, ⁹⁵Nb, ¹³³Cs та ін., введенням у них твердих носіїв — фериціаніду купруму, гідроксидів алюмінію і феруму (III).

Для прискорення фло­тації твердих часточок крізь водну суспензію пропуска­ють дрібні бульбашки по­вітря. Підіймаючись угору, ці бульбашки захоплюють із собою гідрофобні тверді часточки. Чим більші гід­рофобність часточок і кра­йовий кут змочування й тим більший периметр прилипання бульбашки повітря до часточки і вірогідність її спливання.

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.

Здійснюючи повторну флотацію твердих часточок, що потонули під час першої, застосовують активатори — речовини, які руйнують дію пригнічувачів, наприклад сульфатну кислоту. Іноді до очищуваної суспензії добавляють регулятори (соду), що сприяють флотації.

Отже, однією з важливих особливостей флотаційного очищення води від завислих твердих речовин є можливість селективного виділення домішок, що сприяє комплексній переробці очищуваних стічних вод. У тих випадках, коли для збільшення розмірів завислих твердих часточок застосовують коагулянти і флокулянти, після флотаційного розділення гідрофобний осад гідроксидів алюмінію і феруму разом із сорбованими домішками займає значно менший об'єм, і вологість його нижча, ніж осаду, виділеного відстоюванням. Це значно полегшує його подальшу переробку.

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, електрофлотація. 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 води 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.