Виды и способы флотации
Очистка стоков методом флотации может производиться различными способами. То есть, именно образование пузырьков воздуха происходит с использованием различных методов. Рассмотрим все возможные.
Выделение пузырей воздуха из специального раствора
Причем здесь воздух можно выделять как напорным методом, так и вакуумным. В первом случае в воду под высоким давлением запускают воздух, в результате чего на всех слоях воды образуются нужные пузырьки. В случае с вакуумной флотацией сточная вода проходит через аэрационную камеру, где усиленно насыщаются воздухом. После этого стоки поступают в дезаэратор, где из воды удаляется лишний воздух (не растворившийся). Затем серая жидкость переливаются именно во флотационную камеру, где давление падает до критической точки, от чего и происходит образование пузырьков воздуха.
Механический способ насыщения воды воздухом
Этот метод обогащения стоков воздухом заключается в трех основных способах:
- Перемешиванием сточных вод в специальной центрифуге при помощи турбины. В этом случае установка носит название импеллер и позволяет добиться образования пузырей небольшого диаметра. В основном импеллер используется для очистки воды от продуктов нефтепроизводства или от жиров. Импеллер хорош тем, что позволяет варьировать величину воздушных пузырей в результате схемы проведения флотации. То есть, чем выше скорость вращения турбины, тем мельче будут пузырьки в воде.
- Перемешивание воды при помощи специального рабочего колеса с лопастями. Такой метод является безнапорным и хорош для удаления из воды крупнодисперсных и волокнистых примесей, таких как волосы, нити, шерсть и пр. Пузыри при безнапорном способе флотации получаются достаточно крупными.
- Обогащение стоков воздухом с использованием специальных труб, которые располагаются на дне приёмного резервуара для грязной воды. Этот способ носит название пневматический. Используется в том случае, если есть необходимость очистки стоков, которые являются агрессивными для обработки их в импеллере или безнапорном колесе.
Насыщение воды воздухом с использованием пористого материала
Этот способ заключается в проведении потока воздуха сквозь специальные пористые структуры. В качестве примера можно привести специальные тонкие пластины с тонкими щелями по всему периметру. Причем чем тоньше будет щель в пластине, тем мельче будут воздушные пузыри.
Электролиз
Этот способ образования пузырьков воздуха считается одним из наиболее эффективных. Схема действия метода заключается в помещении в воду специальных электродов, по которым в стоки проводят ток. В месте расположения электродов (в месте их контакта с водой) происходит формирование нужных пузырьков.
Флотационная очистка
Предварительная химическая обработка сточных вод коагулянтом и флокулянтом происходит в трубчатом флокуляторе, которым оборудована флотационная установка.
Сточные воды, подвергнутые предварительной химической обработке, направляются на флотационную установку. По приточному трубопроводу поток воды попадает во флотационный резервуар, во входной трубе интенсивно смешивается с воздухом, нагнетаемым насыщающим насосом.
Пузырьки газа прикрепляются к частицам твёрдого вещества, в результате чего образуются хлопья из твёрдого вещества и газа, которые легче воды и поэтому всплывают вверх. Размер микропузырьков можно легко регулировать и существенно уменьшать образование больших пузырьков, препятствующих флотационному процессу. Хлопья из твёрдого вещества и газа всплывают во флотационном бассейне и образуют слой флотата (флотационный пенный шлам) на поверхности воды.
Ленточный сбрасыватель сдвигает этот слой в лоток отвода флотата, при этом флотат дополнительно обезвоживается балкой сбрасывателя.
По мере накопления бункера пенный шлам самотеком поступает в накопительную емкость, а затем подается на обезвоживание.
Флотационная установка для физико-химической очистки производственных сточных вод включает в себя:
- трубчатый флокулятор;
- воздушно-напорный флотатор;
- систему подготовки сжатого воздуха;
При выборе флотационной установки для очистки производственных сточных вод особое внимание необходимо обратить на следующие факторы:
- При применении флотатора с горячим или соленым стоком растворимость воздуха в воде снижается. В этом случае, необходимо предусмотреть нагнетательную систему большей производительности.
- Перед подачей стоков на флотатор необходимо предусмотреть механическую решетку с прозором не более 1 мм.
- Насос подачи стоков на флотатор должен быть с частотным регулятором для обеспечения постоянного потока.
Какие вещества включает флотация
Флотацию можно назвать одним из способов, которые используются для очищения сточной воды.
Безнапорная флотация должна выполнятся под наблюдением специалистов
Но если говорить конкретно о данном методе очищения, то цель флотации заключается только в том, чтобы вывести на поверхность различные мелкие вещества, которые схожи с водой по плотности и не могут осесть на дно. Флотацию используют для того, чтобы очистить сточные воды от жиров, ПАВ, волокон, продуктов нефти. Кроме того, в некоторых случаях процесс может помочь удалить даже растворенные в воде элементы.
В основе флотационного очищения лежат сложные химический и физический процессы. Здесь рассматривается каждая индивидуальная способность того или иного вещества к смачиванию. Благодаря этому определяют, как будет вести себя вещество в процессе разделения.
Есть два вида веществ:
- Гидрофильный. Им присуща хорошая смачиваемость.
- Гидрофобный. Такие вещества не смачиваются.
После того как будет определено вещество, его можно удалить при помощи очистки флотацией.
Виды сооружений
В таблице охарактеризовано оборудование, которое применяется на разных этапах очистки стоков.
Для механического этапа:
| Установка | Что собой представляет | Принцип работы |
| Песколовки | Горизонтальные или вертикальные установки продолговатой формы. | Вода движется по оборудованию со скоростью 0,15-0,3 м/с. При таком темпе минеральные примеси диаметром от 0,25 мм оседают на дне, а мелкие частицы органики остаются в воде. |
| Отстойники | Резервуары, где вода стоит или очень медленно двигается. | Механические примеси оседают на дно под силой земного притяжения. |
| Решетки | Фильтрующее полотно из металлических стержней, которые находятся на расстоянии 2-8 мм друг от друга. | Вода проходит через стержни, а крупный мусор задерживается. |
| Нефтеловушки и нефтепескоуловители | 3-4 отдельных камеры, соединенных между собой. | В камерах стоки отстаиваются, проходят через решетку и коалесцентный фильтр, сорбционные материалы. |
Для физико-химического этапа:
| Установка | Что собой представляет | Принцип работы |
| Флотаторы | Резервуары, в которых образуются пузырьки газа. Они генерируются электронасосом / в процессе электролиза / вращающимися турбинами. | Пузырьки газов поднимаются и захватывают с собой мелкодисперсные частицы. |
| Флокуляторы | Система труб, в которых коагулянт смешивается со стоками, и происходит химическая реакция. | Коагулянты объединяются с загрязнениями, образуют крупные хлопья и выпадают в осадок. |
Для биологического этапа:
| Установка | Что собой представляет | Принцип работы |
| Аэротенки | Прямоугольный резервуар, по которому протекают стоки, смешанные с активным илом. | Аэробные бактерии в присутствии кислорода расщепляют органику. О2 подается механическими или пневматическими аэраторами. |
| Мембранные биоректоры | Аэротенк с мембраной, которая задерживает активный ил после переработки органики. | Аэробные бактерии в присутствии кислорода расщепляют органику. О2 подается механическими или пневматическими аэраторами. |
| Биофильтры | Резервуар с загрузочным материалом, на поверхности которого образуется пленка из микроорганизмов. | Воды проходят через пористый фильтр-загрузку. Биологическая пленка на гранулах расщепляет загрязнения. |
| Установка | Что собой представляет | Принцип работы |
| Неподвижные перегородки | Установки с фильтрующим полотном разной пористости. | Вода проходит через фильтры, и загрязнения остаются за разделительным полотном. |
| Зернистые фильтры | Гранулированные пористые материалы, которые засыпаются в трубы, резервуары, колбы. | Вода проходит через гранулы абсорбирующего материала, и загрязнения накапливаются на их поверхности. |
| Ультрафильтрационные системы | Фильтры, оснащенные мембранами – материалами с размером пор до 0,2 мкм. | Мембраны пропускают воду, а высокомолекулярные загрязнения (99,9% примесей) задерживают. |
Оборудование для дезинфекции:
| Установка | Что собой представляет | Принцип работы |
| Озонаторы | Электрические установки с длинными шлангами. Приборы генерируют озон, который по трубкам проникает в воду. | Озон окисляет липиды и липопротеины клеточной стенки бактерий. Это приводит к структурным изменениям, несовместимым с жизнью клеток. |
| УФ-обеззараживатели | Аппараты, оборудованные несколькими лампами. Они погружаются в воду и там излучают УФ-лучи. | Лампы генерируют волны длиной 200-280 нм. Они разрушают генетический аппарат вредоносных бактерий и вирусов, что не дает им размножаться. |
Принцип работы флотатора для очистки сточных вод
Принцип работы флотатора основан на пропускании через очищаемую среду пузырьков воздуха с целью образования пены. Данная пена называется флотошлам, который снимается и отводится на специальные устройства по обезвоживанию. Для того чтобы пузырьки захватывали и уносили с собой загрязнения, необходимо предварительное добавление специальных веществ – коагулянтов и флокулянтов. Данные вещества обладают высокой адгезивностью, то есть они помогают загрязняющим веществам слипаться друг с другом и с пузырьками воздуха, образовывая так называемые флоккулы.
Пузырек, проходя из сопла или форсунки распределяющего устройства наверх, захватывает с собой липкие загрязняющие вещества. Такой процесс проводится до тех пор, пока вода не достигнет нужного эффекта очистки.
Сложность процесса заключается в том, чтобы точно подобрать дозу коагулянта и флокулянта так, чтобы сила адгезии была достаточно высока, для слипания с пузырьком, но при этом образовавшиеся хлопья были не слишком большого веса, чтоб не повредить пузырек воздуха.
Принципы очистки
Флотационная очистка сточных вод подразумевает реализацию следующей последовательности процессов:
- Сточные воды закачиваются в специальную рабочую ёмкость (электрофлотатор).
- Жидкость обогащается кислородом.
- Пузырьки воздуха контактируют с частицами загрязнений и собирают их на границе газ-жидкость.
- Пузырьки с загрязнениями поднимаются на поверхность с образованием пены или плёнки.
- Пена или плёнка удаляется специальными механическими приспособлениями.
Пузырьки воздуха с требуемыми размерными параметрами формируются с помощью механического дробления в турбинах, форсунках, пористых пластинах, решётках. Флотация с помощью пузырьков может быть спровоцирована перенасыщением H2O, кислородом или электролизом (электрофлотация).
Пузырьки образуются тремя основными способами: механическим, напорным и вакуумным. При напорном способе в жидкость под высоким давлением подаётся кислород. Пузырьки формируются нужного размера по всему объёму стоков. При вакуумном способе сточные воды проходят через камеры, в которых производится их насыщение кислородом. После очистки жидкость подаётся в специальную камеру, где остатки нерастворённого воздуха удаляются.
Механический метод может быть выполнен следующими способами:
- Выведение стоков в центрифугу. В этой специальной ёмкости происходит перемешивание жидкости, придание ей однородной структуры. При движении загрязнённая вода насыщается кислородом, в результате чего образуются небольшие пузырьки.
- Перемешивание производится в резервуаре, который оснащён специальными колёсами с лопастями.
- С помощью нагнетания кислорода в аэраторах (резервуарах, на дне которых установлены вводные трубы для подачи кислорода).
Схема, включающая флотатор для очистки сточных вод
Технология, предполагающая флотатор в качестве главного обрабатывающего модуля, всегда включает реагентное хозяйство и устройство для создания пузырьков воздуха. Реагентное хозяйство представляет собой емкость с реагентами (коагулянты, флокулянты, щелочь для корректировки pH) и реактор для смешения реагента с водой.
В качестве устройства для создания пузырьков воздуха, как правило, используется сатуратор, представляющий собой камеру смешения воздуха с водой с целью создания водовоздушной смеси. Далее эта смесь направляюется во флотатор. Устройство сатурации оснащено мощным насосом для нагнетания воздуха.
Флотатор никогда не используется отдельно, он всегда включен в общую схему очистки воды. Полная схема, как правило, состоит из этапов предварительного отстаивания, физико-химической обработки (флотатор или коагулятор) и последующей механической очистки на фильтрах.
Иными словами, флотатор не может обеспечить всю очистку, это только отдельный узел, требующий предварительной обработки и последующей. Попадание во флотатор песка или других грубодисперсных примесей приведут к поломке прибора. Также данный прибор не может обеспечить обеззараживание и полную очистку от нефтепродуктов. Поэтому, после него необходима ультрафиолетовая установка и сорбционные (или механические) фильтры.
Принципиальная схема основана на процессе флотации. Флотация – это обработка сточных вод пузырьками воздуха с целью извлечения растворимых и эмульгированных веществ. Вода поступает на главный обрабатывающий модуль. Туда же в напорном (или безнапорном) режиме подается заранее приготовленный реагент в реакторе. Также во флотатор подаются пузырьки воздуха с помощью устройства сатурации. Во флотаторе для очистки воды происходит обработка сточных вод реагентами и пузырьками воздуха, происходит всплытие большей части флокул в виде флотошлама. Всплывший флотошлам убирается с поверхности воды скребковым транспортёром в шламосборник.
Данный шлам очень неустойчив к механическим колеваниям, поэтому с поверхности воды он собирается аккуратно с целью не разбить пену.
