Очистка сточных вод методом напорной флотации

Флотация является одним из самых эффективных физико-химических методов разделения нерастворенных частиц от жидкости, в которой они находятся. Чаще всего такой жидкостью бывает вода, хотя может быть и любая другая. Нерастворенными частицами (взвесями) бывают как твердые, так и жидкие частицы. Метод флотации известен еще в девятнадцатом веке и применялся издавна для обогащения руд, например разделения крупиц золота от песка.

Суть его в том, что в воду с взвесями пропускают мельчайшие пузырьки воздуха, которые за счет смачиваемости прилипают к взвешенным в воде твердым частицам или капелькам жидкости, например нефти, и увлекают эти частицы за собой вверх. Не прилипшие к пузырькам воздуха частицы оседают на дно. Так за счет разности смачиваемости обогащают руды, отделяя частицы руды от пустой породы.

Метод флотации широко применяется и для очистки промышленных стоков. Для этой цели сточные воды продувают воздухом, который увлекает за собой нерастворенные в воде частицы. Задача инженеров состоит в том, чтобы пропустить через очищаемую воду как можно больше воздуха, но как можно меньшего размера пузырьками.

Оказалось, что самые мелкие пузырьки воздуха появляются при выделении из воды растворенного в ней воздуха. А растворимость газа (воздуха) в воде прямо пропорциональна давлению.

Так родилась идея создания метода напорной флотации. Суть его заключается в том, что в загрязненную воду закачивается под высоким давлением воздух, который растворяется в ней. Затем эта смесь поступает в открытую емкость с большим объемом. Давление падает до атмосферного и происходит дегазация растворенного в воде воздуха. Образуется гигантское количество мельчайших пузырьков, которые, поднимаясь вверх, захватывают с собой все, даже мельчайшие нерастворенные частицы. К тому же пузырьки воздуха при дегазации образуются преимущественно на границе сред, т. е. на плавающей в воде частице, и ее же вытягивают из воды вверх.
Примитивно явление напорной флотации можно наблюдать, налив в стакан газированной воды или налив в бокал шампанского. Бросьте в бокал шампанского кусочек шоколада, увидите, что со временем он поднимется к поверхности.

При помощи насосного агрегата (2) загрязненная жидкость из приемной емкости по всасывающему трубопроводу (11) поступает во всасывающую емкость (1). Часть ее насыщается воздухом через игольчатый вентиль (21) в эжекционной катушке (22) и нагнетается в напорную емкость-сатуратор (3). Давление в сатураторе устанавливается вентилем (23) и визуально отслеживается по манометру (20). Производительность установки регулируется задвижкой (28). Далее по трубопроводу (27) загрязненная жидкость поступает в камеру флотации (4), где распределяется внутри флотационной камеры (41) и равномерно выходит из нее через решетку (37). Одновременно с этим происходит резкое падение давления жидкости. Возникает активный процесс десорбции воздуха, растворенного в жидкости под давлением внутри сатуратора, что приводит к образованию огромного количества различных по величине пузырьков, которые "прилипают" за счет сил поверхностного натяжения к находящимся в жидкости примесям и флотируют (поднимают) загрязнения на поверхность с образованием шлама (пены).

Осветленная жидкость проходит под переливной мембраной (7) и равномерно по всему периметру переливается в карман (40). Оттуда по трубопроводу 43 попадает в первую секцию фильтра (8), затем через решетку (39) во вторую секцию, далее через фильтрующий материал (46) и отвод (47) чистая вода самотеком удаляется из установки по трубопроводу чистой воды (48).

Образованная в процессе флотации пена удаляется при помощи системы удаления шлама (5, 31, 32, 34, 36,), через шламовый карман (45) в шламовую емкость (9), откуда через присоединительный фланец (51) после отстоя может быть выведена на дальнейшую переработку или утилизацию.