5.2.1. Флотация с выделением воздуха из раствора

Применяется при очистке производственных сточных вод, содержащих очень мелкие частицы загрязнений, поскольку позволяет получать самые мелкие пузырьки воздуха. Сущность метода заключается в создании перенасыщенного раствора воздуха в сточной жидкости. Выделяющийся из такого раствора воздух образует микропузырьки, которые и флотируют содержащиеся в сточной воде загрязнения. Количество воздуха, которое должно выделиться из перенасыщенного раствора и обеспечить необходимую эффективность флотации, обычно составляет 1-5 % от объема обрабатываемой сточной воды. В зависимости от способа создания пузырьков различают вакуумную, напорную и эрлифтную флотацию.

Вакуумная флотация (рис. 1.23). Преимуществом вакуумной флотации является то, что образование пузырьков газа, их слипание с частицами загрязнений и всплывание образовавшихся агрегатов "пузырек-частица" происходят в спокойной среде и вероятность их разрушения сводится к минимуму. Минимальны также энергозатраты на насыщение жидкости воздухом, образование и измельчение воздушных пузырьков.

Недостатки метода:

• необходимость сооружения герметичных резервуаров;
• сложность эксплуатации вакуумных флотационных установок;
• ограниченный диапазон применения вакуумных флотационных установок (концентрация загрязнений в сточной воде не должна превышать 250 мг/л).

Сточная жидкость, поступающая на флотацию предварительно насыщается воздухом в течение 1-2 мин в аэрационной камере 1, откуда она поступает в деаэратор 2 для удаления нерастворившегося воздуха. Далее под действием разрежения (0,02-0,03 МПа) сточные воды поступают во флотационную камеру 3, в которой растворившийся воздух при атмосферном давлении выделяется в виде пузырьков и выносит частицы загрязнений в пенный слой. Продолжительность пребывания сточной воды во флотационной камере 20 мин, а нагрузка на 1 м2 площади поверхности около 200 м3/сут. Скапливающаяся пена вращающимися скребками удаляется в пеносборник. Для отвода обработанной сточной воды обеспечивается необходимая разность отметок уровней во флотационной камере и приемном резервуаре или устанавливаются насосы.

Напорная флотация (рис. 1.24). Установки напорной флотации просты и надежны в эксплуатации. Этот метод имеет более широкий диапазон применения, поскольку позволяет регулировать степень перенасыщения в соответствии с требуемой эффективностью очистки сточных вод при начальной концентрации загрязнений до 4-5 г/л и более. Для увеличения степени очистки в сточную воду добавляют коагулянты. Аппараты напорной флотации обеспечивают по сравнению с нефтеловушками в 5-10 раз меньше остаточное содержание загрязнений и имеют в 5-10 раз меньшие габариты. Процесс осуществляется в две стадии: насыщение сточной воды воздухом под повышенным давлением и выделение растворенного газа под атмосферным давлением. Напорные флотационные установки имеют производительность от 5 до 2000 м3/ч. Пребывание воды в напорной емкости составляет 10-15 мин, а во флотационной камере – 10-20 мин.

При напорной флотации (рис. 1.24) сточные воды по трубопроводу насосом 2 подаются в напорный бак 3 (сатуратор) из приемного резервуара 1. На всасывающем трубопроводе имеется патрубок для подсоса воздуха. Сатуратор или напорная емкость служит для равномерного растворения воздуха в сточной воде. Объем сатуратора рассчитывают на необходимую продолжительность насыщения воздухом (обычно 1-3 мин) при избыточном давлении 0,15-0,4 МПа.

SHAPE  \* MERGEFORMAT

Количество растворяющегося в сатураторе воздуха должно составлять 3-5 % объема обрабатываемой сточной воды. Насыщенная воздухом вода подается во флотационную камеру 4, где при атмосферном давлении растворенный воздух выделяется в виде пузырьков и флотирует взвешенные частицы. Всплывающая масса непрерывно удаляется механизмами для сгребания пены в пеносборники. Отвод пены осуществляется по линии III в верхней части флотатора. Осветленная вода отводится из нижней части флотатора – линия IV. Площадь флотационной камеры следует принимать исходя из гидравлической нагрузки 6-10 м3/ч на 1 м2 площади поверхности камеры. Продолжительность флотации составляет 20 мин.

Объем засасываемого воздуха составляет 1,5-5 % от объема очищаемой воды. Значения параметров зависят от концентрации и свойств загрязнений. При проектировании флотаторов для обработки сточных вод с расходом до 100 м³/ч, принимаются прямоугольные флотаторы в плане камеры глубиной 1-1,5 м, с расходом более 100 м3/ч – радиальные флотаторы глубиной не менее 3 м. Глубина зон флотации и отстаивания назначается не менее 1,5 м, а продолжительность пребывания сточной воды в них соответственно 5 и 15 мин.

По схемам (рис. 1.23 и 1.24) вся сточная вода, поступающая на флотацию, насыщается воздухом. Схемы с рециркуляцией (рис. 1.25, а) и с частичной подачей воды насосом (рис. 1.25, б) рекомендуется использовать, если проводится предварительная коагуляция сточной воды с целью предотвращения или уменьшения разрушения хлопьев в насосе.

В этих схемах только часть сточной воды подается насосом и насыщается воздухом. Схема с рабочей жидкостью (рис. 1.25, в) используется при большой концентрации загрязнений в сточной воде, когда работа флотационной установки по схеме (рис. 1.23.) малоэффективна. В качестве рабочей жидкости используют уже очищенную или природную воду. При этом объем рабочей жидкости превышает объем очищаемой сточной воды. Улучшение флотации в этом случае происходит из-за сохранения хлопьев загрязнений и более быстрого их всплывания. Недостатком схемы является большой расход энергии на перекачку рабочей жидкости.

Сточные воды (рис. 1.26), насыщенные воздухом, поступают во флотационную камеру 3 снизу через вращающийся водораспределитель 2. Выделяющиеся из воды пузырьки воздуха всплывают вместе с частицами загрязнений. Вращающимся механизмом 4 пена сгребается в лоток и удаляется – линия IV.

Обработанная вода отводится с днища флотатора 1 и по вертикальным каналам переливается в отводящий кольцевой лоток 5. Пропускная способность одного радиального флотатора не должна превышать 1000 м3/ч.

Применяют цилиндрические флотаторы, имеющие разный диаметр, следовательно, разную производительность. Флотаторы отличаются конструкцией ввода и вывода сточной воды и механизма сбора пены и ее отводом.

SHAPE  \* MERGEFORMAT

Применяются также многокамерные флотационные установки. В многокамерной установке (рис. 1.27) загрязненная сточная вода, скапливаясь в емкости 1, насосом 2 сначала подается в гидроциклон 4, где удаляется часть взвешенных частиц. Затем ее направляют в первую камеру флотатора 3, где сточная вода смешивается с циркуляционной водой из напорного бака 6, насыщенной воздухом, поступающей через аэраторы 7.

SHAPE  \* MERGEFORMAT

В первой камepe флотатора выделяются пузырьки воздуха, которые и флотируют загрязнения. После этого сточная вода поступает во вторую камеру и в последующие, в которых также происходит процесс флотации, после смешения сточной воды с очищенной. Таким образом, происходит многоступенчатая очистка сточной воды. Пройдя последнюю камеру флотатора, очищенная вода удаляется из установки – линия II. Пена удаляется пеносъемниками 5. Часть очищенной воды подается насосом 8 в напорный бак 6, где растворяется воздух, поступающий во всасывающую магистраль насоса. В случае необходимости одновременного проведения процессов флотации и окисления загрязнений сточную воду насыщают воздухом, обогащенным кислородом или озоном. Для устранения процесса окисления вместо воздуха на флотацию следует подавать инертные газы. Напорная флотация применяется для очистки сточных вод от нефти, нефтепродуктов, жиров масел, ПАВ, волокнистых веществ и других.

Эрлифтные установки применяют для очистки сточных вод в химической промышленности.

Простота устройства и снижение затрат энергии при эрлифтной флотации на проведение процесса в 2-4 раза, по сравнению с напорной флотацией являются достоинствами способа. Но конструкция установки требует значительного перепада отметок по высоте между питательным резервуаром со сточной водой и флотационной камерой, что значительно сужает область применения этого метода.

Сточная вода из емкости 1, находящейся на высоте 20-30 м, поступает в аэратор – 3 по трубопроводу 2. Туда же подаётся сжатый воздух – линия II который растворяется в воде под повышенным давлением. Поднимаясь по эрлифтному трубопроводу 4, жидкость обогащается пузырьками воздуха, который выделяется во флотаторе 5.

Образующаяся пена с частичками загрязнений удаляется самотеком или скребками – линия III. Осветленную воду направляют на дальнейшую очистку – линия IV.