Флотация

Метод флотации используется для очистки сточных вод, загрязненных отходами нефти, продуктами ее переработки, жирами, маслами, смолами, латексами, продуктами органического синтеза, поверхностно-активными веществами, красителями и др. Флотационный метод очистки основан на всплывании загрязнений в пенный слой и  обеспечивает  удаления  механических  примесей,  коллоидных  и  растворенных  загрязнений. Извлечение диспергированных, коллоидных  или растворенных  примесей воды  происходит в результате их  прилипания (или  адсорбции) к  пузырькам  газа, образующимся  в  жидкости  или  введенным  в  нее. Агрегаты  пузырьков  воздуха  с примесями всплывают на поверхность, образуя пенный слой с более высокой  концентрацией частиц, чем в исходной жидкости.

Эффект прилипания пузырьков воздуха к твердой или жидкой частице, взвешенной  в  воде, зависит от  смачиваемости поверхности частицы, которая характеризуется величиной краевого угла (Θ). При увеличении  Θ поверхность частицы становится более  гидрофобной и увеличивается как  вероятность  прилипания  к  ней  воздушного пузырька, так и прочность удерживания этого пузырька на поверхности частицы.  На  процесс  флотации  влияют адсорбционные  явления, наличие  растворенных  и нерастворенных тонкодисперсных примесей (ПАВ, электролиты, глинистые частицы), кислот, щелочей. Существенное влияние  оказывает  поверхностное натяжение воды, а также  размер  и  количество  пузырьков  воздуха,  растворенных  в  воде.  Эффективная флотация  возможна  при  поверхностном  натяжении воды не более 60-65 мН/м и требует  как  можно  более  тонкого диспергирования воздуха.

Существуют  различные  способы  диспергирования  воздуха  при  флотации сточных  вод:  механическое аэрирование  турбиной  насосного  типа ( импеллером), продувка  воздуха  через  мелкопористые  материалы, пневматическое  диспергирование при впуске воздуха в флотационную  камеру  через специальные сопла со скоростью 100-200 м/сек, насыщение воды мелкими пузырьками воздуха при резком изменении давления (напорная и вакуумная флотация), насыщение пузырьками  газов, образующихся  при  электрохимическом  разложении  воды (электрофлотация) и др.

В практике очистки сточных  вод наиболее  широкое  распространение  получили напорная и импеллерная флотация.  В напорных флотаторах для диспергирования  воздуха в воде используется изменение растворимости газов с изменением давления. Воздух нагнетается в воду под избыточным давлением и растворяется в ней в сатураторе, а затем вода, насыщенная  воздухом  выпускается  в  открытую  флотационную  камеру  радиального типа (рис.19), находящуюся под атмосферным давлением .

В результате растворимость воздуха в воде резко снижается, и он выделяется во всем объеме жидкости в виде мельчайших пузырьков. Флотационная камера оснащена механизмом для сгребания пены и пеносборным лотком.

Одним из перспективных методом, конкурирующим с напорной флотацией, является импеллерная флотация. Преимущество этого метода перед напорной заключается  в  отсутствии дополнительного оборудования, поскольку  процесс  происходит в одном объеме. В случае импеллерной флотации воздух засасывается и диспергируется в воде  при  помощи  импеллера. Степень  диспергирования зависит от окружной скорости вращения импеллера, от глубины погружения крыльчатки. Насыщение воды воздухом происходит в камере импеллера, затем смесь выбрасывается во флотационную камеру, которые конструктивно объединены (рис.20).

При  импеллерной  флотации  происходит  подсос  воздуха  через  вакуумную воронку,  образующуюся  в  результате  вращения  импеллера  в  слое  воды.  Импеллер вращается  внутри  цилиндрической  перегородки – статора. Вследствие  касательных напряжений, возникающих в турбуллентной зоне между крыльчаткой и статором, происходит диспергирование воздуха, который выбрасывается через отверстия в статоре.  В последнее время на рынке оборудования для очистки воды появились импеллерные флотаторы фирмы «WEMCO». Применение их дает неплохие результаты, но  их  достоинства  снижаются  из-за  высокой  стоимости  и  энергоемкости. Известна аналогичная более экономичная отечественная разработка, позволяющая достигать желаемой степени очистки. Данная конструкция производительностью 20м3/ч внедрена в схему очистки  сточных вод от  мойки рейсовых автобусов. Эти сточные  воды отличаются  большим содержанием  минеральных загрязнений (до 2000 мг/л) и  нефтепродуктов (до 100 – 150 мг/л), поэтому флотатор работает после  тонкослойного  отстойника. Крупность  пузыря изменяется в пределах  от 0,5 до 1,5 мм.  Диспергатор погружен на глубину 1100 мм. Концентрация взвешенных веществ в исходной воде порядка 50 –70 мг/л, в очищенной воде их содержание снижается до 25-30 мг/л, а концентрация нефтепродуктов снижается до 5 мг/л.Преимуществом  флотационного  осветления стоков  от твердых взвешенных частиц является относительно низкая влажность шлама, накапливающегося в флотопене.