Очистка сточных вод методом напорной флотации. Флотация сточных вод
Очистка флотацией сточных вод от некоторых специфических загрязнений
03Мар  материалы
Флотацию можно рассматривать не только как метод удаления из сточных вод нерастворенных загрязнений, но и как метод понижения концентрации растворенных высокомолекулярых соединений, например, синтетических поверхностно-активных веществ, некоторых ионов, в частности, радиоактивных изотопов, бактерий и клеток. Выпуск продукции органического синтеза промышленностью возрастает все больше. В связи с трудностью очистки сточных вод от большинства из них обычными методами, многие исследователи все шире используют для этого пенную флотацию. Не все описанные способы флотации одинаково пригодны для этой цели. Наиболее приемлемыми являются те, которые обеспечивают достаточно большое, в широких пределах регулируемое количество подаваемого воздуха (импеллерная, пневматическая, эрлифтная флотация, флотация при подаче воздуха через фильтросы). Флотационная очистка от растворенных органических веществ не всегда может быть осуществимой и практически целесообразной, все зависит от вида растворенных высокомолекулярных соединений и их концентрации в исходной воде. Так, например, в отдельных опытах по очистке стоков завода синтетических продуктов на лабораторной импеллерной установке оказывалось, что в пену переходит около половины всей сточной жидкости, а в оставшейся — сохраняется еще высокая концентрация вспенивателей. Практически такая очистка непригодна. Но с другой стороны, в ряде случаев флотация может оказаться единственным приемлемым методом понижения концентрации растворенных высокомолекулярных соединений, зачастую отрицательно влияющих на последующие этапы очистки сточных вод. Переводом в пену могут удаляться многие органические вещества: синтетические высокомолекулярные спирты и эфиры, синтетические жирные кислоты и их соли, нафтеновые кислоты, алкилсульфаты и алкилсульфонаты, алкиламиды и этаноламины и многие другие продукты органического синтеза.
Технологический режим, основные параметры и эффект флотации должны быть в каждом отдельном случае определены экспериментально. На основании имеющихся данных можно добиться эффекта очистки, например, от СПАВ, при флотации па 80—95% и выше.
В технологических схемах очистки сточных вод, соответствующих по составу сооружений полной биологической очистке стоков, флотационные установки могут располагаться после первичных отстойников. Пена сгребается скребками или сдувается воздухом с поверхности жидкости в пеногаситель, который для ускорения гашения пены оборудуется паровыми змеевиками для нагрева пены или соплами для впуска острого пара.
Для очистки небольших количеств производственных сточных вод пенный сепаратор можно устраивать в виде вертикальной колонны, к верхней части которой присоединяется труба, отводящая пену в пеногаситель.
Очистка общего стока завода синтетических продуктов от алкилсульфата натрия производилась при различных режимах работы трех типов лабораторных установок. Наиболее приемлемые результаты получены при следующих параметрах: для напорной флотации — давление насыщения 2,5 ати, продолжительность насыщения 5 мин, продолжительность флотации 20 мин; импеллернои флотации — окружная скорость импеллера 12 м/сек, продолжительность флотации 45 мин, количество воздуха 4,5—5,0 объема на объем жидкости; для флотации при подаче воздуха через пористые материалы — давление под пористой пластиной 1,5 ати, количество воздуха 3,0—3,5 объема на объем жидкости, продолжительность флотации 60 мин.
Очищался общий сток без добавления реагентов и при добавлении сернокислого алюминия, оптимальная доза которого была установлена в 350 мг/л.
Следует обратить внимание на то, что сток завода синтетических продуктов отличается весьма высокой способностью к вспениванию (пенное число достигает 5—6 и выше). На основании анализа полученных данных можно сделать ряд выводов и установить некоторые закономерности, характеризующие процесс извлечения СПАВ пенной сепарацией или флотацией.
Напорная флотация некоагулированного стока дает эффект очистки всего на 2—4% выше, чем два других способа, что нельзя оценить как существенное преимущество, тогда как напорная флотация коагулированного стока повышает эффект очистки по сравнению с другими способами флотации на 13—16%.
Недостатком импеллернои флотации и флотации через пористые пластины, по сравнению с напорным способом, является образование значительного количества жидкости, отходящей вместе с пеной (концентрата).
Большое количество концентрата обуславливается содержанием алкилсульфата натрия (30—140 мг/л) при одновременном присутствии различных углеводородов и летучих кислот, способствующих вспениванию, а также величиной рН = 8,5—10,5, обеспечивающей максимальное вспенивание.
Объем концентрата зависит от начального содержания алкилсульфата, т. е. от количества его, переходящего в пену, от расхода воздуха и от содержания взвешенных веществ в жидкости.
Важными показателями, характеризующими процесс извлечения ПАВ импеллернои флотацией и флотацией через пористые пластины, являются: расход воздуха (удельный), идущий на изъятие 1 г ПАВ, и количество концентрата, образующегося при изъятии 1 мг/л ПАВ.
В связи с тем, что при равномерной подаче воздуха скорость изъятия ПАВ в каждый момент определяется концентрацией их в жидкости и замедляется при уменьшении ее, удельный расход воздуха, л/г, возрастает при малых концентрациях ПАВ.
Удельный расход воздуха целесообразно указывать в зависимости от средней концентрации ПАВ, под которой понимается полусумма начальной и допустимой (расчетной) конечной концентраций ПАВ.
Количество концентрата, образующегося при снятии 1 мг/л ПАВ, выражается в процентах от объема обработанной жидкости. В рассматриваемом случае эти проценты получились следующими: при импеллернои флотации некоагулированного стока 0,375, коагулированного 0,27; при флотации через пористые пластины некоагулированного стока 0,27, коагулированного 0,2.
При высоком пенном числе (более 3—4) возможность применения импеллернои флотации и флотации через пористые пластины ограничивается объемом получаемого концентрата, так как технически и экономически вряд ли целесообразно получение концентрата в объеме большем, чем 10—12%.
Таким образом, расчет рассматриваемых флотационных установок в общем виде сводится при небольшом пенном числе к выбору объемов сооружений и технологических параметров, обеспечивающих снижение ПАВ до необходимых концентраций, а при большом пенном числе к выбору объемов сооружений и технологических параметров, обеспечивающих максимально возможное снижение содержания ПАВ при приемлемом объеме образующегося концентрата.
В Московском инженерно-строительном институте на основании исследований, выполненных на тонкосуконной фабрике и кожевенном заводе, разработаны рекомендации по удалению синтетических поверхностно-активных веществ из сточных вод этих производств. Для удаления СПАВ принят способ флотации с диспергированием воздуха через пористые материалы.
Радиоактивные изотопы, попадающие в жидкие отходы при их получении или использовании, могут тем или иным способом концентрироваться в осадке, который подлежит выпариванию и захоронению. Захоронение радиоактивных отходов очень сложная и дорогостоящая операция, поэтому уменьшение объема осадков может быть достигнуто флотацией. Гидроокиси металлов (железа, алюминия) могут быть хорошими сорбентами для многих радиоактивных изотопов. При подборе соответствующего флотореагента, осадок гидроокиси, занимающий значительный объем (до 2% от количества обрабатываемой воды), может быть уплотнен в 3—4 раза и более, в зависимости от начальной концентрации осадка. Так, керосиновый контакт Петрова явился хорошим флотореагентом для флотации осадка гидроокиси железа.
В Уральском политехническом институте большие работы проводятся по извлечению из сточных вод радиоактивных изотопов флотационным способом. Причем, исследования здесь ведутся по двум направлениям, во-первых, подбор «носителя» избирательно сорбирующего определенный изотоп, и, во-вторых, создание условий и установление технологических параметров для флотации данного «носителя».
Различные сточные воды имеют бактериальные загрязнения. Поэтому для их устранения сточные воды на конечном этапе очистки подвергаются хлорированию. Однако в отдельных случаях может иметь значение удаление бактериальных загрязнений на отдельных стадиях очистки и тогда метод, позволяющий достичь наибольшего извлечения бактерий из сточной жидкости, будет иметь определенные преимущества перед другими.
Флотационному выделению бактерий из жидкости посвящены некоторые работы. Хоппер, изучивший применение флотации для очистки водопроводной воды, нашел, что уменьшение количества бактерий при флотации достигает 90% и более. При бактериологических анализах сточных вод концентрация бактерий в пенном слое на лабораторных флотационных установках может облегчить нахождение болезнетворных бактерий.
farbenliebe.ru
2. Флотационная обработка сточных вод.
Флотация - метод очистки промышленных сточных вод от гидрофобных мелкодисперсных загрязнений, основанный на явлении смачивания жидкостью твердых или жидких несмешивающихся с ней поверхностей. Метод применяют для удаления из сточных вод нерастворимых в воде диспергированных загрязнений, которые самопроизвольно плохо отстаиваются в условиях механической очистки. Процесс флотационной очистки заключается в удалении гидрофобных частиц загрязнений за счет прилипания их к всплывающим пузырькам воздуха с образованием пенного слоя на поверхности очищаемой сточной воды.
Различают следующие способы флотационной обработки сточных вод:
флотация с выделением пузырьков воздуха из раствора, флотация с механическим диспергированием воздуха, флотация с подачей воздуха через пористые материалы,
электрофлотация, биологическая и химическая флотация.
Прилипание частицы к поверхности газового пузырька возможно только тогда, когда частица гидрофобная, т.е. не смачивается (или плохо смачивается) жидкостью. Смачивание – это поверхностное явление, заключающееся во взаимодействии жидкости с твердым (или другим жидким) телом при наличии одновременного контакта трех несмешивающихся фаз, одна из которых обычно является газом (воздухом).
Угол между касательными к межфазным поверхностям с вершиной в точке раздела трех фаз, отсчитанный внутри жидкости, называют краевым углом или углом смачивания. Величина краевого угла является количественной характеристикой процесса смачивания. Жидкость не смачивает твердую поверхность, если краевой угол больше 90О, такая поверхность называется гидрофобной. Соответственно дисперсная частица, поверхность которой не смачивается водой, также называется гидрофобной.
Эффективность процесса флотации определяется в основном адгезией между гидрофобной частицей и пузырьком воздуха, а также скоростью установления контакте между ними, т.е. скоростью разрыва разделяющей их водной пленки. При выборе условий флотации необходимо учитывать также, что флотирующая (подъемная сила), прижимающая частицу к пузырьку воздуха (сила адгезии), должна быть больше силы тяжести.
Вакуумная флотация: метод основан на зависимости растворимости газов воздуха в воде от давления. Если при атмосферном давлении получить насыщенный раствор газов воздуха в очищаемой сточной воде а затем снизить давление до 225 – 300 мм рт.ст., то в результате уменьшения растворимости газов в воде при понижении давления в объеме очищаемой воды будут образовываться мелкие пузырьки воздуха, которые и флотируют загрязнения. При напорной флотации схема получения пузырьков воздуха в очищаемой воде противоположна: воду насыщают воздухом при повышенном давлении, затем внешнее давление снижают, растворимость газов в воде уменьшается и они выделяются в объеме очищаемой воды в виде мелких пузырьков.
Флотация с механическим диспергированием воздуха. При перемешивании струи воздуха в воде создается интенсивное вихревое движение, воздушная струя распадается на отдельные пузырьки. Механическое перемешивание осуществляется импеллерами – турбинками насосного типа. Импеллер представляет собой диск с радиальными обращенными вверх лопатками. При вращении импеллера в жидкости возникает большое число мелких вихревых потоков, которые разбиваются на пузырьки определенной величины. Эффективность очистки зависит от скорости вращения импеллера.
Флотация с подачей воздуха через пористые материалы проводится пропусканием воздуха через пористые керамические пластины или колпачки, трубы, насадки, уложенные на дне флотационной камеры. Недостатком метода является возможность зарастания и засорения пор, а также трудности выбора материалов, обеспечивающих выход мелких, близких по размеру пузырьков.
Электрофлотация отличается от других способов флотационной очистки сточных вод тем, что пузырьки газа образуются при электролизе воды. На катоде происходит восстановление воды с образованием молекулярного водорода, на аноде выделяется кислород ( при использовании инертных электродов)
Биологическая флотация применяется для уплотнения осадков сточных вод. При биологической флотации осадок из первичных отстойников подогревается паром в специальной емкости до 35 – 55ОС и при этих условиях выдерживается несколько суток. В результате деятельности микроорганизмов выделяются пузырьки газов, которые флотируют частицы осадка в пенный слой, где они уплотняются и обезвоживаются.
Химическая флотация отличается тем, что для получения пузырьков газа в очищаемую воду добавляются специальные реагенты. При реакции реагентов с водой или загрязнениями воды выделяются газообразные вещества: О2, СО2, Сl2и другие.
studfiles.net
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.
vseokraskah.net
