Что такое флотация: преимущества и недостатки этого способа очистки. Флотатор что это такое
Промышленные флотаторы для очистки сточных вод: типы, устройство, принцип работы
Сегодня вопросы окружающей среды стоят во главе стола практически на каждом заседании Мировых Правительств. Ни для кого не секрет, что экология стала новой религией 21 века. 2017 год объявлен годом защиты окружающей среды в России, а потому экологическое просвещение – одна из задач на этот год.
Зачем нужно очищать воду?
Из всего запаса Мирового Океана только 3% - это пресная вода, из них 68% - это ледники (не пригодные для питья), 30% - подземные источники (часто загрязненные от почв) и только 2% - это наземные источники водоснабжения. Из глобальной картины мира ясно, что наличие чистой пресной воды - это не просто необходимость, но иногда роскошь.
Сточные воды, образующиеся во время хозяйственной деятельности предприятий, содержат большое количество загрязняющих веществ в концентрациях, превышающих допустимые и нормативные. Как правило, речь идет о тяжелых металлах (железо, никель, медь, свинец, ртуть, кадмий и др.), нефтепродуктах, взвешенных веществах, алюминии, СПАВ (синтетические поверхностно-активные вещества, для обывателя это всё то, что пенится). Данные вещества, попадая в водоемы, нарушают нормальное функционирование водных биогеоценозов, отравляют почву, провоцируют рост сине-зеленых водорослей, токсичны для животных. Данные загрязняющие вещества также токсичны для человека.
От хозяйственной деятельности человека в жилых многоквартирных и частных домах также образуется большое количество загрязняющих веществ. В основном, это СПАВ и органические отходы, но в канализацию попадают и соли металлов.
Что такое флотатор для очистки сточных вод?
Флотатор – это устройство, предназначенное для удаления мелкодисперсных примесей из воды физико-химическим методом. Условно говоря, это механизм одного из главных обрабатывающих модулей в технике и технологии очистки сточных вод. Именно на флотаторе происходит основное выделение растворенных веществ и очистка воды до нормативных показателей.
Промышленные флотаторы могут быть предназначены как для больших заводов, так и для автомоек, отличаясь габаритами и материалом.
Основной задачей флотатора является выделить и высадить из воды растворенные в ней загрязняющие вещества, переведя их в нерастворимую форму. При этом в прибор подается воздух для повышения эффекта очистки.
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.
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.
Устройство флотатора
Флотатор – это открытая емкость из стали или пластика, оснащенная скребковым механизмом для сбора флотошлама и имеющая коническую форму снизу. Флотатор подразумевает наличие в нем патрубков для подачи водовоздушной смеси из сатуратора, для сброса флотошлама и аварийного опорожнения, для подачи сточных вод и отвода очищенной воды. Установка флотатора, как правило, располагается на площадке обслуживания для удобства.
Типы флотаторов
Флотаторы для очистки сточных вод отличают по тому, как происходит насыщение воды пузырьками и по характеру пузырьков. Самыми распространенными способами являются механическая, напорная и электрофлотация. Напорная флотация подразумевает наличие камеры сатурации и насосной группы. К тому же, в данном методе часто используются реагенты. Электрофлотация не нуждается в реагентном хозяйстве и сатураторе, так как основана на растворении электродов в воде.
Механическая флотация
Механическая (или импеллерная) предполагает наличие мешалки, которая при высокой скорости вращения разбивает в воде пузырьки воздуха. Такой вид водоочистки подходит для воды, склонной к пенообразованию и насыщенной газами. При механическом способе нельзя использовать реагенты, так как турбулентные потоки, создаваемые мешалкой, попросту разбивают хлопья загрязнений. На данный момент механическая флотация не распространена, так как редко обеспечивает достаточный эффект очистки.
Как правило, к данному сегменту очистки относятся флотаторы для очистки сточных вод от нефтепродуктов.
Напорная флотация
В данном случае флотаторы для очистки сточных вод оснащаются устройство сатурации и реагентным хозяйством. Сатуратор представляет собой камеру, в которой происходит нагнетание воздуха под давлением выше атмосферного. Среду, приготовленную в сатураторе, называют водовоздушной смесью. Это наиболее распространённый вид флотации и чаще всего используемый. Процесс очистки происходит за счет предварительной обработки воды реагентом (коагулянтом или флокулянтом) и последующей обработки напором водовоздушной смеси. Каждый пузырек газа прикрепляет к себе загрязнения, так как обладает большой силой притяжения за счет границы раздела фаз (вода-воздух). Предварительная подготовка воды реагентом улучшает очистку, так как создает флоккулы (мицеллы), которые также обладают определенной силой притяжения. Основная часть воды отводится через патрубок очищенной воды на дальнейшую очистку или на сброс. Сверху специальное скребковое устройство снимает флотошлам – загрязнения, унесенные с пузырьками воздуха наверх в концентрированном виде.
Основным достоинством напорной флотации является широкий диапазон применения. К недостаткам можно отнести наличие дополнительных устройств (реагентное хозяйство, сатуратор, насосы), которые занимают много места, и их необходимо автоматизировать (например, подбор дозы реагентов). Определение количества реагента играет большую роль, так как малая доза приведет к недостаточной очистке (не все мелкие растворенные частицы укрупнятся), а большая доза может привести к тому, что пузырьки будут не выдерживать веса хлопьев и разрушаться, что также приведет к снижению эффекта очистки.
Электрофлотатор
Данный вид флотаторов для очистки сточных вод отличается лаконичностью и удобством эксплуатации. Сущность метода заключается в электролизе очищаемой жидкости и выделении газов из электродов. Во флотаторе происходит процесс электролиза: на катоде выделается водород, на аноде – кислород. При использовании растворимых электродов (например, алюминиевых или железных) вода дополнительно насыщается ионами металлов с высокой степенью окисления, что играет роль реагентов для создания хлопьев загрязнений. Данный процесс помогает выделить и высадить еще большее количество загрязняющих веществ из воды. Так как пространство флотатора не большое, то в таких условиях происходит хорошее слипание хлопьев и позырьков воздуха, что обеспечивает наиболее высокий эффект очистки.
Основным преимуществом такого прибора является отсутствие реагентного хозяйства и других громоздких приспособлений, при высокой степени очистки воды. К недостаткам можно отнести высокое энергопотребление и необходимость оборудования для отвода водорода.
Сопловая флотация
В данном случае используются специальные сопла, чтобы ввести воздух в перерабатываемую воду, которая подается во флотатор, там разбивается на двухфазную смесь. Преимуществом такого способа будет меньшая изнашиваемость деталей установки, а потому более долгий срок эксплуатации.
Реагентное хозяйство
В некоторых методах флотации для улучшения эффекта очистки используются следующие реагенты:
- реагенты для корректировки pH - это кислоты и щелочи, которые добавляются в воду для обеспечения нормальных условий работы коагулянта и флокулянта;
- коагулянты – реагенты, которые способствуют хлопьеобразования и представляют собой соли железа и алюминия;
- флокулянты – реагенты, которые создают более крупные и устойчивые хлопья (флокулы) и представляют собой полиакриламидные соединения.
Основными минусами наличия реагентного метода обработки воды являются необходимость присутствия персонала, а также площади, которые надо выделять под емкости и реакторы. Также очень важно правильно подобрать дозу реагентов, что возможно только эмпирическим путем.
fb.ru
Флотатор для очистки сточных вод: расчет, принцип действия, разновидности
.
Во многих системах очистки сточных вод для удаления органики после отстаивания и фильтрации используется метод флотации. Средством осуществления этого процесса удаления загрязнений является специальное устройство – флотатор.
Флотатор — устройство, с помощью которого очищаются сточные воды
Этот очистной комплекс на основе физико-химических принципов производит быстрое и эффективное удаление из сточных вод продуктов нефтепереработки, масел, жиров и других нерастворимых частиц.
Очистка методом флотации
В переводе с французского языка слово «флотация» переводится как «плавать». Название характеризует принцип процедуры. Флотация – это метод удаления твёрдых взвесей и органики из сточных вод путём группировки частиц на границе фаз газа и жидкости (на поверхности).
В очистных системах в качестве флотационных элементов применяются пузырьки воздуха или капли масла. Они подаются в жидкость, поднимаются на поверхность и забирают с собой плохо смачиваемые частицы.
На очистных станциях флотация применяется для разделения жидкостей, ускорения процессов удаления продуктов, производных от нефти. Флотация, помимо очистки, применяется в горнодобывающей и перерабатывающей промышленности, где за счёт процедуры происходит обогащение полезных ископаемых.
В зависимости от создаваемой среды фазы выведения загрязнений (газ-вода-масло), выделяется три вида флотационной очистки:
- Плёночная. Создание плёнки из частиц, которые плохо смачиваются водой. К ней прилипают загрязнения.
- Пенная. В стоки подаются пузырьки воздуха, которые, поднимаясь, забирают частицы загрязнений, формируют пену на поверхности. Применяется с добавлением специальных пенообразователей, для придания устойчивости поднимаемой пене с загрязнениями. После механического удаления, пена сгущается и фильтруется.
- Масляная. С маслом на поверхность жидкости поднимаются загрязнения, которые удаляются и перерабатываются.
Наибольшую эффективность для очистки стоков имеет пенная разновидность, по этой причине она применяется наиболее часто.
Флотация относится к группе физико-химических методов очистки, что подразумевает применение принципов и технологий, основанных одновременно на физических и химических принципах.
Флотационная технология максимально эффективна при системной очистке, в качестве этапа, идущего после механического удаления загрязнений. После отстаивания и фильтрации в стоках остаётся большое количество мельчайших взвешенных частиц, которые и призвана удалить рассматриваемая технология.
Метод флотации лучше всего подходит для удаления из жидких стоков жиров, производных из нефти, поверхностно-активных веществ и пр.
Эффективность очищения сточных вод методом флотации зависит от многих факторов
Эффективность флотации зависит от ряда факторов, которые нужно учитывать при проведении мероприятий по удалению загрязнений:
- Концентрация в стоках плохо смачиваемых элементов. Чем больше таких примесей, тем выше эффективность процесса. Для повышения гидрофобности (смачиваемости) дополнительно применяются специальные реагенты.
- Пузырьки кислорода должны иметь оптимальные объёмные и размерные параметры. Слишком маленькие пузырьки будет забирать мало частиц и не доходить до поверхности (растворяться). Слишком большие будут подниматься на поверхность слишком быстро, забирая с собой небольшое количество загрязнений.
- Количество кислорода и его распределение по поверхности жидкости должно быть достаточным и равномерным.
Преимущества:
- Низкая стоимость.
- Простое устройство оборудования.
- Нет необходимости использовать большие пространства и площади.
- Низкий уровень трудозатрат при обслуживании, возможность полной автоматизации.
- Высокая эффективность.
- Высокая скорость очистки.
- Эффективность борьбы с нефтепродуктами, жирами и маслами.
Недостатки:
- Избирательное действие, забираются не все загрязнения.
- Необходимость, при определённых обстоятельствах, применять дополнительные реагенты.
- Тонкость настроек и постоянный контроль параметров подаваемых пузырьков воздуха. Нарушение настроек делает процесс неэффективным.
Флотаторы
Для проведения процедуры очистки с помощью флотации применяются различные системы (флотаторы). Эффективность процедуры во многом зависит от конфигурации устройств, их производительности и автоматизации.
Флотационные блоки, как элементы физико-химической очистки не применяются в качестве самостоятельных инструментов очистки стоков. Их используют в комплексе на очистных сооружениях. В цикле очистки они функционируют после блоков механической обработки.
Cхема флотатора
Примерное строение флотатора:
- Ёмкость с насосом смешивания свежего и «возвратного» кислорода с водой и реагентами. В неё через трубы загоняется воздух, он насыщает воду с образованием пузырьков необходимого размера.
- Из ёмкости смешения водовоздушная смесь перегоняется по трубам в основной резервуар (танк флотации или флотокамера). Здесь же расположен клапан для выпуска избыточного воздуха.
- В основной резервуар подаются стоки, прошедшие механическую очистку.
- В танке начинается процесс флотации за счёт нагнетания водовоздушной смеси, которая пузырьками распространяется по всему объёму жидкости и собирает загрязнения. Пузырьки поднимаются на поверхность и образуют пену.
- Через выводные трубы спускается очищенная сточная вода.
- Пена по мере накопления удаляется с помощью механических приспособлений.
- После вывода очищенная жидкость попадает в резервуар (дегазатор с барботажным слоем жидкости), где производится устранение избыточного кислорода, который по «возвратной» трубе отводится в ёмкость смешения.
Расчёт параметров флотации
Эффективность работы флотатора зависит от соответствия конфигурации и устройства выполняемым задачам. Расчёт флотатора производится с учётом следующих показателей:
- Объёмы поступающих стоков.
- Концентрация взвешенных элементов и состав жидкости.
- Содержание маслообразных продуктов.
Исходя из этих параметров, рассчитывается схема флотации, размерные параметры резервуаров, труб и других конструкций.
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 h3O, 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).
Электрофлотация и ионная флотация
Электрофлотация подразумевает выделение из воды взвешенных элементов с помощью электрического тока, электродов и флотации. В результате действия тока на электродах образуются пузырьки электролитических газов.
Поднимаясь в виде пузырьков к поверхности жидкости, они собирают нерастворимые загрязнения. Этот физико-химический метод применяется для очистки нерастворимых элементов и частиц, содержащихся в стоках.
При проведении процедуры загрязнённая вода разлагается с образованием газообразных соединений кислорода и водорода. Главное преимущество электрофлокации – низкое потребление реагентов. В ряде технологических решений реакции очистки проходят без добавления реагентов.
Метод, специально разработанный для качественной очистки промышленных стоков, подземных и шахтных загрязнённых вод, морской воды с повышенным содержанием опасных элементов. В стоки добавляются флотационные реагенты-собиратели, которые в виде пузырьков образуют пену и поднимаются вместе с загрязнениями на поверхность. Реагенты взаимодействуют с ионами мелкодисперсных элементов и каллоидных частиц органики.
vodospec.ru
Флотация - это... Что такое Флотация?
флотация — и, ж. flottation f., англ. floatation букв. всплывание. Способ обогащения полезных ископаемых, основанный на всплывании измельченных частей полезного ископаемого на поверхность жидкости, находящейся в обогатительном устройстве. БАС 1. Флотация… … Исторический словарь галлицизмов русского языка
Флотация — Процесс обогащения полезных ископаемых, основанный на разности поверхностных свойств и избирательном контакте частиц минералов к поверхности раздела фаз: жидкость газ, жидкость жидкость и др. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
ФЛОТАЦИЯ — (франц. flottation от flotter плавать на поверхности воды), процесс разделения мелких твердых частиц (главным образом минералов), основанный на различии их в смачиваемости водой. Для обогащения полезных ископаемых широко применяется пенная… … Большой Энциклопедический словарь
ФЛОТАЦИЯ — извлечение из воды различных веществ с помошью мелких пузырьков воздуха, увлекающих эти вещества на поверхность воды, которые остаются там в виде пены. Применяется в очистке сточных вод. Экологический словарь, 2001 Флотация извлечение из воды… … Экологический словарь
Флотация — способ обогащения, при котором измельченная горная порода обрабатывается специальными растворами. При этом частицы одних минералов смачиваются и тонут, а других не смачиваются и уносятся пеной, что позволяет избавиться от пустой породы. См. также … Финансовый словарь
флотация — разделение, флотирование Словарь русских синонимов. флотация сущ., кол во синонимов: 2 • разделение (99) • … Словарь синонимов
флотация — Способ отделения одних минералов от других в жидкой среде, основанный на способности одних минералов прилипать к воздушным пузырькам и переходить вместе с ними в пенный слой, а других оставаться во взвешенном состоянии [Терминологический словарь… … Справочник технического переводчика
ФЛОТАЦИЯ — (французское flottation, от flotter плавать на поверхности воды), процесс разделения мелких твердых частиц (главным образом минералов), основанный на различии в их смачиваемости водой. Применяется для обогащения полезных ископаемых … Современная энциклопедия
ФЛОТАЦИЯ — ФЛОТАЦИЯ, способ отделения полезных рудных ископаемых от ненужных горных пород и других примесей. Руду в том виде, как она поступает из шахты, мелко мелют и смешивают с водой, в которую добавлены химикалии, носящие название смачивающих агентов.… … Научно-технический энциклопедический словарь
ФЛОТАЦИЯ — ФЛОТАЦИЯ, флотации, мн. нет, жен. (англ. flotation) (горн.). Способ обогащения руд, основанный на принципе использования всплывания частиц полезного ископаемого на поверхность жидкости, находящейся в обогатительном приборе. Толковый словарь… … Толковый словарь Ушакова
dic.academic.ru
Флотация — WiKi
Промышленная пенная флотация медных сульфидных рудФлота́ция (фр. flottation, от flotter — плавать) — один из методов обогащения полезных ископаемых, который основан на различии способностей минералов удерживаться на межфазовой поверхности, обусловленный различием в удельных поверхностных энергиях. Гидрофобные (плохо смачиваемые водой) частицы минералов избирательно закрепляются на границе раздела фаз, обычно газа и воды, и отделяются от гидрофильных (хорошо смачиваемых водой) частиц. При флотации пузырьки газа или капли масла прилипают к плохо смачиваемым водой частицам и поднимают их к поверхности. Флотация применяется также для очистки воды от органических веществ и твёрдых взвесей, разделения смесей, ускорения отстаивания в химической, нефтеперерабатывающей, пищевой и др. отраслях промышленности.
В развитии теории флотации сыграли важную роль работы русских физикохимиков — И. С. Громека, впервые сформулировавшего в конце XIX века основные положения процесса смачивания, и Л. Г. Гурвича, разработавшего в начале XX века положения о гидрофобности и гидрофильности. Существенное влияние на развитие современной теории флотации оказали труды А. Годена, А. Таггарта (США), И. Уорка (Австралия), советских учёных П. А. Ребиндера, А. Н. Фрумкина, И. Н. Плаксина, Б. В. Дерягина, профессора В. Р. Кривошеина и других.
В зависимости от характера и способа образования межфазных границ (вода — масло — газ), на которых происходит закрепление разделяемых компонентов (см. Поверхностно-активные вещества) различают несколько видов флотации.
- Масляная флотация была предложена первой, на неё В. Хайнсу (Великобритания) в 1860 году был выдан патент № 488[1]. При перемешивании измельченной руды с маслом и водой сульфидные минералы избирательно смачиваются маслом и всплывают вместе с ним на поверхность воды, а порода (кварц, полевые шпаты) осаждается. В Российской империи масляная флотация графита была осуществлена в 1904 году в Мариуполе.
- Пленочная. Способность гидрофобных минеральных частиц удерживаться на поверхности воды, в то время как гидрофильные тонут в ней, была использована А. Нибелиусом (США, 1892) и Маквистеном (Великобритания, 1904) для создания аппаратов плёночной флотации, в процессе которой из тонкого слоя измельченной руды, находящегося на поверхности потока воды, выпадают гидрофильные частицы.
- Пенная — при которой через смесь частиц с водой пропускают мелкие пузырьки воздуха, частицы определённых минералов собираются на поверхности раздела фаз «воздух-жидкость», прилипают к пузырькам воздуха и выносятся с ними на поверхность в составе трехфазной пены (с добавлением пенообразователя, который регулирует устойчивость пены). Пену в дальнейшем сгущают и фильтруют. В качестве жидкости чаще всего используется вода, реже насыщенные растворы солей (разделение солей, входящих в состав калийных руд) или расплавы (обогащение серы).
Для образования пузырьков предлагались различные методы: образование углекислого газа за счёт химической реакции (С. Поттер, США, 1902), выделение газа из раствора при понижении давления (Ф. Элмор, Великобритания, 1906) — вакуумная флотация, энергичное перемешивание пульпы, пропускание воздуха сквозь мелкие отверстия.
Для проведения пенной флотации производят измельчение руды до крупности 0,5—1,0 мм в случае природногидрофобных неметаллических полезных ископаемых с небольшой плотностью (сера, уголь, тальк) и до 0,1—0,2 мм для руд металлов. Для создания и усиления разницы в гидратированности разделяемых минералов и придания пене достаточной устойчивости к пульпе добавляются флотационные реагенты. Затем пульпа поступает во флотационные машины. Образование флотационных агрегатов (частиц и пузырьков воздуха) происходит при столкновении минералов с пузырьками воздуха, вводимого в пульпу, а также при возникновении на частицах пузырьков газов, выделяющихся из раствора. На флотацию влияют ионный состав жидкой фазы пульпы, растворённые в ней газы (особенно кислород), температура, плотность пульпы. На основе изучения минералого-петрографического состава обогащаемого полезного ископаемого выбирают схему флотации, реагентный режим и степень измельчения, которые обеспечивают достаточно полное разделение минералов. Лучше всего флотацией разделяются зёрна размером 0,1—0,04 мм. Более мелкие частицы разделяются хуже, а частицы мельче 5 мкм ухудшают флотацию более крупных частиц. Отрицательное действие частиц микронных размеров уменьшается специфическими реагентами. Крупные (1—3 мм) частицы при флотации отрываются от пузырьков и не флотируются. Поэтому для флотации крупных частиц (0,5—5 мм) в СССР были разработаны способы пенной сепарации, при которых пульпа подаётся на слой пены, удерживающей только гидрофобизированные частицы. С той же целью созданы флотационные машины кипящего слоя с восходящими потоками аэрированной жидкости.
Пенная флотация — гораздо более производительный процесс, чем масляная и плёночная флотации. Этот метод применяется наиболее широко.
- Электрофлотация — перспективный метод для применения в химической промышленности, заключается во всплытии на поверхности жидкости дисперсных загрязнений за счет выделения электролитических газов и флотационного эффекта.
Для очистки воды, а также извлечения компонентов из разбавленных растворов в 1950-х годах был разработан метод ионной флотации, перспективный для переработки промышленных стоков, минерализованных подземных термальных и шахтных вод, а также морской воды. При ионной флотации отдельные ионы, молекулы, тонкодисперсные осадки и коллоидные частицы взаимодействуют с флотационными реагентами-собирателями, чаще всего катионного типа, и извлекаются пузырьками в пену или плёнку на поверхности раствора. Тонкодисперсные пузырьки для флотации из растворов получают также при электролитическом разложении воды с образованием газообразных кислорода и водорода (электрофлотация). При электрофлотации расход реагентов существенно меньше, а в некоторых случаях они не требуются.
Широкое использование флотации для обогащения полезных ископаемых привело к созданию различных конструкций флотационных машин с камерами большого размера (до 10—30 м3), обладающих высокой производительностью. Флотационная машина состоит из ряда последовательно расположенных камер с приёмными и разгрузочными устройствами для пульпы. Каждая камера снабжена аэрирующим устройством и пеносъёмником.
ru-wiki.org
Флотатор для аквариума - схема, работа
Флотатор (протеиновый скиммер, пенообразователь) представляют собой устройство, удаляющее из морской воды взвеси ПАВ, белков, жиров, масел, смол и других соединений, осаждение которых неэффективно. Путем пропускания воздуха через столб воды, молекулы веществ легко пристают к молекулам воды, образуя флотошлам, который переносится в съемный пеносборник.В зависимости от вида, протеиновый скиммер может быть установлен внутри аквариума, на его крышке, как часть навесного фильтра, или даже внутри сампа биофильтра.
Механизм работы флотатора
Флотация — это процесс разделения мелких твердых частиц, основанный на различии их смачиваемости водой. Способность жидкости смачивать частицы зависит от её поверхностного натяжения на границе пузырьков воздуха, а также от электростатических сил притяжения твердых частиц и молекул воды.
Когда пузырек приближается к гидрофобной частице (большинство органических молекул, имеющих углеводородные радикалы, металлы, полупроводники и другие), тонкий разделяющий слой воды истончается и они слипаются. После этого образовавшийся комплекс переносится в пеносборник.
Прочность прилипания максимальна для плохо смачиваемых частиц и минимальна для хорошо смачиваемых, у которых площадь контакта с пузырьком воздуха меньше.
Эффективность флотатора тем больше, чем выше активная площадь адгезии. Её увеличения добиваются уменьшением размера пузырьков, образующихся при пропускании воздуха под высоким давлением через деревянный, керамический, каменный или стеклянный распылитель.
Стоит отметить, что по сравнению с пресной в морской воде пузырьки получаются более мелкими, потому что она обладает большей плотностью и худшей растворимостью для газов. Поэтому использование протеинового скиммера оправдано только в морских аквариумах, либо в пресноводных под большим давлением.
Простые флотаторы включают каменный или керамический распылитель, соединенный с компрессором, и стакан, по которому протекает вода. Проходя вдоль стакана, пузырьки воздуха увлекают за собой органические гидрофобные примеси (белок и т.д.), поднимаются к поверхности воды и образуют пену. Тем временем, очищенная вода возвращается обратно в аквариум.Скиммеры усложненной конструкции пропускают воздух через быстро текущий поток воды от помпы, обеспечивая более тщательную прогонку воды, что позволяет убрать большее количество примесей.
Существуют также флотаторы, прогоняющие активно аэрируемую воду от фильтра вниз, вынуждая пузырьки воздуха подыматься против течения. При этом возрастает время флотации каждого пузырька.
Обслуживание пенообразователя
Флотаторы нуждаются в частой замене или очистке распылителя, по той причине, что он сильно забивается водорослями, бактериями и различными органическими отходами. Частота смены зависит от загруженности аквариума, кормления и работы других аквариумных приборов, в частности, совмещенного фильтра.
Также требуется регулярная очистка пеносборника. Частота его промывки зависит от аквариума и типа скиммера, и может колебаться от одного раза в месяц, до одного раза в день. Однако следить за ним следует постоянно, так как количество пены может резко увеличиться даже от мельчайших изменений в состоянии аквариума.
Стоит отметить, что флотатор не обеспечивает химическую фильтрацию аквариума, он лишь удаляет из воды твердые гидрофобные частицы, которые в будущем начинают гнить и выделять токсичные азотистые соединения.
aquavitro.org
подробное описание процесса, преимуществ и недостатков этого способа очистки
Очистка сточных вод, в первую очередь, включает в себя этап прохождения отстойника как в локальных очистных сооружения, так и в общегородских. Отставание воды очищает воду только от крупных взвесей, которые осаждаются на дно, являясь тяжелее воды. Но как быть с теми частицами, которые легче воды и не подвержены осаждению? Существует метод для выделения и таких сложных загрязнителей, который называют флотацией.
Флотационная очистка применяется как одна из ступеней очистки сточных вод от таких примесей.
Подробнее о флотации
Флотация - это один из способов, применяемых для очистки сточных вод. Буквально слово "флотация" (англ. flotation) переводится как "плаванье на поверхности воды", поэтому и напоминает слово флот. Но если говорить об очистке флотацией, то ее целью является вывести на поверхность различные взвеси и другие вещества, которые имеют плотность близкую воде и не способны оседать.
В толще воды плавают различные мелкие твердые частицы, коллоидные взвеси и другие примеси, которые не оседают. Флотацию применяют для очищения сточных вод от ПАВ, нефтепродуктов, жиров, волокнистых веществ и взвесей активного ила. Также флотационный процесс по типу пенной сепарации способен удалить некоторые растворенные в воде вещества.
Физико-химические законы флотации
В основу флотационной очистки заложены сложные физико-химические процессы. Главным образом рассматривается понятие смачиваемости, то есть индивидуальной способности тех или иных веществ к смачиванию. Эта способность напрямую определяет поведение этих соединений на границе раздела фаз жидкости и газа. Существует два типа веществ:
- Гидрофильные - характеризуются хорошей способностью к смачиванию;
- Гидрофобные – несмачиваемые.
В зависимости от того, к какому типу относится то или иное вещество, оно хорошо убирается при помощи флотационной очистки или же, наоборот, не поддается выделению таким способом.
Этапы флотации
Процесс флотации несложен для понимания, его можно описать следующим образом:
В воду, которая подвергается очистке, подают диспергированный воздух;- Гидрофобные частицы устремляются к воздушным пузырькам;
- Постепенно уменьшается и разрывается прослойка воды, разделяющая гидрофобные частицы и воздушные пузырьки. Это объясняется тем, что сила притягивающая молекулы воды друг к другу больше адгезии между водой и этими частицами;
- Образуется флотирующий комплекс из пузырьков воздуха и гидрофобных частиц, который напоминает пену;
- Этот флотирующий комплекс плавает на поверхности сточных вод, поскольку он легче той гетерогенной системы, в которой находится.
В итоге на поверхности воды образуется пенная субстанция. Полученную пену удаляют специальным приспособлением - это конечный продукт флотации или шлам.
Эффективность процесса флотации
Те или иные факторы могут понижать или повышать эффективность флотации, как способа очистки сточных вод. Наиболее значимое влияние оказывают приведенные ниже факторы:
Степень гидрофобности частиц. Чем выше гидрофобность частиц вещества, тем они активнее вступают во взаимодействие с воздушными пузырьками, образуя значительные флотационные комплексы. Очевидно, что не все примеси являются абсолютно гидрофобными, существуют и гидрофильные составные. А некоторые имеют двоякую структуру, содержа в составе гидрофобные и гидрофильные группы. Чтобы повысить гидрофобность загрязняющих воду примесей, в нее добавляют специальные флотирующие добавки или реагенты;- Размер и прочность пузырьков пены. Флотационный процесс должен образовывать пузыри воздуха такого размера, чтобы они поднимались на поверхность воды. Но слишком крупные пузыри будут всплывать раньше времени, не успев захватить достаточно частиц загрязняющих примесей. К тому же эти пузырьки должны быть прочными, имея минимальный процент потерь вследствие разрушения;
- Равномерность пенообразования. Важным фактором эффективности флотации является равномерность распределения в воде воздушных пузырьков и их общее количество.
На эти факторы можно оказать воздействие с помощью специальных реагентов, которые будут описаны далее.
Реагенты для улучшения флотации
Как описано выше, флотация зависит от качества пенообразования и гидрофобности частиц. Существуют специальные добавки, которые направлены на повышение качества пены и увеличения гидрофобности примесей. Реагенты можно разделить на две основные группы:
- Собиратели;
- Пенообразователи.
Реагенты собиратели
Наиболее часто встречаемый вид загрязнителей имеет в своем составе частицы с двоякими качествами, имеющими часть гидрофобных и часть гидрофильных групп. Их способность смачивания недостаточна для связывания с пузырьками воздуха, поэтому флотация малоэффективна. Чтобы решить эту проблему, в стоки добавляют так называемые добавки-собиратели, которые также имеют двоякую структуру, состоящую из гидрофильных (полярных) и гидрофобных (неполярных) групп. Полярные гидрофильные концы загрязнителя и собирателя слепляются между собой, а гидрофобные концы остаются свободными.
Собирателями для усиления флотации выступают поверхностно-активные вещества:
- Аммонийные соли;
- Нефтепродукты;
- Масла;
- Меркаптан
Реагенты пенообразователи
Качество пени играет одну из ключевых ролей в эффективности флотации. Существует группа добавок, которые направлены на улучшение пенообразования. Они предохраняют пузыри воздуха от разрушения, делая их упругими и значительно стабилизируя пенную массу. Это дает возможность удалить как можно больше загрязнителей из сточных вод. Такими стабилизаторами для пены являются:
- Масло сосны;
- Крезол;
- Фенолы и много других веществ
Виды флотационной очистки стоков
Процесс флотации кратко описан как насыщение сточных вод воздухом с его диспергированием. То есть главная задача флотации заключается в получении пузырьков нужного диаметра в толщах сточных вод. Как именно это осуществляется описано ниже.
Выделение пузырьков воздуха из раствора
Чтобы выделить воздушные пузырьки из раствора, используют напорную и вакуумную флотацию. Напорная флотация представляет собой нагнетание воздуха, а затем резкое снижение давления в системе, что провоцирует выделение пузырьковой массы в толще воды.
Вакуумная флотация несколько схожа с напорной, но ее реализуют иначе. Первым этапом является прохождение воды через камеру аэрации, где она насыщается воздухом. После этого она поступает в дизаэратор, где удаляется нерастворенный воздух. Последним этапом является прохождение камеры флотации, в которой давление понижается , что вызывает бурное образование пузырьков.
Такими способами весьма успешно удаляются мелкодисперсные примеси.
Пропускание воздуха через пористые материалы
Это один из простейших способов с точки зрения физики для получения диспергированного воздушного потока. Перед попаданием воздуха в сточные воды, его пропускают через материалы с порами, такие как пластины со сквозными щелями. Диаметр пузырьков регулируется размером данных пор.
Электролизная флотация
Этот способ воплощают помещением в воду двух электродов, через которые пускают ток. Во время электролиза вода вокруг электродов расщепляется на пузырьки водорода и кислорода. Наиболее часто используемый материал для электродов: алюминий и железо. Эти металлы выделяют в воду коагулянты, которые связывают взвеси и превращают их в подобие хлопьев. Эти хлопья соединяются с воздушными пузырьками и выходят на поверхность сточных вод в вид пены.
Механическое диспергирование
Кроме образования пузырьков воздуха в воде при помощи смены давления, также применяют механические способы. Для этого также существует несколько путей:
Импеллерная установка перемешивает водную массу с использованием турбины. При этом пузырьки получаются небольшого размера, что подходит для удаления нефтепродуктов и жиров. Скорость турбины позволяет регулировать размер пузырьков – чем выше скорость, тем меньше диаметр образуемых пузырьков;- Безнапорная флотация, представляющая собой применение колеса, которое соединяют с центробежным насосом. Пузырьки, которые получают в результате этого процесса, крупные и пригодны для удаления жиров, волокнистых частиц, таких как, например, шерсть;
- Пневматическая флотация осуществляется насыщением воздухом через форсунки труб, которые уложены на дно камеры. Такой способ применяют для очистки агрессивных стоков, которые могут повредить флотационным установкам – импеллеру и колесу.
Пузырьки в этих трех способах образуются в результате вихревого процесса, который стимулируется перемешиванием.
Флотация – преимущества и недостатки способа
На сегодня флотация является одним из наиболее часто используемых приемов очистки стоков. Его применяют и промышленные очистительные сооружения и городские. Причиной этому служит целый ряд факторов, которые говорят в пользу флотации.
Преимущества флотационной очистки:
Невысокая стоимость применяемого метода очистки;- Простое оборудование;
- Такой способ для некоторых взвесей намного быстрее, нежели скорость их оседания при отстаивании;
- Выделение из сточных вод определенных загрязняющих веществ, в том числе нефтепродуктов;
- В процессе флотации остается шлам с низким содержанием воды (малые потери воды).
Безусловно, как и любой метод, флотация связана и с некоторыми отрицательными моментами.
Недостатки флотационной очистки:
- Она удаляет далеко не все загрязнители, поскольку ее эффективность зависит от гидрофобности вещества;
- Часто приходится нести дополнительные затраты на внесение реагентов, которые улучшают качество пены и усиливают гидрофобность загрязнителей;
- К каждому виду загрязнителя нужен свой подходи, а, значит, нет универсального метода для удаления всех взвесей.
Выводы о флотации
Сколько бы преимуществ ни имела флотация, она не является самостоятельной и окончательной очисткой сточных вод. Это лишь один из этапов сложнейшего процесса, который позволяет удалить из воды большую часть нежелательных веществ. Флотационная очистка позволяет избавить воду от нефтепродуктов и масел, которые невозможно удалить другими способами, а также волокнистые составляющие стоков. Обычно флотационную очистку используют после этапа отстойников, чтобы удалить те вещества, которые не подвержены осаждению.
stoki.guru
Флотация - метод очистки сточных вод
Флотация сточных вод
Флотация сточных вод
Общепринятая схема очистных сооружений как локального, так и централизованного общегородского типа в обязательном порядке включает в себя этап осаждения. Отстоянные стоки чаще всего поступают на ступень биологической очистки.
Однако отстойники справляются с удалением только крупных взвесей, которые тяжелее воды. Многие микрочастицы и вещества в коллоидной форме легче водной среды, поэтому не подвергаются осаждению. Эту проблему решают при помощи ступени флотационной очистки, основанной на сложном физико-химическом процессе. Именно о флотации пойдет речь в нашей статье.
Что такое флотация?
Содержание статьи
В переводе с английского языка флотацию дословно можно обозначить как плавание на поверхности воды. В области очистки сточных вод флотация применяется в качестве метода выделения мелких твердых частиц, коллоидных взвесей, некоторых растворенных веществ. В основе процесса лежит индивидуальная способность различных соединений к смачиванию и поведение на границе раздела фаз жидкость-газ. Несмачиваемыми водой являются гидрофобные вещества. Гидрофильные соединения обладают хорошей способностью к смачиванию.
Обобщенно и упрощенно флотацию можно описать следующим образом:
- в очищаемую воду подают диспергированный воздух;
- гидрофобные частицы приближаются к пузырьку воздуха;
- водная прослойка между гидрофобной частицей и воздушным пузырем постепенно истончается и разрывает в связи с тем, что сила взаимодействия между молекулами воды больше чем сила адгезивного контакт вода-частица;
- образуется комплекс гидрофобной частицы с пузырьком газа;
- этот флотирующий комплекс всплывает на поверхность стоков, так как он менее плотный чем гетерогенная система, в которой он находится.
Так на поверхности стоков образуется пенный слой, который постепенно удаляется специальным механизмом.
Отчего зависит эффективность флотации для очистки воды
На процесс флотации может повлиять многое. Но наиболее сильное воздействие оказывают описанные ниже факторы.
- Чем выше гидрофобность частиц, тем лучше происходит их взаимодействие с пузырьком воздуха и образование флотационного комплекса. Однако не все примеси являются строго гидрофобными часть из них гидрофильные, другие могут иметь как гидрофобные, так и гидрофильные группы. По этой причине зачастую необходимо добавлять в стоки специальные флотирующие реагенты, направленные на повышение гидрофобности загрязнителей.
- Кроме того, пузырьки должны обладать устойчивостью к разрушению.
Пенный слой флотации
- Эффективность удаления загрязнений методом флотации зависит от размера пузырьков воздуха. Они должны быть достаточно крупными, чтобы поднять к поверхности воды загрязнители. Но очень большие пузырьки воздуха будут всплывать, не успев проконтактировать с частичками загрязнителя.
- Важную роль в процессе флотационной очистки воды оказывает общее число пузырьков воздуха и то, насколько равномерно они будут распределены в объеме стоков.
Область применения флотации
Флотация позволяет очистить воду от взвесей, не подвергающихся осаждению, в связи с тем, что они имеют близкую к воде плотность. Флотационный процесс применяют для удаления из воды ПАВ, нефтепродуктов, волокнистых загрязнителей, жиров и т. п., а также некоторых растворенных веществ, в последнем случае очистка называется пенной сепарацией. Кроме того, флотацию применяют для удаления из стоков взвесей активного ила.
Преимущества и недостатки очистки стоков флотацией
Флотация является одним из самых популярных способов очистки сточных вод. Без флотационного процесса редко обходятся очистные промышленные и ливневые сооружения. Все связано с рядом преимуществ флотационной очистки стоков.
- Относительно небольшие затраты в процессе эксплуатации.
- Простота оборудования.
- Возможность выделения определенных загрязнителей.
- Скорость процесса флотационной очистки от некоторых взвесей выше скорости оседания.
- Возможность удаления таких загрязнителей как нефтепродукты.
- Продуктом флотации является шлам с не очень высоким содержанием воды.
С особенностью самого флотационного процесса связаны и его минусы.
- Так как флотация зависит от гидрофобности вещества, применять ее можно для удаления не всех загрязняющих компонентов.
- Зачастую приходится использовать реагенты для повышения гидрофобности загрязнителей и устойчивости полученной пены.
- Необходимо точно производить настройку оборудования, подающего воздух с целью получения пузырьков определенного диаметра.
Виды флотационной очистки сточных вод
В основе разделения на виды очистки сточных вод методом флотации лежит способ насыщения стоков воздухом и механизм его диспергирования.
Выделение воздушных пузырьков из раствора
Из раствора пузырьки воздуха определенного размера выделяют методом напорной и вакуумной флотации. В первом случае в воду под давлением нагнетают воздух, после этого резко понижают давление в системе, в результате чего в толще сточной воды выделяются воздушные пузырьки.
Схема напорного флотатора
Вакуумная флотация по принципу схожа с напорной, но исполнение отличается. Сначала вода поступает в аэрационную камеру (1), где контактирует с воздухом и насыщается им, после этого в дезаэраторе (2) удаляется нерастворившийся в воде воздух. Потом вода поступает в камеру флотации (3), где происходит понижение давления в сточной воде, в результате чего образуются воздушные пузырьки.
Вакуумная флотация
Оба способа прекрасно подходят для очистки сточных вод от мелкодисперсных загрязнителей.
Механическое насыщение воды диспергированным воздухом
Обогащение воды пузырьками воздуха можно произвести механическим путем. Для этого могут применяться 3 метода: перемешивание воды при помощи небольшой турбины (импеллерные установки), колесом, соединенным с центробежным насосом (безнапорная флотация) или введением воздуха через форсунки труб, уложенных на дне флотационной камеры (пневматическая установка). Во время перемешивания образуются завихрения, благодаря которым стоки насыщаются пузырьками воздуха.
Импеллерная флотация
Импеллеры позволяют получить пузырьки небольшого диаметра и применяются для удаления нефтепродуктов и жиров. Этот метод дает возможность регулировать объем пузырьков: чем выше скорость вращения турбины, тем мельче пузырьки. Безнапорные установки позволяют получать более крупные пузырьки, которые не эффективны для удаления мелких взвесей. Безнапорную флотацию применяют для удаления жировых загрязнений, а также частиц шерсти и волокон. Пневматическая флотация используется в том случае, когда необходимо очистить воды, являющиеся агрессивными для таких механических конструкций как импеллер или колесо насоса.
Пропускание воздушных масс через материал с порами
Простым способом диспергирования воздушного потока является пропускание его перед подачей через пористые материалы (на рисунке обозначен цифрой 2), например, пластины с щелевидными прорезями. Чем меньше отверстие, тем меньше диаметр пузырьков.
Флотация с использованием пористых материалов
Получение пузырьков газа из раствора путем электролиза
При этом способе в сточные воды помещают 2 электрода, через которые пропускают ток. Это приводит к выделению возле электродов газовых пузырьков кислорода и водорода. Кроме того, часто используют электроды из алюминия или железа. Соединения этих металлов выделяются в сточную воду и представляют собой коагулянты, приводящие к объединению взвешенных загрязнителей в хлопья. Хлопьевидные частицы контактируют с воздушными пузырьками и поднимаются на поверхность стоков.
Реагенты, применяемые во флотационной очистке
В процессе очистки методом флотации могут применяться реагенты, действие которых различается по двум основным направлениям: повышение гидрофобности и стабилизация пены.
Так как многие загрязнители могут содержать как гидрофобную, так и гидрофильную группу, то их способность к смачиванию снижена, поэтому флотация затруднена. В этом случае прибегают к добавлению в сточные воды реагентов, которые называют собирателями. Они также содержат гидрофильную (полярную) и гидрофобную (неполярную) группы. Взаимодействие между собирателем и загрязнителем происходит на уровне полярных концов. Гидрофобная группа реагента остается свободной.
В качестве собирателей в очистке сточных вод применяют поверхностно-активные вещества: нефтепродукты, масла, меркаптан, аммонийные соли и т.п.
Другой группой флотационных реагентов являются пенообразователи. Они защищают пузырек от разрушения, таким образом повышая эффективность удаления загрязняющей частицы. К стабилизаторам пены относятся масло сосны, крезол, фенолы и др.
Заключительное слово
Флотация при всех своих положительных характеристиках не является самостоятельной очисткой. Это одно из звеньев очистных сооружений, позволяющее удалить их воды те вещества, которые не удалось убрать отстаиванием. Именно поэтому флотаторы устанавливаются зачастую после отстойников.
Видео – Работа электрофлотатора
Флотация с использованием пористых материалов
Импеллерная флотация
Вакуумная флотация
Схема напорного флотатора
Пенный слой флотации
Флотация сточных вод
kanalizaciyaseptik.ru
