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.
