Що таке флотация: переваги і недоліки цього способу очищення

Очищення стічних вод, в першу чергу, включає в себе етап проходження відстійника як в локальних очисних споруди, так і в загальноміських. Відставання води очищає воду тільки від великих суспензій, які осідають на дно, будучи важчим за воду. Але як бути з тими частками, які легші за воду і не схильні до осадження? Існує метод для виділення і таких складних забруднювачів, який називають флотацією.

• Детальніше про флотації
• Фізико-хімічні закони флотації
• етапи флотації
• Ефективність процесу флотації
• Реагенти для поліпшення флотації
• Види флотаційного очищення стоків
• Виділення бульбашок повітря з розчину
• Пропускання повітря через пористі матеріали
• електролізна флотация
• механічне диспергування
• Флотація - переваги і недоліки способу
• Висновки про флотації

Флотаційна очищення застосовується як один із ступенів очищення стічних вод від таких домішок.

Детальніше про флотації

Флотація - це один із способів, що застосовуються для очищення стічних вод. Буквально слово "флотация" (англ. Flotation) перекладається як "плавання на поверхні води", тому і нагадує слово флот. Але якщо говорити про очищення флотацией, то її метою є вивести на поверхню різні суспензії та інші речовини, які мають щільність близьку воді і не здатні осідати.

У товщі води плавають різні дрібні тверді частинки, колоїдні суспензії і інші домішки, що не осідають. Флотацію застосовують для очищення стічних вод від ПАР, нафтопродуктів, жирів, волокнистих речовин і суспензій активного мулу. Також флотационний процес по типу пінної сепарації здатний видалити деякі розчинені у воді речовини.

Фізико-хімічні закони флотації

В основу флотаційного очищення закладені складні фізико-хімічні процеси. Головним чином розглядається поняття смачиваемости, тобто індивідуальної здатності тих чи інших речовин до змочування. Ця здатність безпосередньо визначає поведінку цих сполук на межі поділу фаз рідини і газу. Існує два типи речовин:

• гідрофільні - характеризуються високою здатністю до змочування;
• гідрофобні - несмачіваемих.

Залежно від того, до якого типу належить та чи інша речовина, воно добре забирається за допомогою флотаційного очищення або ж, навпаки, не піддається виділенню таким способом.

етапи флотації

Процес флотації нескладний для розуміння, його можна описати таким чином:

1. У воду, яка піддається очищенню, подають диспергований повітря;
2. Гідрофобні частинки спрямовуються до повітряних бульбашок;
3. Поступово зменшується і розривається прошарок води, що розділяє гідрофобні частинки і повітряні бульбашки. Це пояснюється тим, що сила притягає молекули води один до одного більше адгезії між водою і цими частками;
4. Утворюється флотірующій комплекс з бульбашок повітря і гідрофобних частинок, який нагадує піну;
5. Цей флотірующій комплекс плаває на поверхні стічних вод, оскільки він легше тієї гетерогенної системи, в якій знаходиться.

У підсумку на поверхні води утворюється пінна субстанція. Отриману піну видаляють спеціальним пристосуванням - це кінцевий продукт флотації або шлам.

Ефективність процесу флотації

Ті чи інші фактори можуть знижувати або підвищувати ефективність флотації, як способу очищення стічних вод. Найбільш значимий вплив надають наведені нижче фактори:

• Ступінь гідрофобності частинок. Чим вище гідрофобність частинок речовини, тим вони активніше вступають у взаємодію з повітряними бульбашками, утворюючи значні флотаційні комплекси. Очевидно, що не всі домішки є абсолютно гідрофобними, існують і гідрофільні складові. А деякі мають двояку структуру, утримуючи в складі гідрофобні і гідрофільні групи. Щоб підвищити гидрофобность забруднюючих воду домішок, в неї додають спеціальні флотирующие добавки або реагенти;
• Розмір і міцність бульбашок піни. Флотаційний процес повинен утворювати бульбашки повітря такого розміру, щоб вони піднімалися на поверхню води. Але занадто великі бульбашки будуть спливати завчасно, не встигнувши захопити досить частинок забруднюючих домішок. До того ж ці бульбашки повинні бути міцними, маючи мінімальний відсоток втрат внаслідок руйнування;
• Рівномірність піноутворення. Важливим фактором ефективності флотації є рівномірність розподілу в воді повітряних бульбашок і їх загальна кількість.

На ці фактори можна вплинути за допомогою спеціальних реагентів, які будуть описані далі.

Реагенти для поліпшення флотації

Як описано вище, флотація залежить від якості піноутворення і гідрофобності частинок. Існують спеціальні добавки, які спрямовані на підвищення якості піни і збільшення гідрофобності домішок. Реагенти можна розділити на дві основні групи:

• збирачі;
• Піноутворювачі.

реагенти збирачі

Найбільш часто зустрічається вид забруднювачів має в своєму складі частинки з двоякими якостями, які мають частину гідрофобних і частина гідрофільних груп. Їх здатність змочування недостатня для зв`язування з бульбашками повітря, тому флотация малоефективна. Щоб вирішити цю проблему, в стоки додають так звані добавки-збирачі, які також мають двояку структуру, що складається з гідрофільних (полярних) і гідрофобних (неполярних) груп. Полярні гідрофільні кінці забруднювача і збирача зліплюються між собою, а гідрофобні кінці залишаються вільними.

Збирачами для посилення флотації виступають поверхнево-активні речовини:

• Амонійні солі;
• нафтопродукти;
• масла;
• меркаптан

реагенти пенообразователи

Якість пені грає одну з ключових ролей в ефективності флотації. Існує група добавок, які спрямовані на поліпшення піноутворення. Вони оберігають бульбашки повітря від руйнування, роблячи їх пружними і значно стабілізуючи пінну масу. Це дає можливість видалити якомога більше забруднювачів зі стічних вод. Такими стабілізаторами для піни є:

• Масло сосни;
• крезол;
• Феноли і багато інших речовин

Види флотаційного очищення стоків

Процес флотації коротко описаний як насичення стічних вод повітрям з його диспергированием. Тобто головне завдання флотації полягає в отриманні бульбашок потрібного діаметра в товщах стічних вод. Як саме це здійснюється описано нижче.

Виділення бульбашок повітря з розчину

Щоб виділити повітряні бульбашки з розчину, використовують напірну і вакуумну флотацию. Напорная флотация є нагнітання повітря, а потім різке зниження тиску в системі, що провокує виділення бульбашкового маси в товщі води.

Вакуумна флотация кілька схожа з напірної, але її реалізують інакше. Першим етапом є проходження води через камеру аерації, де вона насичується повітрям. Після цього вона надходить в дізаератор, де видаляється нерозчинений повітря. Останнім етапом є проходження камери флотації, в якій тиск знижується, що викликає бурхливе утворення бульбашок.

Такими способами вельми успішно видаляються дрібнодисперсні домішки.

Пропускання повітря через пористі матеріали

Це один з найпростіших способів з точки зору фізики для отримання диспергированного повітряного потоку. Перед потраплянням повітря в стічні води, його пропускають через матеріали з порами, такі як пластини з наскрізними щілинами. Діаметр бульбашок регулюється розміром даних пір.

електролізна флотация

Цей спосіб втілюють приміщенням в воду двох електродів, через які пускають струм. Під час електролізу вода навколо електродів розщеплюється на бульбашки водню і кисню. Найбільш часто використовуваний матеріал для електродів: алюміній і залізо. Ці метали виділяють в воду коагулянти, які пов`язують суспензії і перетворюють їх на подобу пластівців. Ці пластівці з`єднуються з повітряними бульбашками і виходять на поверхню стічних вод в вид піни.

механічне диспергування

Крім утворення бульбашок повітря у воді за допомогою зміни тиску, також застосовують механічні способи. Для цього також існує кілька шляхів:

• Імпеллерний установка перемішує водну масу з використанням турбіни. При цьому бульбашки виходять невеликого розміру, що підходить для видалення нафтопродуктів і жирів. Швидкість турбіни дозволяє регулювати розмір бульбашок - чим вище швидкість, тим менше діаметр утворюваних бульбашок;
• безнапірна флотация, представляє собою застосування колеса, яке з`єднують з відцентровим насосом. Бульбашки, які отримують в результаті цього процесу, великі і придатні для видалення жирів, волокнистих часток, таких як, наприклад, шерсть;
• Пневматична флотация здійснюється насиченням повітрям через форсунки труб, які покладені на дно камери. Такий спосіб застосовують для очищення агресивних стоків, які можуть пошкодити флотаційним установкам - Імпелери і колесу.

Бульбашки в цих трьох способах утворюються в результаті вихрового процесу, який стимулюється перемішуванням.

Флотація - переваги і недоліки способу

На сьогодні флотация є одним з найбільш часто використовуваних прийомів очищення стоків. Його застосовують і промислові очисні споруди та міські. Причиною цього є цілий ряд факторів, які говорять на користь флотації.

Переваги флотаційного очищення:

1. Невисока вартість застосовуваного методу очищення;
2. Просте обладнання;
3. Такий спосіб для деяких суспензій набагато швидше, ніж швидкість їх осідання при відстоюванні;
4. Виділення з стічних вод певних забруднюючих речовин, в тому числі нафтопродуктів;
5. В процесі флотації залишається шлам з низьким вмістом води (малі втрати води).

Безумовно, як і будь-який метод, флотація пов`язана і з деякими негативними моментами.

Недоліки флотаційного очищення:

1. Вона видаляє далеко не всі забруднювачі, оскільки її ефективність залежить від гідрофобності речовини;
2. Часто доводиться нести додаткові витрати на внесення реагентів, які покращують якість піни і підсилюють гидрофобность забруднювачів;
3. До кожного виду забруднювача потрібен свій підходь, а, значить, немає універсального методу для видалення всіх суспензій.

Висновки про флотації

Скільки б переваг ні мала флотация, вона не є самостійною і остаточною очищенням стічних вод. Це лише один з етапів складного процесу, який дозволяє видалити з води велику частину небажаних речовин. Флотаційна очищення дозволяє позбавити воду від нафтопродуктів і масел, які неможливо видалити іншими способами, а також волокнисті складові стоків. Зазвичай флотационную очищення використовують після етапу відстійників, щоб видалити ті речовини, які не схильні до осадження.