Что такое флотация: подробное описание процесса, преимуществ и недостатков этого способа очистки

Флотация – это что такое? Подробное описание процесса, преимуществ и недостатков

Руды, из которых получают цветные металлы, в большинстве своем достаточно бедные, то есть больший процент вещества – это пустая порода. Флотация – это метод обогащения, в основе которого лежит понятие «смачиваемость частиц». Впрочем, этот термин применяется не только тут. Незаменимой технология стала и в области очистки сточных вод, и в медицине, где используется для анализа на наличие паразитов в органических выделениях.

О чем идет речь

Флотация руды представляет собой такую методику, которая позволяет сделать работу с полезными ископаемыми эффективнее и выгоднее. Разные элементы отличаются между собой способностью удерживаться на поверхности, где контактируют две фазы, то есть происходит раздел сред. Флотация – это процесс, который основан на удельной энергии поверхности.

Если говорить о частицах, то их можно разделить на следующие группы:

О гидрофобности…

Итак, метод флотации основан на том, что вода по-разному влияет на различные молекулы. О чем идет речь?

Под гидрофобными принято понимать такие молекулы, для которых вода относительно «безопасна», то есть смачиваются они из-за особенностей своей структуры очень плохо. Такие частицы сформированы таким образом, чтобы по возможности избегать контакта с водой.

В реальности подобное поведение можно наблюдать невооруженным глазом, если выйти утром из дома: роса или дождевые капли на листья деревьев и на траве формируют небольшие капли. При этом растения проявляют свою гидрофобность, не позволяя жидкости растекаться по поверхности. Что касается полезных руд, то тут сходная логика, но сопряженная с измельчением породы. Молекулы полезных веществ гидрофобны, и в ситуации, когда они оказываются в жидкой среде, происходит взаимодействие с газовыми молекулами, помогающее полезным ископаемым всплывать. Это сопряжено с природным стремлением к уменьшению энергии.

…и гидрофильности

Под гидрофильными принято понимать такие частицы, которые жидкостью могут быть смочены без особенного труда. Для этих веществ нет «дискомфорта» в ситуации, когда вещество оказалось в суспензии.

Если гидрофобные молекулы стремятся вступить в контакт с газами, у гидрофильных такой особенности не зафиксировано. Также гидрофильные соединения в своей основной массе не проявляют специфических свойств относительно масел, к которым так и «липнут» гидрофобные молекулы.

Метод флотации

Отличаются разные технологии границей раздела, создаваемой, чтобы компоненты отделялись друг от друга. Наиболее современные:

  • Масляная флотация – это такой вариант, когда смешивают предварительно измельченные руды с жидкостью, маслом. Это приводит к всплытию сульфидных соединений.
  • Пенная флотация – это технология, предполагающая измельчение руды, смешивание ее с водой, обработку полученного составом воздушными пузырьками. Этот процесс приводит к формированию пены на поверхности смеси. В ней будут находиться компоненты, которые нужно было выделить из породы. Специальной машиной пену отводят и высушивают.

Второй вариант требует измельчения исходной породы до частиц, диаметр которых не превышает 0,2 мм.

Это важно!

В современной промышленности высоко ценятся различные руды, далеко не все они отличаются гидрофобностью, а значит, описанная технология не будет работать для их извлечения. Тогда применяют химические составы – реагенты. Это такие компоненты, благодаря которым целевые частицы либо приобретают гидрофобные качества, либо теряют их.

Существуют следующие реагенты:

  • образователи пены;
  • регуляторы, повышающие гидрофильность;
  • собиратели;
  • активаторы, формирующие такие условия, в которых собиратели закрепляются на поверхности;
  • депрессоры, исключающие увеличение гидрофобности веществ (применяются для того, чтобы процесс стал более селективным).

Особенности работы

Флотация – это очень важный технологический процесс, который незаменим в промышленности, так как помогает обогащать руды с высокой результативностью. Эффективность показывает пенная технология, именно она и распространена в наши дни шире всего.

Чтобы начать флотацию, материалы сперва проходят через мельницу, что позволяет получить шихту, и уже после этого начинается процесс пенообразования. Чтобы флотация воды была результативной, выбирают такие размеры частиц, которые бы гарантировали разделение минералов. Оптимальный вариант – до 0,1 мм, но иногда измельчают и на компоненты размером всего 0,04 мм. Если в процессе окажутся более крупные компоненты, они снизят эффективность всей технологии в целом, так как имеют отрицательное действие. Также понижают эффективность процесса слишком мелкие составляющие, из-за которых элементы нормального размера не могут нормально взаимодействовать с воздушными пузырьками. Для улучшения качества необходимо использовать реагенты.

А как еще используем?

Обогащение руд – это не единственная область применения описанной технологии. В частности, широко распространена флотация сточных вод. Эта методика показала свою эффективность в ситуации, когда необходимо удалить из жидкости диспергированные компоненты, так как таковые нельзя убрать в процессе отстаивания.

Метод «пузырек-частица» показал высокую эффективность при выделении из воды следующих примесей:

  • ПАВ;
  • продукты нефтяного производства;
  • нефть;
  • маслянистые вещества;
  • волокнистые компоненты.

Флотация – очистка сточных вод, в ходе которой все эти загрязняющие вещества просто всплывают на поверхность, что позволяет их быстро удалить вместе с образовавшейся пеной. Чтобы слой пены стал плотнее, а также для его разрушения допускается применять нагрев, а также использовать разработанные для этого приборы – «брызгалки».

Как это происходит

Очистка воды (флотации) происходят за счет способности частиц прилипать к пузырькам воздуха. Правда, это распространяется, как указано выше, только на гидрофобные компоненты. Чтобы сформировалась пара из воздушного пузыря и загрязняющей жидкость частицы, необходимо обеспечить их интенсивное взаимодействие. Это может быть обусловлено наличием реагента, создающего химически оптимальную среду для реакции. Также используется напорная флотация, когда создается избыточное давление в среде.

Флотация эффективна и в том случае, когда из жидкости следует удалить вещества, которые в ней уже растворились. Это касается в первую очередь поверхностно-активных веществ. Применяют в таком случае так называемую парную сепарацию. Здесь комплекс из веществ и газового пузыря образуется за счет реагента. Его надежность будет связана с природой загрязняющего компонента и его особенностями.

Ключевые преимущества

Флотация – очистка, имеющая ряд положительных параметров, что и стало причиной столь широкого распространения этой технологии в мире.

  • обширность применимости;
  • непрерывность технологии;
  • невысокая стоимость;
  • простота эксплуатации;
  • применение в работе простых машин;
  • быстрота получения результата;
  • селективность;
  • не столь высокий уровень влажности шлама;
  • эффективность (до 98%);
  • выделяемые компоненты можно рекуперировать.

При флотации производится эффективная аэрация, понижается процентное соотношение жидкости и ПАВ, а также уменьшается количество микроскопических организмов, бактерий. Сточные воды, прошедшие флотацию, могут подаваться на очистительные установки более высокого уровня.

Разновидности технологии

Различные методики друг от друга отличаются в первую очередь по насыщаемости жидкости газами. Принято говорить о:

  • выделении из раствора воздуха;
  • диспергировании при применении механического воздействия;
  • применении пористых материалов для подачи воздушного потока;
  • химической технологии;
  • биологической флотации;
  • использовании электричества.

Установки, при помощи которых осуществляется флотация ПАВ и других примесей в жидкостях, бывают двухкамерные или однокамерные. Если камера только одна, то в ней жидкость наполняется газами и здесь же из нее выделяют загрязняющие компоненты. При наличии двух камер в одной происходит контакт с воздушным потоком, а в другом смесь может отстаиваться, во время чего шлам всплывает, а жидкость осветляется.

Флотация в медицине

Говоря об этой незаменимой методике выделения примесей из основного вещества, просто нельзя не упомянуть использование ее в медицине. Наиболее актуальна флотация кала для выявления наличия в органическом веществе гельминтов. Эта методика позволяет делать выводы о содержании:

Результаты оказываются достаточно точными только в том случае, когда ко врачам попадают свежие выделения. Чтобы удалось корректно и точно проанализировать вещество на наличие гельминтов, нужно хранить органическое вещество в холодильнике не более 72 часов. В некоторых случаях получается так, что образцы уже получены, а взять новые возможности нет, но изучение следует отложить на период, превышающий 72 часа. Выход есть: применяют 10% формалин. Этот раствор будет играть роль буфера. Если органические вещества были законсервированы таким образом, они могут далее использоваться в ходе исследований концентрации.

Технологии и точность

Флотация дает возможность выявить бактерии, стойкие к воздействию кислот, а также провести иммунологический анализ. Наиболее простой и легкий в реализации способ – это гравитационная флотация, также известная как стоячая. Он требует относительно мало времени на свою реализацию.

Альтернативный вариант – использование медицинских центрифуг. Этот метод более чувствителен, его результаты точнее ориентировочно в восемь раз. Если органические выделения пациента содержат небольшой процент гельминтов, гравитационный метод может показать их отсутствие, но этот результат окажется ложным. Чтобы быть уверенным в точности итогов, следует применять центрифуги.

Важные аспекты

Флотация – это такая методика выявления гельминтов, которой свойственны некоторые ограничения. О чем идет речь? К примеру, если предполагается, что в кале содержатся тяжелые яйца, их таким способом обнаружить вряд ли удастся. Это обусловлено тем, что они просто не могут всплыть из-за своего размера и массы. Кроме того, флотация не показывает достаточного эффекта на ларвальной стадии.

Планируя исследование, врачи должны помнить о том, что флотационная среда оказывает прямое влияние на точность результата. Наиболее значимые параметры:

Многие исследователи сходятся на том, что наилучшие результаты показывает сульфат цинка. Для этого соединения удельный вес варьируется в границах 1,18-1,2. Такой раствор даст возможность с высоким уровнем точности выявить цисты, яйца, а также поддержать структурные элементы цист.

Центрифуга: как это происходит

Рабочий процесс врача, изучающего кал на предмет наличия в нем гельминтов при помощи специальной установки, выглядит следующим образом:

  • готовится эмульсия, в которой на 30 мл раствора приходится 5 г испражнений;
  • эмульсия фильтруется через марлю в пробирку;
  • пробирка заполняется флотационной средой, пока мениска не станет положительной;
  • пробирка помещается на стекло, балансируется в установке;
  • центрифуга запускается на 10 минут на скорость до 15 тысяч оборотов в минуту.

По завершении этого процесса доктор получает покровное стекло (его необходимо доставать вертикально), которое можно изучить под микроскопом. Исследование проводится около 10 минут – начинают с десятикратного увеличения, увеличивая его затем в четыре раза. Это дает возможность с точностью говорить о наличии микроскопических организмов, а также делать выводы об их структурах и о том, какого размера есть вредные организмы и их частицы.

Нововведения

Методики не стоят на месте, и применяемая в медицине флотация в последнее время также была усовершенствована. В частности, удалось разработать такую центрифугу, которая оснащена угловым ротором. В этой установке контейнеры не колеблются свободно, последнее вращение не сопровождается наложением на покровное стекло.

При завершающем этапе обработки смеси в установке пробирку нужно поставить вертикально в специальный штатив, затем долить в нее раствор, сохраняя верхний слой в целости. Когда мениска становится положительной, устанавливают покровное стекло и оставляют стоять пробирку не более пяти минут. Далее стекло убирают и изучают его под микроскопом также под двумя мощностями увеличения.

Преимущества и недостатки флотационного метода очистки сточных вод

Флотация – удаление не способных к смачиванию мелкодисперсных примесей из сточных вод с помощью специально создаваемых пузырьков газа. Грязная пена, образующаяся при этом, оказывается на поверхности и ликвидируется. Для работы применяются различные виды устройств – флотаторов. Эффективность процесса во многом определяется их техническими характеристиками, продуктивностью и автоматизацией.

Конструкция и назначение флотаторов

Очистка жидкости производится с помощью флотационных блочных установок. Основными узлами аппаратов являются:

  • емкость с насосом, который смешивает кислород с жидкостью и реагентами;
  • танк флотации с клапаном для устранения избытков воздуха;
  • дегазатор для удаления остаточного кислорода.
Читайте также:  Септики Эвосток: характеристика конструкции и схема работы, монтаж и преимущества

Флотационные блоки не применяют как самостоятельные инструменты очищения. Их используют в комплексе на очистительных установках промышленных предприятий и автомоек, поскольку они требуют подготовки – обработки канализационных стоков механическим путем.

Схема действия

Принцип работы флотационной установки довольно простой:

  1. Стоки попадают в рабочую емкость, где обогащаются мелкодисперсным воздухом.
  2. Смесь поступает во флотационную камеру, где идет взаимодействие гидрофобного мусора с пузырями газа.
  3. Постепенно происходит уменьшение и разрыв слоя, разделяющего гидрофобные частицы и воздушные пузырьки. Это объясняется изменением поверхностного натяжения воды.

В результате на поверхности жидкости появляется грязная пена. Ее удаление происходит с применением особых грабельных устройств.

Флотация в устройствах – процесс принудительный, когда плотность мусорных частиц искусственно снижается.

Флотационные методики

Классификация флотаторов ведется по способу образования газовых пузырей. Чаще используются такие флотационные методы:

  • механический;
  • напорный;
  • вакуумный;
  • биологический;
  • электрохимический.

Напорная флотация – это простой способ очистки сточных вод, когда в жидкость добавляют реагенты и под большим давлением с помощью насоса подают кислород. Образуются пузыри по всему объему канализационных стоков. Такой метод нередко используется для очищения жидкости от активного ила. Технология предполагает наличие камеры сатурации.

В электрофлотаторах этого узла нет. Методика не требует электрофлотации и реагентов. Она подразумевает удаление взвесей из жидкости при помощи электрического тока. В электрофлотаторе осуществляется процесс электролиза: на катоде происходит выделение водорода, на аноде – кислорода.

Принцип работы вакуумного устройства заключается в снижении давления ниже атмосферного в емкости для флотации. При этом выделяется воздух, растворенный в воде.

Биологическая флотация – это подогрев осадка после первичной очистки при помощи пара и отстаивание его в течение нескольких дней. Образующиеся бактерии выделяют пузыри газа. Благодаря им осуществляется флотация частиц осадка в пенный слой, где происходит их уплотнение и обезвоживание. В течение пяти дней влажностный показатель можно уменьшить до 80 процентов, что позволяет упростить последующую обработку.

Особенности механической флотации

Флотационных методов механической очистки сточных вод несколько:

  • Жидкость перемешивается специальным рабочим колесом с лопастями. Эта методика очищения выполняется без напора и хорошо подходит для удаления из воды крупнодисперсных и волокнистых примесей – волос, нитей, шерстинок.
  • Сточные воды выделяются в центрифугу (импеллер). Там они перемешиваются, приобретая однородную структуру. При передвижении загрязненная вода обогащается кислородом, образуются маленькие пузыри. Они способны притянуть даже остатки нефтепродуктов.
  • Стоки обогащаются воздухом с применением специальных труб, располагающихся на дне принимающей камеры. Метод именуется пневматическим. Применяется в том случае, когда требуется очищение стоков, являющихся агрессивными для обработки их в импеллере либо безнапорной установке.

При напорной обработке уровень очищения зависит от скорости вращения импеллеров – чем она больше, тем лучше. Но нужно рассчитать точное ускорение. На определенном этапе растет потоковая турбулентность, могут разрушиться хлопья мусора, что снижает эффективность процесса.

Очистка канализационных жидкостей в флотационных блоках механического типа используют, когда в жидкости присутствуют легкие гидрофобные примеси – жиры, остатки нефти, масла.

Если в стоках имеются примеси, которые требуют агрегации, стоит предпочесть иной способ. Из-за значительной турбулентности происходит разрушение молекул загрязнений, и качество очищения резко уменьшается.

Компромисс между механическим и напорным способом – насыщение воды кислородом с применением пористого материала. Направление потока воздуха здесь происходит через особые пластинки с прорезями. Чем тоньше щелевые отверстия в пластинке, тем меньше воздушные пузырьки и лучше очищение.

Преимущества и недостатки

Применение устройств для флотации имеет как достоинства, так и несовершенства. К плюсам причисляются:

  • простота обслуживания машин;
  • бюджетность большинства способов;
  • высокое качество и скорость очищения стоков.

С помощью методики можно удалить большую часть мелкодисперсных примесей, но не все. К недостаткам также можно отнести необходимость в дополнительном использовании реагентов, чтобы повысить степень гидрофорбности грязевых частиц. В случае применения электрического флотатора, требуется точно настроить прибор для создания пузырей необходимого диаметра.

Используемые реагенты

Для повышения эффективности очищения применяются химические вещества-собиратели:

  • коагулянты – реагенты, способствующие образованию хлопьев и представляющие собой соли железа и алюминия;
  • флокулянты (полиакриламидные соединения) – вещества, создающие более крупные и устойчивые хлопья (флокулы);
  • кислотные и щелочные реагенты, позволяющие корректировать pH. Их добавляют в воду, чтобы обеспечить нормальные условия работы двух предыдущих видов реактивов.

Для стабилизации пенообразования применяют также сосновое масло, фенолы, крезол. Они позволяют предохранить воздушные пузырьки от разрушения, делая их упругими. Это способствует удалению большего количества загрязнений из канализационных стоков.

Использование химических реактивов, позволяющих улучшить процесс, требует точного подбора дозировки, что возможно достичь лишь опытным путем.

От чего зависит качество очищения

На эффективность методики влияют следующие факторы:

  • устойчивость воздушных пузырей к разрушению;
  • равномерность образования пены;
  • степень гидрофобности частиц – чем больше этот показатель, тем более активно они взаимодействуют с пузырями воздуха.

Важен и размер пузырей. Большие быстро всплывают, и не успевают захватить молекулы примесей, а маленькие менее прочны.

Применение методики флотации незаменимо для очищения сточных вод от жиров, волокнистых включений, нефтепродуктов, иных загрязнений, не поддающихся осаждению. Этот метод применяют для чистки канализации и при обогащении полезных ископаемых.

Флотация сточных вод

Флотация сточных вод

Флотация сточных вод

Общепринятая схема очистных сооружений как локального, так и централизованног о 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-химическо м процессе. Именно о флотации пойдет речь в нашей статье.

Что такое флотация?

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.

  1. 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.
  2. Кроме того, пузырьки должны обладать устойчивостью к разрушению.

Пенный слой флотации

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.

  1. Относительно небольшие затраты в процессе эксплуатации.
  2. Простота оборудования.
  3. Возможность выделения определенных загрязнителей.
  4. Скорость процесса флотационной очистки от некоторых взвесей выше скорости оседания.
  5. Возможность удаления таких загрязнителей как нефтепродукты.
  6. Продуктом флотации является шлам с не очень высоким содержанием воды.

С особенностью самого флотационного процесса связаны и его минусы.

  1. Так как флотация зависит от гидрофобности вещества, применять ее можно для удаления не всех загрязняющих компонентов.
  2. Зачастую приходится использовать реагенты для повышения гидрофобности загрязнителей и устойчивости полученной пены.
  3. 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.

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.

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-акт ивные 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.

Флотаторы для очистки сточных вод: плюсы и минусы метода, виды и способы флотации

Флотаторы для очистки сточных вод – устройства, предназначенные для фильтрации тонкодисперсных включений физико-химическим способом. Главной целью использования таких установок является извлечение из коммунальных и промышленных стоков органических примесей, имеющих гидрофобные свойства.

Флотатор большого объема.

Флотация стоков – определение и принципы действия метода

Флотация – это очистка загрязненных жидкостей с помощью пузырьков воздуха, которые в процессе движения захватывают частички нерастворимых веществ. Прикрепившиеся к воздушным ячейкам твердые составляющие поднимаются на поверхность, образуя слой пены (флотошлам), который с помощью скребкового транспортера удаляется в шламосборник.

Качество фильтрации жидкостей зависит от следующих факторов:

  • способа образования пузырьков воздуха;
  • физико-химических свойств загрязнений;
  • гидродинамических условий, создаваемых в аппарате.

Флотационная очистка ливневых или коммунальных стоков осуществляется в специальных агрегатах, называемых флотаторами (см. видео).

Флотатор – это открытый пластиковый или стальной резервуар, оснащенный скребковым приспособлением для сбора пенных образований с поверхности жидкости. На корпусе установки расположены патрубки для подачи воздушной массы из сатуратора, вывода флотошлама, притока загрязненных жидкостей и отвода чистой воды.

Схема работы флотатора.

Принцип работы станции:

  1. Сточные воды, минуя флокулятор, проходят в приемную камеру.
  2. Здесь жидкость напитывается кислородом воздуха.
  3. Пузырьки газа соединяются с твердыми нерастворимыми включениями и поднимаются на поверхность.
  4. Вследствие этой процедуры на границе водораздела образуется пенистая пленка, которая с помощью специальных приспособлений непрерывно сгребается в шламосборник.
  5. Очищенная жидкость поступает в накопительную емкость для дальнейшего использования.

Для ускорения процесса и улучшения качества очистки во флокулятор добавляют активные вещества – коагулянт, щелочь, флокулянт и др. Реагенты обладают высокими адгезионными свойствами. С их помощью механические примеси прочно слипаются с пузырьками воздуха, образуя при этом флоккулы. Выбор катализатора зависит от концентрации и химического состава присутствующих в жидкости загрязнений.

Флотационные установки применяют:

  • для удаления загрязняющих субстанций перед биологической фильтрацией стоков;
  • в случае разделения воды и активного ила в отстойниках санитарных станций;
  • при физико-химической очистке стоков с применением активных веществ (реагентов).

Эффективность метода флотации – важные параметры

Основные факторы, влияющие на эффективность флотационного извлечения веществ:

  1. Гидрофобность частиц. Чем хуже смачиваемость загрязнений, тем прочнее сцепление с пузырьком воздуха.
  2. Интенсивность и сила столкновения субстанций.
  3. Наличие избыточного давления в сточной воде.
  4. Природа нерастворимых соединений.
  5. Значение pH среды.
  6. Температура процесса.
  7. Вид и концентрация реагентов.
  8. Дисперсность пузырьков газа.
  9. Размер и плотность размещения примесей.
  10. Периодичность съема флотошлама.

Плюсы и минусы использования

Флотация – это один из самых популярных способов очистки стоков. Без флотирования жидкостей не обходятся даже сложные промышленные фильтрационные сооружения.

  • широкая сфера применения;
  • невысокие эксплуатационные и капитальные затраты;
  • несложное оборудование;
  • селективность удаления примесей;
  • большая скорость обработки по сравнению с процессом отстаивания;
  • вероятность получения шлама низкой влажности;
  • высокий уровень очистки (95-98%);
  • возможность повторного использования удаляемых веществ.

Флотация также сопровождается аэрацией сточных вод, снижением концентрации микроорганизмов, бактерий, ПАВ и легко окисляемых веществ.

Из недостатков – это то, что станция не может гарантировать полный цикл фильтрации. Она является промежуточным узлом в сложной схеме очистных сооружений. Сточные воды, поступающие во флотатор, требуют предварительной подготовки. Проникновение в систему грубых примесей (песок, отсев, полимеры и др.) влечет за собой поломку оборудования.

Устройство не способно обеспечить полное удаление нефтепродуктов. По этой причине после него в цепочку агрегатов монтируют ультрафиолетовую обеззараживающую установку и группу сорбционных фильтров.

Виды и способы флотации

В практике очистки бытовых и промышленных сточных вод существует несколько способов флотации.

Различаются они по методу формирования пузырьков газа:

  • напорная или вакуумная – извлечение воздуха из раствора при резком снижении давления;
  • механическая – создание пузырьков при помощи специальных устройств (мешалки и др.);
  • барботажная – подача воздушных масс в рабочую камеру установки через пористые материалы или перфорированные трубки;
  • электролизная – выделение газа из раствора путем пропускания через него электрического тока.

Выделение пузырей воздуха из специального раствора

Технология процесса заключается в формировании насыщенного раствора, состоящего из воздуха и водяных стоков. В зависимости от способа образования воздушной субстанции различают напорную и вакуумную флотацию.

Наиболее распространенный способ фильтрации – это напорная очистка стоков. Из приемного отсека флотатора загрязненные воды перекачиваются насосом в нагнетательную камеру (сатуратор). В сатураторе жидкость пропитывается воздухом и возвращается в приемную емкость. При резком снижении давления в основном резервуаре из раствора выделяются микропузырьки, которые прилипают к твердым частичкам примесей и поднимают их на поверхность.

Схема напорной флотации.

Эффективным средством для интенсификации процесса являются реагенты, которые увеличивают гидрофобность частиц и улучшают устойчивость воздушных пузырьков. Сочетание напорной фильтрации с обработкой жидкости реагентами повышает очистку стоков до 95%.

Вакуумная установка представляет собой непроницаемый резервуар с купольным перекрытием. Под днищем агрегата расположено техническое помещение, где находится насос для откачки воздуха, флотошлама и осадка.

Сточная жидкость поступает в сатуратор, где предварительно насыщается газом. Одновременно с этим процессом из приемной камеры откачивается воздух. Затем под действием разряжения, созданного в рабочем отсеке, жидкость засасывается в основную емкость.

Из насыщенной газом жидкости начинают выделяться пузырьки, которые в виде пенящейся массы поднимаются на границу водораздела. Скопившийся на поверхности шлам собирается крутящимися скребками и выводится в грязесборник.

Механический способ насыщения воды воздухом

Механическая флотация предусматривает наличие в структуре установки импеллера, который при вращении в водной среде, насыщенной воздухом, разрушает пузырьки газа. Продуктивность диспергирования осуществляется путем нагнетания воздушной массы через сопла, уложенные на дно камеры с промежутком 0,25-0,35 м. Диаметр пор – 1,2-1,5 мм; давление – 0,3-0,5 МПа; скорость потока – 150-200 м/с. Длительность операции – 15-20 минут.

Энергичное перемешивание сточных вод механическим способом создает в жидкости большое количество вихревых потоков. Регулирование частоты вращения импеллера и скорости движения воздушных масс позволяет получить пузырьки заданной величины.

Пневматические флотационные агрегаты подходят для фильтрации стоков, которые по своему химическому составу склонны к насыщению газами и формированию пены. При таком способе не следует применять реактивы, так как вихревые потоки, генерируемые импеллером, разлагают хлопья. В основном механический метод фильтрации используется для очищения промышленных стоков от нефтепродуктов.

Насыщение воды воздухом с использованием пористого материала

Такой способ отличается простотой организации процесса и сравнительно низким расходом электроэнергии. Сточные воды подаются в верхнюю часть вертикально установленного резервуара высотой 2,5-4 м.

На дне емкости располагается поддон, к которому крепятся керамические пористые насадки. Через них сжатый воздух компрессором подается в приемную камеру. Воздушная масса, проходя сквозь отверстия, делится на микропузырьки размером 4-20 мкм. Пузырьки флотируют примеси и поднимаются с ними на поверхность. Очищенная вода выводится из нижней части емкости, а флотошлам перетекает в кольцевой желоб, откуда по трубе удаляется в грязесборник.

Фильтрация стоков с применением пористых материалов имеет ряд преимуществ:

  • простота конструкции;
  • минимальные затраты на электроэнергию;
  • в комплекте установки отсутствует сложное дополнительное оборудование (сатуратор, импеллер, насос и т.д.).

Недостатком является вероятность засорения керамических колпачков и трудность выбора материалов с одинаковым размером пор.

Электролиз

Электрофлотационные станции состоят из электродного отсека и отстойной камеры. Стоки поступают в стабилизатор, который изолирован от электродной секции решеткой. Жидкость, протекая сквозь межэлектродный промежуток, наполняется пузырьками газа и одновременно подвергается воздействию тока.

В процессе прохождения электрического разряда происходит коагуляция загрязненных примесей. В результате этого формируются хлопья, которые вместе с твердыми нерастворимыми включениями поднимаются на границу водораздела. Всплывающий флотошлам удаляется скребками в отводящий лоток.

В сточной жидкости при прохождении через электроды протекают сложные химические реакции:

  • электролиз;
  • электрофорез;
  • поляризация частиц.

Интенсивность перечисленных циклов зависит от химической структуры жидкости, материала и типа стержней (нерастворимые, растворимые), напряжения в сети.

В результате установки водорастворимых электродов на аноде возникает эффект разжижение металла, и в стоки диффундируют катионы железа или алюминия. Соединяясь с кислотами или щелочами, они формируют гидраты или окиси, выступающие в процессе очистки активными коагулянтами.

Коагуляция твердых включений в межэлектродном промежутке может возникать не только из-за растворения анода. Уменьшение дисперсности частиц возможно и в случае электрокинетических явлений, разряда тока на электродах, генерации в растворе субстанций (хлор, кислород), нарушающих сольватные соединения на поверхности взвесей. Эти процессы могут происходить при применении нерастворимых стержней.

Реагенты во флотации

В целях улучшения качества фильтрации сточных жидкостей используют активные присадки:

  • для корректирования pH – щелочь, кислота (реактивы вводятся в жидкость для создания оптимальных условий взаимодействия примесей с коагулянтом и флокулянтами);
  • коагулянты – вещества, способствующие образованию пены (соли железа, алюминия);
  • флокулянты – полиакриламидные соединения, очищающие стоки от примесей посредством формирования хлопьев из коллоидных и мелкодисперсных частиц.

Отрицательным фактором реагентного метода обработки жидкостей является обязательное наличие сравнительно большой площадки под установку оборудования, а также присутствие дополнительного обслуживающего персонала.

Принципы флотационной очистки

1 апреля 2012 г

Методы флотации

Очистка практически любого вида сточных вод методом флотации довольно распространенный сегодня способ утилизации канализационных сбросов и применяется повсеместно в тех местах, где его применение является наиболее выгодным с технической точки зрения.

Флотация (в переводе с французского языка flotter- плавать) – это метод очистки воды с использованием микрочастиц разной смачиваемости. Частицы делятся на два вида:

  • гидрофобные
  • гидрофильные

Гидрофобные – это не смачиваемые водой частицы, а гидрофильные, наоборот, смачиваемые. Суть флотации состоит в том, что при использовании данного метода пузырьки воздуха и выделяемые масляные капли быстро поднимаются к границе раздела фаз и, тем самым уносят вместе с собой гидрофобные частицы. Более того, именно этим методом и очищаются сточные воды многих современных предприятий и заводов от различных взвесей и органических веществ.

Существует ещё один метод очистки сточных вод – это метод пенной флотации. Его отличие от первого метода в том, что вначале частицы проходят обработку реагентами. Затем воздушные пузырьки выталкивают данные реагенты на поверхность воды, в результате чего образуется слой пены, который и уносит различные органические соединения. Более того, кроме реагентов производители добавляют туда ещё и пенообразователь, который повышает устойчивость пены.

Принцип явления флотации и его использование

Гидрофобные частицы сближаются с пузырьками воздуха в воде, в результате чего образуется небольшая прослойка. Эта прослойка становится всё меньше и меньше, и, в итоге, наступает критический момент, когда она неизбежно рвётся. После этого обычно происходит полное смачивание гидрофобной частицы.

Далее пузырёк воздуха прилипает к данной частице, и поднимаются к границе раздела фаз, это происходит за счёт того, что плотность пульпы (жидкой среды) гораздо выше плотности пузырька с частицей. Иными словами, они флотируют, в результате чего образуется слой пены, который автоматическии удаляется из флотатора. Также существует небольшой нюанс в данном процессе. На устойчивость связи пузырька с гидрофобной частицей влияют такие факторы как: размер пузырька и частицы, их физико-химические свойства, а также водной среды, в которой они находятся.

Теперь же мы можем рассмотреть конструкцию флотационной установки. Во-первых, струя воздуха и струя воды располагаются друг от друга на очень небольшом расстоянии. Во-вторых, они направлены в одну сторону, что и позволяет частицам воздуха слипаться с частицами воды. Более того, во флотационную камеру подаются частицы определённого размера, которые установлены неоднократными опытами, что позволяет сделать работу установки оптимальной. Иначе, если пузырёк будет иметь слишком большой объём, то изменится скорость потока и, соответственно, частицы не будут успевать прилепляться друг к другу. Ещё одной причиной, по которой частицы должны иметь определённый размер это то, что при перемешивании воды происходит разрыв соединений между гидрофобными частицами и пузырьками воздуха.

В чём различие между импеллерной и напорной флотацией, которые используют пористые материалы для очистки постоянно поступающих в систему сточных вод?

При применении напорной флотации воды насыщается воздухом, который подаётся под большим давлением. Если при применении данного метода в воду не добавляются реагенты, то этот метод очистки сточных вод называется физическим. Большим плюсом напорной флотации является то, что при её использовании есть возможность регулировать размер и объём пузырьков, а также количество воздуха, которое растворяется в период работы.

Существует ещё один метод флотации – это метод импеллерной флотации, который широко используется в нефтеперерабатывающей промышленности. Данный метод отличается от всех остальных тем, что обладает низкой эффективностью, так как при его использовании во флотаторе происходит большая турбулентность потоков, в результате которой разрушаются хлопьевидной формы. Чтобы получить лучший результат при использовании импеллерной флотации, во флотатор добавляются поверхностно-активные вещества.

Для получения пузырьков небольшого размера производители используют пористые материалы, которые понижают скорость истечения воздушной струи, в результате чего и образуются небольшие пузырьки.

Также эффективность флотации повышается благодаря использованию коагулянтов, помогающие удалять те или иные загрязнения в виде весьма стойких эмульсионных соединений.

Обезвоживание в отстойниках-сгустителях, сушилка и гидроциклоны являются следующими этапами очищения сточных вод от различных взвесей и органических соединений. Но это уже совсем другой разговор и об этом в следующий раз.

В заключение хочется сказать, что благодаря методу флотации наши озёра и пруды сохраняют свою первозданную прозрачность и красоту, что, конечно же, очень приятно обычным людям. И не будь этого метода, возможно, многие прекрасные пруды и реки превратились бы в болота, заполненные отходами с различных предприятий.

Применяемое оборудование компании Argel:
– Flotomax S — напорный флотатор из стеклопластика;
– Флотатор ФДП — флотационная установка.

Технология флотации для очистки стоков

Забота об окружающей среде выходит сегодня на мировой уровень. Особенно это касается очистки сточных вод, которые впоследствии сбрасываются в пруды и грунт. Чтобы обеспечить высокое качество очистки стоков и полностью нейтрализовать негативное воздействие патогенных микроорганизмов на окружающую среду, используют множество методов в зависимости от типа загрязнения вод. К наиболее эффективному относится флотационный метод или просто флотация стоков в электрофлотаторе.

Этот метод является дополнительным после механической очистки сточных вод, поскольку не все примеси имеют достаточный вес, чтобы поддаваться силе гравитации. В результате после механической обработки стоков и их отстаивания в серой воде остаются частички мусора, масса которых в разы легче молекул жидкости. Именно с целью удаления таких примесей и используется флотация как метод доочистки стоков.

О том, что же такое флотация и каковы бывают её виды, разбираемся в нашем материале.

Флотация стоков: определение и принципы действия метода

Флотация — это своеобразный способ очистки загрязненной воды, переводимый с английского как «плавание». То есть удаление примесей мусора из жидкой среды происходит за счет их всплытия на поверхность в результате добавления в стоки специального диспергированного воздуха. Под его воздействием все молекулы и частички мусора либо смачиваются водой (что является гидрофилией), либо не подвержены смачиванию (гидрофорбия).

Принцип действия и схема метода флотации сточных вод выглядит таким образом:

  • В специальной машине (электрофлотаторе) сточные воды проходят через рабочую камеру;
  • В этот момент стоки в зависимости от типа загрязнения обогащаются диспергированным воздухом;
  • Происходит контакт загрязняющих частиц с пузырьками кислорода;
  • В результате контакта происходит реакция в виде образования пенного слоя на поверхности воды. Именно эти плавающие частицы примесей и называются флотом. То есть плавающим мусором.
  • Пенный слой по мере образования удаляется с поверхности очищаемой среды специальными грабельными установками.

Важно: метод флотации используется в основном для очистки сточных вод с примесями растворимых жиров, продуктов нефтепроизводства, ПАВ, любых волокнистых примесей и пр.

Эффективность метода флотации: важные параметры

При проведении очистки серых вод с применением реагентов (флотация) может иметь различную эффективность. И зависит она от таких параметров:

  • Чем более примеси мусора в воде склонны к гидрофорбности, тем выше будет эффективность флотационного способа очистки воды. Но, к сожалению, не все примеси имеют повышенную или хотя бы оптимальную склонность к смачиванию. Чтобы изменить это свойство в воду в электрофлотаторе добавляют специальные реагенты, которые меняют уровень гидрофорбности мусора в большую сторону. Реагенты носят название флотирующие.
  • Все пузырьки воздуха должны иметь повышенную устойчивость к разрушению, чего также добиваются путем добавления в воду реагентов.
  • Размер пузырьков воздуха также имеет значение для эффективности флотационного способа очистки сточных вод. Так, слишком крупные пузырьки быстро всплывают на поверхность воды, не осуществив контакт с примесями мусора. А мелкие пузырьки, наоборот, просто лопаются. Пузырь кислорода должен иметь достаточный размер, чтобы успеть вступить в контакт с мусором и поднять его на поверхность сточной воды.
  • Общее количество пузырей воздуха и равномерность их распределения в стоках также имеют значение при очистке жидкости данным методом.

Плюсы и минусы использования флотации

Метод флотации как способ очистки сточной воды имеет как свои преимущества, так и недостатки. К первым относятся:

  • Низкая стоимость самого метода обработки жидкости с целью её очистки;
  • Максимально простая конструкция оборудования (электрофлотатора), что не требует повышенных трудозатрат на его обслуживание;
  • Высокая эффективность процесса в случае отделения от воды определенных примесей;
  • Высокая скорость очистки сточных вод в результате применения одного из способов флотации;
  • Возможность очистки воды даже от молекул нефтепродуктов.

К минусам метода флотации можно отнести:

  • Избирательное действие воздуха на частицы мусора ввиду их низкой гидрофорбности;
  • Необходимость дополнительного применения реагентов для повышения уровня гидрофорбности частиц мусора в сточных водах;
  • Необходимость точной настройки электрофлотатора с целью получения пузырьков воздуха определенного диаметра.

Виды и способы флотации

Очистка стоков методом флотации может производиться различными способами. То есть, именно образование пузырьков воздуха происходит с использованием различных методов. Рассмотрим все возможные.

Выделение пузырей воздуха из специального раствора

Причем здесь воздух можно выделять как напорным методом, так и вакуумным. В первом случае в воду под высоким давлением запускают воздух, в результате чего на всех слоях воды образуются нужные пузырьки. В случае с вакуумной флотацией сточная вода проходит через аэрационную камеру, где усиленно насыщаются воздухом. После этого стоки поступают в дезаэратор, где из воды удаляется лишний воздух (не растворившийся). Затем серая жидкость переливаются именно во флотационную камеру, где давление падает до критической точки, от чего и происходит образование пузырьков воздуха.

Важно: такие способы отлично справляются с очисткой воды от мелкофракционных и мелкодисперсных примесей.

Механический способ насыщения воды воздухом

Этот метод обогащения стоков воздухом заключается в трех основных способах:

  • Перемешиванием сточных вод в специальной центрифуге при помощи турбины . В этом случае установка носит название импеллер и позволяет добиться образования пузырей небольшого диаметра. В основном импеллер используется для очистки воды от продуктов нефтепроизводства или от жиров. Импеллер хорош тем, что позволяет варьировать величину воздушных пузырей в результате схемы проведения флотации. То есть, чем выше скорость вращения турбины, тем мельче будут пузырьки в воде.
  • Перемешивание воды при помощи специального рабочего колеса с лопастями . Такой метод является безнапорным и хорош для удаления из воды крупнодисперсных и волокнистых примесей, таких как волосы, нити, шерсть и пр. Пузыри при безнапорном способе флотации получаются достаточно крупными.
  • Обогащение стоков воздухом с использованием специальных труб , которые располагаются на дне приёмного резервуара для грязной воды. Этот способ носит название пневматический. Используется в том случае, если есть необходимость очистки стоков, которые являются агрессивными для обработки их в импеллере или безнапорном колесе.

Важно: при любом из способов схема заключается в проведении воды через стадию завихрения, в результате чего и образуются нужные воздушные пузыри.

Насыщение воды воздухом с использованием пористого материала

Этот способ заключается в проведении потока воздуха сквозь специальные пористые структуры. В качестве примера можно привести специальные тонкие пластины с тонкими щелями по всему периметру. Причем чем тоньше будет щель в пластине, тем мельче будут воздушные пузыри.

Электролиз

Этот способ образования пузырьков воздуха считается одним из наиболее эффективных. Схема действия метода заключается в помещении в воду специальных электродов, по которым в стоки проводят ток. В месте расположения электродов (в месте их контакта с водой) происходит формирование нужных пузырьков.

Важно: сейчас распространено использование специальных алюминиевых или железных электродов. Они, помимо функции проведения тока в воду являются еще и коагулянтами, что позволяет формировать в воде хлопья из взвешенных частиц мусора. В результате очистка становится более эффективной.

Реагенты во флотации

Для повышения качество очистки грязной жидкости методом флотации используют специальные реагенты. Они призваны увеличивать уровень гидрофорбности частиц примесей в воде. Различают два вида реагентов для проведения флотации:

  • Реагенты для усиления гидрофорбности примесей. Их еще называют собирателями. Таковыми являются различные нефтепродукты, соли аммония, масла или меркаптан.
  • Вещества для стабилизации пены на поверхности воды, то есть пенообразователи. Такие реагенты предупреждают преждевременное разрушение пузырьков воздуха. Чаще всего для пенообразования используют крезол, сосновое масло, фенолы и пр.

Важно: для флотационного способа очистки стоков электрофлотаторы монтируют исключительно после отстойников и камер фильтрации, поскольку флотация не является самостоятельным методом обработки грязной воды, а лишь являет собой дополнительный способ нейтрализации грязной жидкости.

Добавить комментарий