Преимущества и недостатки флотационного метода очистки сточных вод

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).

Электрофлотация

Этот метод стали использовать во второй половине 20-го века. Тогда обнаружилось, что электролизные газы гораздо эффективнее, чем инертные или воздух, увеличивают интенсивность флотации. Это позволяет выделять нерастворимые в водах нефтепродукты, смазочные масла, малорастворимые соединения тяжелых и цветных металлов, которые образуют в стоках устойчивые эмульсии. Но помимо электролизных газов на удаление некоторых примесей влияет искусственно созданное электрическое поле, в котором заряженные частицы движутся к противоположно заряженным электродам.

Существенным недостатком электрофлотации является малая производительность, высокая стоимость электродов, их износ и загрязнение, а также взрывоопасность.

1. Сущность процесса флотации

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.

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 свойства водной среды, в которой они находятся. Флотация — эффективный способ очистки сточных вод, который является очень простым и экономичным, и в то же время имеет высокую производительность и характеризуется качественной очисткой стоков. Флотационные методы лучше других справляются с удалением из стоков поверхностно активных веществ. Для целей очистки стоков применяют специальные флотационные машины, устройства напорного типа, механические, электрофлотационные и другие аппараты. Одним из важнейших параметров флотационной очистки стоков является время флотации, которое должно быть достаточным, чтобы эффективно очистить стоки, но в то же время слишкрм длительная очистка значительно увеличивает габариты аппаратов очистки

Поэтому большое внимание уделяется методам интенсификации флотационного процесса, например, усовершенствованием конструкции флотационных машин , применение реагентов и т.д. Важным параметром флотации является размер размер пузырька воздуха

Чем меньше пузырек и чем больше их количество, тем больше вероятность сцепления пузырька с частицей загрязнения и тем более устойчив флотокомплекс частица-пузырек.

18 стр., 8843 слов

Методы очистки сточных вод от нефтепродуктов

… загрязненности воды нефтью Методы очистки сточных вод выбирают в зависимости от их вида: бытовые, промышленные и дождевые. Сточные воды нефтяной и нефтехимической промышленности содержат нефть, нефтепродукты и … биологические пруды и другие. Для очистки сточных вод применяют реагентные методы: коагуляцию, флокуляцию, осаждение примесей, фильтрование, флотацию, адсорбцию, ионный обмен, обратный осмос …

Описание очистки способом коагуляции

Укрупнение частиц в результате слипания – прогрессирующий процесс, который активизируется во время перемешивания, теплового движения, направленного перемещения во внешнем силовом поле водной массы. За счет слипания в дисперсионной среде общее число частиц уменьшается.

Во время коагуляционной обработки стоков коллоидные и мелкодисперсные частицы начинают контактировать с агрегатами, образующимися при введении коагулянтов. Агрегаты из отдельных частиц формируются под влиянием сил межмолекулярного взаимодействия.

Если объединяются однородные фракции, идет процесс гомокоагуляции. При слипании разнородных элементов происходит гетерокоагуляция – основной вид коагуляции.

Коллоидные частицы – совокупность молекул вещества, присутствующего в сточной жидкости в диспергированном состоянии. При перемещении коллоиды, чья поверхность имеет значительную удельную площадь, прочно удерживают водный слой. При адсорбции ионов преимущественно одного электрического заряда происходит явное понижение свободной поверхностной энергии коллоидных частиц.

Адсорбционный слой могут составлять и противоположно заряженные ионы. Чем выше валентность иона коагулянта, несущего заряд, противоположный знаку заряда загрязняющей частицы, тем более заметен коагулирующий эффект.

Электрические заряды одного знака способствуют взаимному отталкиванию частиц в жидкой фазе. При этом между ними сохраняется связь – продолжают действовать молекулярные силы взаимного притяжения, максимально проявляясь на небольшом расстоянии. Если искусственно снизить электрический заряд, уменьшится и сила отталкивания частиц, что в результате приведет к их слипанию.

При коагуляции солями алюминия и железа коагулирующее действие наступает вследствие гидролиза, при котором образуются гидроксиды этих металлов. Малорастворимые соединения сорбируют на поверхности хлопьев взвешенные, мелкодисперсные и коллоидные вещества.

Если гидродинамическая обстановка благоприятна, плотные и тяжелые хлопья начинают осаждаться, образуя слой осадка на дне отстойника. По мере увеличения концентрации электролита скорость коагуляции возрастает.

Взвешенные вещества оседают с разной скоростью, которая зависит от:

• формы;
• размеров;
• плотности;
• шероховатости поверхности частиц,

а также от температуры воды.

Сначала процесс очистки взвеси протекает с наибольшей эффективностью, затем, после осаждения самых плотных частиц, замедляется.

Побочные продукты гидролиза (серная и соляная кислоты) нейтрализуются щелочью, например, известью. Но процесс нейтрализации кислот может происходить сам собой, без введения реагента – за счет резерва щелочи самих СВ.

В «списке» оборудования типичной системы коагуляционной очистки стоков:

• отстойник;
• растворный бак;
• камера хлопьеобразования;
• насос-дозатор;
• лопастная мешалка;
• циркуляционный насос;
• насос подачи воды в отстойник;
• задвижки с электроприводом.

Кто занимается производством?

Перед покупкой флотационных машин требуется четко определиться с параметрами.

Параметры подбираются исходя из следующих условий:

• Состав и характер канализационных стоков.
• Температура и равномерность подачи воды.
• Куда сбрасывается очищенная вода.

В Москве и Санкт-Петербурге реализацией установок занимаются довольно много компаний:

1. — флотаторы марки ТР, стоимость от 313 500 рублей.
2. Торговый дом «Оборудование водоочистки» — напорные установки марки DAF.
3. ООО «Росинтерэко» — флотаторы и двухступенчатые установки марки «Ангара».

Важно. Необходимо учитывать требования к обработке и удалению осадка, степени обеззараживания

Чем полезен флотатор для очистки

Это устройство, предназначенное для очистки сточных жидкостей физико-химическим методом. Базовая цель применения данных установок заключается в извлечении из коммуникативных и промышленных стоков примесей органического характера, обладающих гидрофобными свойствами.

Выглядит это приспособление достаточно объёмно. Оно представляет собой пластиковый или стальной резервуар, который оснащён скребковым приспособлением. Его задачей является сбор пенных образований с поверхности воды.

Принцип работы станции:

1. В сточный резервуар поступает жидкость, которая проникает в приёмную камеру.
2. Флотатор для очистки подвергает жидкость процессу напитки кислородом.
3. Газовые пузырьки соединяются с нерастворимыми элементами и поднимаются на поверхность.
4. Образованная пена непрерывно удаляется в специальную ёмкость, оставляя воду чистой.
5. Очищенная вода фокусируется в специальном резервуаре.

Чистая жидкость подходит для дальнейшего использования. Например, если устройство установлено в частном доме, очищенной жидкостью можно поливать грунт, использовать для стирки напольных покрытий, для мойки автомобиля и прочих бытовых мероприятий.

Таким образом, та вода, с помощью которой были постираны вещи в стиральной машине, будет пригодна к повторному бытовому использованию. Это способствует тому, что от техники не будет идти неприятный запах канализации, как это часто бывает в частных сооружениях. Бельё и вещи будут чистыми и без неприятного запаха.

Чтобы ускорить процесс флотационной очистки, можно добавить активные компоненты. Реагенты ускоряют очищение сточных жидкостей

К выбору катализатора нужно подходить осторожно. Степень агрессивности вещества должна зависеть от концентрации химических веществ в неочищенных водах

Если речь идёт о бытовом очищении, то система справится и без реагентов.

Флотационные системы используются в основном в промышленных масштабах, так как сточный резервуар большого размера. Например, для очищения санитарных станций, производств и так далее. Но в применение в быту также допустимо. Только для этого подходят установки наименьшего объёма. Некоторые хозяева частных домов сооружают флотаторы самостоятельно из подручных материалов. Такой способ также допускается.

Хозяйственная деятельность человека в жилых многоквартирных домах также способствует скоплению загрязнений. Из-за большого количества нерастворимых компонентов в квартирах может появиться запах канализации, который сосредотачивается в стиральной машине. Люди используют при стирке химические порошки. Они могут не полностью растворяться и оседать на стенках труб. Кроме того, загрязнения бывают разного характера. Это может быть простая грязь, масло, жир, лакокрасочные продукты и так далее. Все эти элементы устойчивы к жидкости, поэтому стекают по коммуникациям, частично оседая на них.

Чтобы не допустить возникновения огромного количества жалоб со стороны жильцов, обслуживающие дома организации устанавливают флотаторные системы.

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 H2O, 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).

Принцип работы коагулянтов

Коагуляция – метод очистки воды путем сцепления загрязняющих дисперсных веществ для последующего удаления механическим методом, фильтрацией. Объединение загрязняющих частиц происходит благодаря введению коагулирующих реагентов, создающих условия для простейшего устранения связанных загрязнителей из очищаемой воды.

Термин «coagulatio» в переводе с латинского обозначает «сгущение» или «свертывание». Сами коагулянты представляют собой вещества, способные за счет химической реакции создавать нерастворимые и малорастворимые соединения, которые проще и легче вывести из состава воды, чем дисперсные компоненты.

Галерея изображений
Фото из
Коагулянты относятся к группе жидких фильтров — веществ, способных очищать воду в ходе химической реакции

При внесении коагулянов в подлежащую обработке грязную воду примеси органического и неорганического происхождения нейтрализуются посредством образования гелеобразного осадка и выпадения на дно

Внесение коагулянтов в септические системы позволяет ускорить процесс осаждения примесей, повышает степень очистки воды, благодаря чему стоки можно сбрасывать без применения систем подземной доочистки

Активное применение коагулянты нашли на предприятиях химической и пищевой промышленности, где их внедрение в технологическую цепочку существенно сокращает расходы по утилизации стоков

Кроме внесения в очистные сооружения независимой канализации коагулянты в быту служат для очистки воды в декоративных прудах и фонтанах

Вода с внесенным коагулянтом не цветет при постоянном освещении, при этом не наносит ущерба окрущающей среде и создает угроз экологической обстановке

Обработка воды коагулянтом в бассейне гарантирует возможность сброса воды на рельеф без использования септика. Главное, вовремя убрать осадок

Коагулянты допускается применять для подготовки питьевой воды и воды для наполнения аквариумов, т.к. они нейтрализуют только вредные вещества, не влияют на полезный состав

Вещества для химической фильтрации

Принцип действия коагулянтов по очистке воды

Использование в независимых очистных сооружениях

Использование на промышленных предприятиях

Сфера применения в бытовых условиях

Предупреждение цветения воды

Приготовление раствора для бассейна

Очистка воды для аквариумов

Принцип работы веществ построен на том, что их молекулярная форма имеет положительный заряд, в то время как большинство загрязнений – отрицательный. Присутствие двух отрицательных зарядов в строении атомов грязных частиц не позволяет им соединяться вместе. По этой причине грязная вода всегда приобретает мутность.

В момент внесения в жидкость небольшой порции коагулянта вещество начинает подтягивать к себе присутствующие в ней взвеси. Как результат: с увеличением интенсивности рассеиваемого света жидкость на короткий промежуток времени становится более мутной. Ведь одна молекула коагулянта с легкостью может притянуть к себе несколько молекул грязи.

Коагулянты провоцируют образование устойчивых связей между мелкими частицами загрязнений и присутствующих в воде микробов

Притянувшиеся молекулы грязи начинают вступать с коагулянтом в реакцию, вследствие которой объединяются в большие сложно-составные химические соединения. Малорастворимые высокопористые вещества постепенно оседают на дно в виде белого осадка.

Задача хозяина состоит лишь в том, чтобы вовремя убирать осадок, применяя любой из доступных ему типов фильтрации.

Молекулы, притягивающиеся друг к другу, образуют крупные частицы, которые за счет своего увеличившегося веса оседают, а затем выводятся путем фильтрации

Об эффективности действия препарата можно судить по образованию на дне осадка в виде белых хлопьевидных образований – флокул. Благодаря этому термин «флокуляция» нередко используют в качестве синонима понятия «коагуляция».

Образующиеся хлопья, размер которых может достигать от 0,5 до 3,0 мм, имеют большую поверхность, обладающую высокой сорбцией осаждаемых веществ

Разновидности флотации.

Процесс очистки заключается в образовании в воде воздушных диспергированных пузырьков. Чтобы метод работал, следует добиться формирования пузырей необходимого размера. Каким образом этого можно добиться.

1.Выделить из раствора пузырьки воздуха.

Применяя раствор для выделения пузырьков, применяют флотацию вакуумного либо напорного типа.

При напорной флотации нагнетают воздух, далее резко понижают давление в сети, этим создают выделение пузырьков в воду.

При вакуумной флотации вода проходит сквозь аэрационную камеру, там она впитывает воздух. Далее устремляется в дизаэратор, чтобы удалить нерастворенные частицы воздуха. Третий этап – это проход во флотационную камеру, здесь снижают давление воды, чем образуют множество пузырьков.

Данный метод применяют для удаления примеси мелкодисперсного характера.

2.Пропустить сквозь пористый материал воздух.

Способ для получения пузырьков считается самым простым по законам физики. Перед тем, как пустить воздух в стоки, он проходит через пластины, имеющие щели. Размер пузырьков зависит от диаметра пор.

3.С помощью электролизной флотации.

Для образования пузырьков в воду кладут два электрода, пропускающих ток. В процессе электролиза вода распадается на кислород с водородом. Электроды изготавливают из алюминия либо железа. Металлы способны выделять коагулянты, связывающие взвеси, образуя из них частицы в форме хлопьев. Пузырьки и хлопья соединяются друг с другом и устремляются на поверхность, формируя пену.

3.С помощью механического диспергирования.

В основе трех методов образования пузырьков лежит вихревой процесс, сопровождающийся перемешиванием.

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.

Каков процесс?

Если в стоках большинство механических составляющих большого размера, достаточно пропустить жидкость через решетки с ячейками различного размера. При наличии масел и жиров перед решетками монтируются жироловки.

На дне отстойников оседают мелкие фракции.

От оставшихся микроскопических частиц избавляются фильтрованием.

Внимание! Повысить эффективность можно, если установить по 2 единицы технологического назначения, образующие отдельные секции (2-3 решетки, 2-3 фильтра из различных материалов). При комплексном подходе сокращаются затраты на устройство систем биологической либо химической обработки

Схема очистного сооружения

1. Выбросы в системе канализации собираются в очистном сооружении. Практически всегда на первом этапе проводится процеживание. Примеси удаляются для утилизации или переработки.Если примеси очень грубые, процеживание дополняется измельчением дробилками. Для промышленных стоков могут использоваться системы для прессования отходов и промывания решеток, фракционирование, позволяющее разделить примеси по размерам.
2. Второй этап – отстаивание. В процессе перемещения потока тяжелые частицы оседают на дно. Для повышения эффективности отстойники оснащаются аэраторами, создающими поток воздуха, отделяющий органику от минеральных соединений. Осадок необходимо периодически удалять, чтобы предотвратить процесс брожения.
3. Заключительный этап – фильтрация, при помощи которой удаляются самые мелкие фракции.

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