Способы флотационной обработки сточных вод
В практике очистки сточных вод разработаны различные конструктивные схемы, приемы и методы флотации.
Флотационные установки могут состоять из одного или двух отделений (камер). В однокамерных установках в одном и том же отделении происходят одновременно насыщение жидкости пузырьками воздуха и всплывание флотирующихся загрязнений. В двухкамерных установках, состоящих из приемного и отстойного отделений, в первом отделении происходит образование пузырьков воздуха и агрегатов «пузырек–частица», а во втором – всплывание шлама (пены) и осветление жидкости.
Флотация с выделением воздуха из раствора
Флотация с выделением воздуха из раствора применяется при очистке производственных сточных вод, содержащих очень мелкие частицы загрязнений, поскольку позволяет получать самые мелкие пузырьки воздуха. Сущность его заключается в создании перенасыщенного раствора воздуха в сточной жидкости. Выделяющийся из такого раствора воздух образует микропузырьки, которые и флотируют содержащиеся в сточной воде загрязнения. Количество воздуха, которое должно выделиться из пересыщенного раствора и обеспечить необходимую эффективность флотации, обычно составляет 1–5% объема обрабатываемой сточной воды.
Наибольшее распространение получила напорная флотация. Этот метод используется для как для очистки общего стока, так и для локальной очистки сточных вод.
Установки напорной флотации содержат:
насос для подачи воздуха;
сатуратор (напорный резервуар) для насыщения воды воздухом;
устройства подачи воздуха в воду;
флотокамеру, где флотируемые загрязнения выделяются в виде пены.
Установка напорной флотации работает следующим образом. Сточная вода поступает в приемный резервуар, откуда перекачивается насосом в напорный бак. Во всасывающий трубопровод перед баком засасывается воздух. При повышенном давлении воздух растворяется в воде. Вода подается во флотатор и переливается через струегасящую перегородку в его отстойную часть.
Флотатор работает при атмосферном давлении, поэтому из воды начинается выделяться воздух в виде высокодиспергированных пузырьков, к которым прилипают взвешенные частички примесей, образуя на поверхности воды пену. Пена с твердыми частицами удаляется с поверхности воды скребковым механизмом. Осветленная вода отводится из нижней части флотатора.
Установки напорной флотации просты и надежны в эксплуатации. По сравнению с нефтеловушками эти аппараты обеспечивают остаточное загрязнение в 5–10 раз меньше и имеют габариты примерно в 5–10 раз меньше.
Вакуумная флотация. Схема представлена на рисунке.
Схема вакуумной процесса флотации с выделением воздуха из раствора
1 – подача сточной воды; 2 – аэратор; 3 – деаэратор; 4 – флотационная камера; 5 – механизм сгребания пены; 6 – пеносборник; 7, 8 – отвод соответственно пены и обработанной сточной воды
Сточная жидкость, поступающая на флотацию предварительно насыщается воздухом в аэрационной камере, откуда она поступает в деаэратор для удаления нерастворившегося воздуха. Далее под действием разрежения (0,02–0,03 МПа) сточные воды поступают во флотационную камеру, в которой растворившийся при атмосферном давлении воздух выделяется в виде микропузырьков и выносит частицы загрязнений в пенный слой. Скапливающаяся пена вращающимися скребками удаляется в пеносборник. Для отвода обработанной сточной воды обеспечивается необходимая разность отметок уровней во флотационной камере и приемном резервуаре или устанавливаются насосы.
Достоинствами этого способа являются: образование пузырьков газа и их слипание с частицами происходит в спокойной среде, что сводит к минимуму, вероятность разрушения агрегатов «пузырек–частица»; затрата энергии на процесс минимальна.
Недостатки вакуумной флотации: незначительная степень насыщения стоков пузырьками газа, поэтому этот способ нельзя применять при высокой концентрации взвешенных частиц (не более 250–300 мг/л); необходимость создавать герметически закрытые флотаторы и размещать в них скребковые механизмы.
Флотация с механическим диспергированием воздуха (импеллерная флотация)
Механическое диспергирование воздуха во флотационных машинах обеспечивается турбинками насосного типа – импеллерами, представляющими собой диск с радиальными обращенными вверх лопатками.
На рисунке приведена схема двухкамерной прямоточной флотационной установки. Сточная вода из приемного кармана поступает к импеллеру, в который по трубке засасывается воздух. Над импеллером расположен статор в виде диска с отверстиями для внутренней циркуляции воды. Перемешанные в импеллере вода и воздух выбрасываются через статор. Решетки, расположенные вокруг статора, способствуют более мелкому диспергированию воздуха в воде. Отстаивание пузырьков воздуха происходит над решеткой. Пена, содержащая флотируемые частицы, удаляется лопастным пеноснимателем. Из первой камеры вода поступает во вторую такой же конструкции, где происходит дополнительная очистка сточной воды.
а б
Двухкамерная прямоточная флотационная установка:
а – поперечный разрез; б – продольный разрез
1 – отбойники; 2 – флотационная камера; 3 – вал импеллера; 4 – воздушная трубка; 5 – электродвигатель; 6 – пеносниматель; 7 – отверстия в статоре для внутренней циркуляции воды; 8 – статор; 9 – импеллер; 10, 11 – соответственно приемный и выпускной карман
Применение импеллерных установок целесообразно при очистке сточных вод с высокой концентрацией нерастворенных загрязнений и содержащих нефть, нефтепродукты, жиры. Импеллерную флотацию широко используют для процессов обогащения сырья и очистки сточных вод от веществ, легко переходящих в пену. Недостатком этого вида флотации является невозможность использования коагулянтов, так как при турбулентном перемешивании воды происходит разрушение хлопьев коагулянта.
Флотация с подачей воздуха через пористые материалы
Флотация с подачей воздуха через пористые материалы отличается простотой аппаратурного оформления процесса и относительно малыми расходами энергии. Воздух во флотационную камеру подается через мелкопористые фильтросные пластины, трубы, насадки, уложенные на дне камеры.
Эффект флотации этим способом зависит от величины отверстий материала, давления воздуха, расхода воздуха, продолжительности флотации, уровня воды во флотаторе. Преимущества данного метода: простая конструкция флотационной камеры; меньшие затраты энергии из-за отсутствия насосов, импеллеров.
Недостатком этого метода является возможность зарастания и засорения пор; трудность подбора мелкопористых материалов, обеспечивающих выход мелких, близких по размерам пузырьков воздуха.
Биологическая флотация
Биологическая флотация применяется для уплотнения осадка из первичных отстойников при очистке бытовых сточных вод. Для этой цели осадок подогревается паром в специальной емкости до 35–55ºС и при этих условиях выдерживается несколько суток. В результате деятельности микроорганизмов выделяются пузырьки газов, которые уносят частицы осадка в пенный слой, где они уплотняются и обезвоживаются. Таким путем влажность осадка можно понизить до 80% за 5–6 суток и тем самым упростить дальнейшую обработку осадков.
Ионная флотация
Кроме перечисленных методов можно выделить также ионную флотацию.
Ионная флотация – процесс извлечения ионов из растворов методом флотации.
Суть процесса сводится к следующему. В сточную воду вводится воздух и диспергируется каким-либо способом и собиратель (поверхностно-активное вещество). Собиратель образует в воде ионы, которые имеют заряд, противоположный заряду извлекаемого иона. Ионы собирателя и загрязнений концентрируются на поверхности газовых пузырьков и выносятся ими в пену. Пена удаляется из флотационной камеры и разрушается; из нее извлекаются сконцентрированные ионы удаляемого вещества. Этот процесс можно использовать для извлечения из сточных вод металлов (Mo, Cu, Pt, W, V, Re и др.). Процесс эффективен при низких концентрациях извлекаемых ионов.