3.6.2. Физико-химические методы очистки

Из этой группы методов наиболее распространенными являются флотация и коагуляция.

Флотация. Флотационные процессы основаны на всплытии дисперсных частиц вместе с пузырьками воздуха. Флотацию успешно применяют в ряде отраслей техники (например, в процессах обогащения рудного и нерудного минерального сырья, в угледобыче) и для очистки производственных сточных вод.

Процесс флотации состоит в том, что молекулы нерастворенных частиц прилипают к пузырькам воздуха и всплывают вместе с ними на поверхность воды. Успех флотации в значительной степени зависит от величины поверхности пузырьков воздуха и от площади контакта их с твердыми частицами. Для повышения эффекта флотации в воду вводят реагенты.

Насыщение сточной жидкости воздухом осуществляется следующими способами: подачей воздуха во всасываемую трубу насоса; выделением из раствора пузырьков воздуха вследствие изменения давления; подачей воздуха компрессорами или воздуходувными машинами через пористые пластины; подачей воздуха импеллерными машинами; барботажем воздуха вследствие электрохимических процессов. Строгой единой классификации видов флотации до сих пор не существует. Схемы флотационных установок представлены на рис. 3.7.

Коагуляция. Метод заключается в том, что к сточной воде добавляют реагенты (коагулянты), способствующие быстрому выделению из нее мелких взвешенных и эмульгированных веществ, которые при простом отстаивании не осаждаются. Реагент добавляют обычно до поступления сточной воды в отстойники. Взвеси вместе с коагулянтом осаждаются в отстойных бассейнах.

Этим способом обычно очищают производственные сточные воды, содержащие очень мелкодисперсные примеси, (например, воды текстильных предприятий (красильно-отделочные производства), вискозных фабрик, нефтеперерабатывающих заводов), эмульгированные продукты, сточные воды химических и нефтехимических производств.

Рис. 3.7. Флотационные установки: а – безнапорная установка; б – напорная установка: 1 – подача воды на очистку; 2 – приемный резервуар; 3 – всасывающие трубы; 4 – воздухопровод; 5 – насос; 6 – флотационная камера; 7 – пеносборник; 8 – отвод очищенной воды; 9 – денатуратор; в – компрессионная установка: 1 – подача воды на очистку; 2 – задвижки; 3 – эжектор; 4 – ввод коагулянта; 5 – насос; 6 – сатуратор; 7 – флотационная камера; 8 – выпуск осадка; 9 – отвод пены; 10 – электродвигатель

В качестве коагулянтов применяют известь, сульфаты железа и алюминия.

Процесс очистки сточных вод от коллоидных и мелкодисперсных примесей гетерокоагуляцией с использованием коагулянтов – гидроксидов металлов (алюминия, железа) – можно осуществлять, пропуская сточные воды через электролизер с анодами из указанных металлов. Металл анодов под действием постоянного тока ионизируется и переходит в очищаемую воду. Образующиеся в воде гидроксиды алюминия или железа способствуют коагуляции дисперсной системы. Процесс коагуляции обусловлен наличием электрического поля, а также электрохимическими реакциями в межэлектродном пространстве, приводящими к снижению устойчивости дисперсной системы.

Для ускорения процесса хлопьеобразования, имеющего место при коагуляции мелкодисперсных примесей, к сточной воде добавляют некоторые высокомолекулярные вещества, называемые флокулянтами. Обычно флокулянты применяют в дополнение к минеральным коагулянтам, так как они способствуют расширению областей температур и рН коагулирования, снижают расход коагулянтов, повышают плотность и прочность образовавшихся хлопьев, стабилизируют работу очистных сооружений и повышают их производительность.

Среди флокулянтов наиболее часто используются поливиниловой спирт, полиакрилонитрил, полиакрилат натрия, полиэтиленимин и др.

Среди других физико-химических методов можно выделить электрохимические (электроэкстракцию, электрофлотацию и др.), сорбционные, включая ионообменные методы, большую группу термических процессов (дистилляцию, ректификацию, эвапорацию – перегонку с паром), мембранные процессы. Все перечисленные методы не являются универсальными. Они используются, как правило, в системах локальной очистки. В своём большинстве они энергоемки и имеют ограничения по производительности.