5.4.101. Использование струйной аэрации в процессах флотационной очистки сточных вод

Теоретическими и аналитическими исследова­ниями струйной аэрации воды установлено, что их эжектирующая способность струй зависит от их скорости, угла падения, формы и длины, а также от диаметра сопел (насадок), поверхностного натя­жения и других факторов. При этом также уста­новлено, что эжекционный захват воздуха проис­ходит вследствие интенсивной турбулизации по­верхности жидкости, причем эжекция возрастает с повышением скорости и турбулентности струи. На расход увлекаемого струей воздуха оказывает влияние диаметр и геометрия сопел. Установлено также, что существует оптимальное расстояние от сопла до поверхности аэрируемой жидкости, при ко­тором наблюдается максимум величины эжекции.

Особое значение имеет величина угла падения струи. Например, вертикально падающая струя круг­лого сечения обладает невысокой эжектирующей способностью. Коэффициент эжекции (отношение расхода эжектируемого воздуха к расходу жидко­сти струи) К » 1...2 при скорости падения струй в пределах 10...20 м/с.

При подаче струи под острым углом к поверх­ности жидкости ее эжектирующая способность воз­растает. При этом на входе наклонной струи в жид­кость образуется кратер с сильной турбулизацией поверхности аэрируемой жидкости (рис. 1). При этом максимальная глубина аэрации

где Н₀ — глубина кратера от вертикально падаю­щей струи; Н_0а — глубина кратера от наклонно па­дающей под углом а струи.

Наиболее сильно эжектирующая способность струй наблюдается при углах падения в интервале 30...60°. При этом глубина аэрирования жидкости струями, падающими со скоростью 10... 15 м/с, как правило, не превышает 0,5...0,6 м.

В промышленных флотацион­ных аппаратах следует использо­вать аэрирование наклонными жидкостными струями, падающи­ми со скоростями более 10... 15 м/с. При этом количество эжектируе- мого газа (воздуха) Q_g наклонными круглыми струями с указанными скоростями, диаметром насадки d_n в пределах 2...8 мм и длиной полета струи 60...500 мм можно оценить по формуле [1]:

где v_n — скорость струи на выходе из насадки; L — длина полета струи.

В случае использования круг­лых струй площадь их контакта между газом и жидкостью мини­мальная. Большие площади сопри­косновения между жидкостью и газом и, соответственно, степень эжекции достигаются при исполь­зовании эллипсоидальных, плоских, кольцевых и других струй с развитой поверхностью.

Результаты исследований по аэрированию на­клонными круглыми и плоскими струями с раз­личными углами падения и насадками различного размера показывают преимущество аэрирования плоскими струями. Эжекгирующая способность пло­ских струй в 2...3 раза выше по сравнению с круг­лыми струями. При этом угол падения плоской струи для получения наибольшего значения эжектирующей способности должен быть в пределах 30...45°.

Результаты проведенных исследований исполь­зованы как при модернизации разработанных ра­нее флотационных машин и аппаратов, так и при создании новых флотационных колонн для очист­ки производственных сточных вод от гидрофоб­ных загрязнений, например жиров, масел, нефте­продуктов и т. п.

Использование струйной аэрации в различных типах флотационных аппаратов приводит к раз­ным по величине эффектам повышения степени аэрации [2, 3]. В машинах механического типа (рис. 2) подача исходного потока в первую камеру в виде струи приводит к повышению степени аэра­ции по сравнению с обычным вводом примерно на 10...15 %.

Схема устройства для струйной подачи входного потока в механическую флотационную машину пред­ставлена на рис. 3, а схема подачи газонасыщенно­го потока во флотационную машину напорного ти­па — на рис. 4. Подача газонасышенного потока через сопло в виде струи с большой скоростью (более 15 м/с) приводит к тому, что давление в погранич­ной зоне разделения струи и слоя неподвижной жидкости становится меньше давления в жидкости (Pi > Р₂)> ^что приводит к интенсивному выделе­нию газа из жидкости. Эффект повышения степе­ни аэрации выражается в увеличении эффективно­сти очистки сточных вод, например, от нефтепро­дуктов (табл. 1).

Испытания колонного флотационного аппарата со струйной системой аэрации (рис. 5), проведенные на стоках, загрязненных жиро- и нефтезагрязнениями, показали, что такое аппаратурное оформ­ление в ряде случаев приводит к повышению эф­фективности очистки стоков (табл. 2).