Оборудование для флотации

Флотация — это процесс молекулярного прилипания частиц флотируемогоматериала к поверхности раздела двух фаз, обычно газа (чаще воздуха) и воды, обусловленный избытком свободной энергии поверхностных пограничных слоев, а также поверхностными явлениями смачивания.

Процесс очистки сточных вод, содержащих поверхностно-активные вещества, нефть, нефтепродукты, масла, волокнистые материалы, методом флотации заключается в образовании комплексов «частица — пузырек», их всплывании и удалении образовавшегося пенного слоя с поверхности обрабатываемой воды. Прилипание частиц к поверхности пузырька возможно при плохом смачивании частицы данной жидкостью.

Процесс образования аэрофлокул может быть интенсифицирован за счет применения различных реагентов коагулянтов, флокулянтов, собирателей, пенообразователей, регуляторов, которые способствуют гидрофобизации поверхности частиц, повышению дисперсности и устойчивости газовых пузырьков, активации процесса флотации. При флотационной очистке применяют следующие реагенты: соли железа и алюминия, флокулянты марок ВПК-101, ПЭИ, ППС, ГТАА, а также для корректирования рН — едкий натр, известь или кислоту.

Наиболее эффективное удаление загрязнений достигается при соизмеримых размерах пузырьков воздуха и извлекаемых частиц и равномерном распределении пузырьков воздуха во всем объеме жидкости, а также достаточной стабильности аэрофлокул. Расход воздуха и размер пузырьков зависят от технологической схемы флотации и способов насыщения сточной воды воздухом.

Для осуществления процесса флотации используют несколько способов диспергирования воздуха в воде:

- компрессионный, когда воздух в воде предварительно растворяется под давлением — напорная флотация;

- вакуумный метод — выделение мелкодисперсных пузырьков воздуха из воды в результате снижения давления — вакуумная флотация;

- механический — воздух подбрасывается в воду при интенсивном
перемешивании с последующим диспергированием лопастями мешалки —
импеллерная флотация;

- подача воздуха через пористые материалы;

- электрический способ — насыщение воды пузырьками газа, достигаемое электролизом воды — электрофлотация;

- химический — пузырьки газа образуются в результате химических реакций с вводимыми в оду реагентами — химическая флотация.

В практике очистки сточных вод предприятий наиболее широко применяют метод напорной флотации, используемый как для очистки общего стока, так и для очистки локальных сточных вод. Остановки напорной флотации содержат: насос для подачи жидкости, сатуратор (напорный резервуар) для насыщения воды воздухом, устройства подачи воздуха в воду (эжектор или компрессор) и фотокамеру, где флотируемые загрязнения выделяются в виде пены.

В зависимости от характеристики сточных вод и флотируемые загрязнений применяют три технологические схемы (рис. 11.2.1) очистки воды методом напорной флотации: 1) прямоточную, когда весь объем обрабатываемых сточных вод насыщается воздухом в сатураторе; 2) рециркуляционную — в сатуратор подается от 20 до 70 % воды, прошедшей флотокамеру, и 3) частично-прямоточную — в сатуратор для насыщения воздухом подается часть (30—70 %) исходной неочищенной сточной воды, а остальная часть направляется во флотокамеру.

Преимущества прямоточной схемы заключаются в возможности ввода в обрабатываемую воду максимального количества (при том же давлении) воздуха и выделения пузырьков воздуха непосредственно на частицах загрязнений, что повышает эффективность процесса флотации. Однако прямоточная схема малоэффективна для извлечения коллоидных и хлопьевидных частиц, так как при перекачке воды происходят эмульгация частиц и разрушение хлопьев. Поэтому эта схема не рекомендуется при коагуляции загрязнений.

Рециркуляционная схема не имеет недостатков прямоточной, напротив, она менее энергоемка и, кроме того, позволяет полнее использовать применяемый коагулянт или флокулянт. Недостатками рециркуляционной схемы являются увеличенный объем флотокамеры (на величину циркуляционного объема воды) и более сложная эксплуатация установки, поскольку в схему вводятся дополнительные узлы.

Одним из важных узлов установки напорной флотации, от работы которого зависит эффективность метода, является сатуратор, обеспечивающий при заданных времени и давлении наибольший объем растворенного в воде воздуха.

На рис. 11.2.2 представлены три характерных конструкции сатураторов. Первая конструкция (рис. 11.2.2 а, б) включена в типовые проекты флотационных установок, поэтому она наиболее часто встречается. Значительно большая поверхность контакта фаз обеспечивается в конструкции, показанной на рис. 11.2.2, в. В этом случае при той же производительности объем сатуратора можно уменьшить на 25—30%. Наибольшую эффективность растворения воздуха в воде при одновременном уменьшении объема обеспечивает сатуратор с насадкой (кольца Рашига 50x50x5 или 100x100x10 мм) высотой 0,5—1 м, расположенной на ложном перфорированном днище. Жидкость подается на насадку через дырчатую систему трубопроводов или сопел с отверстиями 5—30 мм. Система подачи сточных вод расположен над слоем насадки на высоте 0,3—0,7 м. Продолжительность насыщения воды воздухом в насадочном сатураторе можно сократит до 1—0,5 мин.

Флотаторы-отстойники (рис. 11.2.3) представляют собой радиальные отстойники с встроенной внутри подвесной флотационной камерой, с комбинированным механизмом для распределения сточной жидкости, сгребания пены и сбора осадка.

При проектировании флотаторов-отстойников следует принимать:

— высоту флотационной камеры Н=1,5 м; флотатора-отстойника Н_ф=3 м;

— диаметр флотационной камеры:

где Q - расход сточных вод, поступающих на один флотатор-отстойник, м³/ч; ʋ_к - скорость движения воды во флотационной камере, равная 10,8 м/ч.

— продолжительность пребывания во флотационной камере — 5-7 мин;

— диаметр флотатора-отстойника D<j>, определяемый по формуле:

—

где ʋ₀ - скорость движения воды в отстойной зоне, равная 4,7 м/ч;

— общее время пребывания во флотаторе-отстойнике — 20 мин;

— эффект задержания взвешенных веществ — 73—86 % (соответственно при флотации без коагуляции и с коагуляцией)

Таблица 11.2.1

Основные параметры флотаторов-отстойников

Производительность, Q, м3/ч	Флотационная камера	Общие габариты
Диаметр Dk, м	Высота Нк, м	Диамет р Дф, м	Высота Hф , м
		1,5
	4,5
	7,5