Метод та процес флотації. Напірна флотація. Флотація - це

Рубрика: Середня освіта

Проблема очищення стічних вод залишається актуальною протягом багатьох десятиліть. Складність полягає в старіння методик і обладнання, а також появі нових хімікатів побутової хімії і на виробництві, вимагають абсолютно нових підходів до їх видалення зі стоків. Один з універсальних методів очищення стічних вод - це флотація. Залежно від особливостей забруднювача, він вимагає лише заміни реагентів і корекції умов здійснення процесу.

Очищення стічних вод

Цей метод успішно застосовується для очищення стоків, що містять волокна, нафтопродукти, масла і жири, а також інші малорозчинні у воді речовини. Попередньо стічні води переводять у суспензію і емульсію з використанням спеціальних речовин.

Процес флотації ґрунтується на здатності газових бульбашок закріплюватися на частинках, допомагаючи їм спливати на поверхню рідини.

Загальні принципи методу

Найпростішим актом флотації вважається прикріплення нерозчинних частинок (наприклад, мінеральних, масляних або яких-небудь інших) до бульбашок повітря. Успішність проведення очищення залежить від того, з якою швидкістю утворюється зв'язок між часткою і бульбашками, від міцності зв'язку з цим і від тривалості існування цього комплексу. Що у свою чергу визначається природою частинок, схильністю до змочування водою і особливостям їх взаємодії з реагентами. Таким чином, флотація - це процес, який залежить від безлічі факторів. Елементарний акт може здійснюватися за одним з таких механізмів:

бульбашки утворюються відразу по зважених частинках;

частинки суспензії прикріплюються до газового пухирця при зіткненні з ним;

на поверхні частинки утворюється маленький пухирець, який об'єднується з іншим при зіткненні і збільшується в об'ємі.

Комплекс, що утворюється у процесі флотації, практично нерухомою середовищі може з'явитися тільки за умови, що підйомна сила газового пухирця більше ваги частинки. Це призведе до утворення пінного шару на поверхні води, що очищається.

Крім того, площі поверхонь бульбашок і частинок в місці дотику повинні знаходиться в певному співвідношенні. Сили адгезії зростають пропорційно розміру часток у квадраті, оскільки периметр їх з'єднання обмежується розміром найбільшою з їх граней. А сила відриву безпосередньо залежить від маси забруднює частинки (тобто її лінійних розмірів в кубі). Таким чином, при досягненні деякого розміру часток сили відриву перевищують сили прилипання. Отже, для успішної очищення стоків методом флотації важливий не тільки характер зв'язку суспензії з бульбашками, але і їх розміри.

Способи насичення води бульбашками

Існує чимало прийомів, які забезпечують появу в стічних водах газових бульбашок. Основні способи, що використовуються при проведенні флотації, це:

Компресійний (або ж напірний) спосіб, заснований на підвищенні розчинності повітря у воді при збільшенні тиску.

Механічний спосіб, заснований на інтенсивному перемішуванні рідини з повітрям.

Пропускання стічних вод через пористі матеріали, що призводить до їх диспергуванню.

Електричний спосіб, заснований на процесі електролізу води, що супроводжується появою пухирців газу.

Хімічний спосіб, який зумовлює утворення бульбашок в ході хімічних реакцій певних реагентів з компонентами стічних вод.

Вакуумний спосіб, що характеризується зниженням тиску.

Напірна флотація

Є найбільш ефективною для отримання дрібнодисперсних і колоїдних суспензій низькою концентрації. Очищувану воду насичують повітрям під тиском до 7 МПа в спеціальному реакторі - сатураторе. Після виходу води з нього тиск різко знижується до нормального (атмосферного), що провокує інтенсивний процес виділення бульбашок повітря.

Для того щоб значно підвищити ефективність очищення вод, флотацію поєднують з коагуляцією і флокуляцией. Обидва цих прийомів сприяють збільшенню розміру нерозчинених частинок. Коагулянтами є неорганічні сполуки, зазвичай солі тривалентного заліза або алюмінію, так і деякі органічні речовини. Флокулянтами є особливі полімери, молекули яких у водному середовищі утворюють заряджену сітку, здатну притягувати забруднюючі частинки, що призводить до появи хлопьевидных агрегатів.

Встановлення та технологічні схеми

Установки, які здійснюють напірну флотацію, можуть розміщуватися не тільки в приміщеннях, але і поза ними. Так, перші підходять для невеликих обсягів, якщо витрата води становить не більше 20 м 3 /ч, а другі мають набагато більшу продуктивність. Часто влаштовується комбіноване розміщення споруд, коли великі об'єкти, наприклад, сатуратор і флотокамера, знаходяться під відкритим небом, а насоси в приміщенні.

У разі розміщення установок в умовах можливого пониження температури повітря до від'ємних значень потрібно передбачити систему підігріву піни. Класична установка для проведення компресійної флотації складається з наступного обладнання:

Насоса для подачі рідин.

Компресора для підведення повітря (або будь-якого газу) в систему водоочищення.

Сатуратора (інша його назва - напірний бак), в якому проводиться розчинення повітря в стічних водах.

Флотокамеры, якщо процесом передбачена стадія укрупнення частинок суспензії.

Реагентне пристрій, що включає пристосування для дозування і змішування реагентів з рідиною, що очищається.

Систему контролю процесу очищення.

Технологічні схеми, що передбачають очищення стічних вод методом флотації з підвищенням тиску, можуть бути:

Прямоточними, коли повний обсяг рідини, що очищається проходить через сатуратор.

Рециркуляційними, коли через сатуратор проходить лише 20 - 50 % освітленої рідини.

Частково прямоточними, коли близько 30 -70 % неочищених вод потрапляє в сатуратор, а інша їх частина подається відразу під флотокамеру.

При виборі однієї з цих схем беруть до уваги фізико-хімічні властивості очищаються стоків, вимоги до ступеня очищення, місцеві умови і економічні показники.

Електрофлотація

Цей метод стали використовувати в другій половині 20-го століття. Тоді виявилося, що електролізні гази набагато ефективніше, ніж інертні чи повітря, збільшують інтенсивність флотації. Це дозволяє виділяти нерозчинні у водах нафтопродукти, мастильні масла, малорозчинні сполуки важких та кольорових металів, які утворюють у стоках стійкі емульсії. Але крім електролізних газів на видалення деяких домішок впливає штучно створене електричне поле, в якому заряджені частинки рухаються до протилежно заряджених електродів.

Істотним недоліком электрофлотации є мала продуктивність, висока вартість електродів, їх знос і забруднення, а також вибухонебезпечність.

Метод пінного фракціонування

Зводиться він до адсорбції розчинених поверхнево-активних речовин (ПАР) на газових бульбашках, що піднімаються вгору крізь розчин. При цьому інтенсивно утворюється піна, збагачена адсорбованим речовиною. Важлива область застосування такого різновиду флотації - це очищення вод від миючих засобів, що застосовуються в пральнях. Також він підходить для виділення активного мулу, який утворюється при біохімічній очистці.

Збагачення руд

Процес флотації успішно застосовується при первинній переробці всіляких руд, що дозволяє відокремити цінну фракцію з підвищеним вмістом металу або його сполук. Ґрунтується він на відмінності властивостей поверхні поділюваних мінералів.