Проблемът с пречистването на отпадъчните води е актуален от много десетилетия. Трудността се крие в остаряването на методите и оборудването, както и в появата на нови химикали в битовата химия и в производството, изискващи напълно нови подходи за отстраняването им от отпадъчните води. Един от универсалните методи за пречистване на отпадъчни води е флотацията. В зависимост от характеристиките на замърсителя, това изисква само смяна на реагенти и коригиране на условията на процеса.
Пречистване на отпадъчни води
Този метод е успешно използван за пречистване на отпадъчни води, съдържащи фибри, нефтопродукти, масла и мазнини и други вещества, които са слабо разтворими във вода. Отпадъчните води първо се прехвърлят в суспензия и емулсия с помощта на специални вещества.
Процесът на флотация разчита на способността на газовите мехурчета да се прикрепят към частиците, помагайки им да изплуват на повърхността на течността.
Общи принципи на метода
Най-простият акт на плаване е прикачванетонеразтворими частици (например минерали, масло или всякакви други) до въздушни мехурчета. Успехът на пречистването зависи от скоростта, с която се образува връзка между частицата и мехурчетата, от силата на тази връзка и от продължителността на съществуването на този комплекс. Което от своя страна се определя от естеството на частиците, склонността към намокряне с вода и особеностите на тяхното взаимодействие с реагентите. Следователно, флотацията е процес, който зависи от много фактори.
Елементарно действие може да се извърши чрез един от следните механизми:
- мехурчетата се образуват незабавно в суспендирани частици;
- Частиците на суспензията се прикрепят към газовия балон, когато се сблъскат с него;
- на повърхността на частицата се образува малък балон, който се комбинира с друг при сблъсък и увеличава обема.
Комплексът, който се образува по време на процеса на флотация, в практически неподвижна среда може да плава само при условие, че повдигащата сила на газовия балон е по-голяма от теглото на частицата. Това ще доведе до образуването на слой пяна върху повърхността на третираната вода.
В допълнение, повърхностните площи на мехурчетата и частиците в точката на контакт трябва да са в определено съотношение. Адхезивните сили се увеличават пропорционално на размера на квадратните частици, тъй като периметърът на връзката им е ограничен от размера на най-голямата от техните лица. И силата на разделяне директно зависи от масата на замърсяващата частица (т.е. нейните линейни размери в куб). По този начин, когато се достигне определен размер на частиците, силите на отделяне надвишават силите на залепване. Така че заУспешното пречистване на отпадъчни води чрез флотация е важно не само за естеството на връзката на суспензията с мехурчетата, но и за техния размер.
Начини за насищане на водата с мехурчета
Има много техники, които гарантират появата на газови мехурчета в отпадъчните води. Основните методи, използвани при флотацията са:
- Метод на компресия (или налягане), базиран на увеличаване на разтворимостта на въздуха във вода с увеличаване на налягането.
- Механичен метод, базиран на интензивно смесване на течност с въздух.
- Преминаване на отпадни води през порести материали, което ги кара да се разпръснат.
- Електрически метод, базиран на електролиза на вода, придружен от появата на газови мехурчета.
- Химичен процес, който причинява образуването на мехурчета по време на химични реакции на определени реагенти с компоненти на отпадната вода.
- Вакуум метод, характеризиращ се с намаляване на налягането.
Флотация под налягане
Той е най-ефективен за извличане на фини и колоидни суспензии с ниска концентрация. Пречистената вода се насища с въздух под налягане до 7 MPa в специален реактор - сатуратор. След изпускането на водата от него налягането рязко спада до нормално (атмосферно), което провокира интензивен процес на въздушни мехурчета.
За да се повиши значително ефективността на пречистването на водата, флотацията се комбинира с коагулация и флокулация. И двата подходадопринасят за увеличаване на размера на неразтворените частици. Коагулантите са както неорганични съединения, обикновено соли на фери желязо или алуминий, така и някои органични вещества. Флокулантите са специални полимери, чиито молекули във водна среда образуват заредена мрежа, способна да привлича замърсяващи частици, което води до появата на флокулентни агрегати.
Инсталации и поточни диаграми
Инсталациите, които извършват флотация под налягане могат да се поставят не само на закрито, но и извън тях. Така че първите са подходящи за малки обеми, ако консумацията на вода е не повече от 20 m3/h, докато вторите имат много по-голям капацитет. Често се организира комбинирано поставяне на конструкции, когато големи обекти, например сатуратор и флотационна клетка, са на открито, а помпите са на закрито.
При инсталации в условия на възможно понижение на температурата на въздуха до отрицателни стойности е необходимо да се предвиди система за отопление с пяна. Класическата инсталация за компресионна флотация се състои от следното оборудване:
- Помпа за подаване на течности.
- Компресор за подаване на въздух (или какъвто и да е газ) към системата за пречистване на водата.
- Сатуратор (другото му име е резервоар под налягане), в който въздухът се разтваря в отпадните води.
- Флотационни камери, ако процесът предвижда етап на грубост на суспендирани частици.
- Реактивно устройство, включително устройства за дозиране исмесване на реагенти с течността за пречистване.
- Системата за контрол на процеса на почистване.
Технологичните схеми, включващи пречистване на отпадъчни води чрез флотация под налягане, могат да бъдат:
- Протичащ, когато целият обем на течността, която трябва да бъде пречистена, преминава през сатуратора.
- Рециркулиращо, когато само 20 - 50% от избистрената течност преминава през сатуратора.
- Частично директен поток, когато около 30 -70% от суровата вода навлиза в сатуратора, а останалата част се подава директно във флотационната камера.
При избор на една от тези схеми се вземат предвид физичните и химичните свойства на пречистената отпадъчна вода, изискванията за степента на пречистване, местните условия и икономическите показатели.
Електрофлотация
Този метод започва да се използва през втората половина на 20-ти век. Тогава беше установено, че електролизните газове са много по-ефективни от инертните газове или въздуха за увеличаване на интензивността на флотация. Това прави възможно изолирането на водонеразтворими нефтопродукти, смазочни масла, слабо разтворими съединения на тежки и цветни метали, които образуват стабилни емулсии в отпадъчните води. Но в допълнение към електролизните газове, отстраняването на някои примеси се влияе от изкуствено създадено електрическо поле, в което заредените частици се движат към противоположно заредени електроди.
Съществените недостатъци на електрофлотацията са ниската производителност, високата цена на електродите, износването и замърсяването и опасността от експлозия.
Метод за фракциониране на пяна
Той се свежда до адсорбцията на разтворени повърхностно активни вещества (повърхностно активни вещества) върху газови мехурчета, издигащи се през разтвора. В този случай се образува интензивно пяна, обогатена с адсорбираното вещество.
Важна област на приложение за този тип флотация е пречистването на водата от детергентите, използвани в пералните. Подходяща е и за отделяне на активна утайка от биохимично третиране.
Рудообработка
Флотационният процес се използва успешно при първичната преработка на всички видове руди, което дава възможност за отделяне на ценна фракция с високо съдържание на метал или неговите съединения. Тя се основава на разликите в свойствата на повърхността на отделените минерали.
Флотацията на руда е трифазен процес:
- твърдата фаза е натрошен минерал;
- течната фаза е пулп;
- газовата фаза се образува от въздушни мехурчета, преминаващи през пулпата.
Флотацията може да бъде пенлива, филмирана или мазна, в зависимост от формата на продукта, образуван върху повърхността на течната фаза.
