Технология флотации для очистки стоков

Забота об окружающей среде выходит сегодня на мировой уровень. Особенно это касается очистки сточных вод, которые впоследствии сбрасываются в пруды и грунт. Чтобы обеспечить высокое качество очистки стоков и полностью нейтрализовать негативное воздействие патогенных микроорганизмов на окружающую среду, используют множество методов в зависимости от типа загрязнения вод. К наиболее эффективному относится флотационный метод или просто флотация стоков в электрофлотаторе.

Этот метод является дополнительным после механической очистки сточных вод, поскольку не все примеси имеют достаточный вес, чтобы поддаваться силе гравитации. В результате после механической обработки стоков и их отстаивания в серой воде остаются частички мусора, масса которых в разы легче молекул жидкости. Именно с целью удаления таких примесей и используется флотация как метод доочистки стоков.

О том, что же такое флотация и каковы бывают её виды, разбираемся в нашем материале.

Флотация стоков: определение и принципы действия метода

Флотация — это своеобразный способ очистки загрязненной воды, переводимый с английского как «плавание». То есть удаление примесей мусора из жидкой среды происходит за счет их всплытия на поверхность в результате добавления в стоки специального диспергированного воздуха. Под его воздействием все молекулы и частички мусора либо смачиваются водой (что является гидрофилией), либо не подвержены смачиванию (гидрофорбия).

Принцип действия и схема метода флотации сточных вод выглядит таким образом:

• В специальной машине (электрофлотаторе) сточные воды проходят через рабочую камеру;
• В этот момент стоки в зависимости от типа загрязнения обогащаются диспергированным воздухом;
• Происходит контакт загрязняющих частиц с пузырьками кислорода;
• В результате контакта происходит реакция в виде образования пенного слоя на поверхности воды. Именно эти плавающие частицы примесей и называются флотом. То есть плавающим мусором.
• Пенный слой по мере образования удаляется с поверхности очищаемой среды специальными грабельными установками.

Важно: метод флотации используется в основном для очистки сточных вод с примесями растворимых жиров, продуктов нефтепроизводства, ПАВ, любых волокнистых примесей и пр.

Эффективность метода флотации: важные параметры

При проведении очистки серых вод с применением реагентов (флотация) может иметь различную эффективность. И зависит она от таких параметров:

• Чем более примеси мусора в воде склонны к гидрофорбности, тем выше будет эффективность флотационного способа очистки воды. Но, к сожалению, не все примеси имеют повышенную или хотя бы оптимальную склонность к смачиванию. Чтобы изменить это свойство в воду в электрофлотаторе добавляют специальные реагенты, которые меняют уровень гидрофорбности мусора в большую сторону. Реагенты носят название флотирующие.
• Все пузырьки воздуха должны иметь повышенную устойчивость к разрушению, чего также добиваются путем добавления в воду реагентов.
• Размер пузырьков воздуха также имеет значение для эффективности флотационного способа очистки сточных вод. Так, слишком крупные пузырьки быстро всплывают на поверхность воды, не осуществив контакт с примесями мусора. А мелкие пузырьки, наоборот, просто лопаются. Пузырь кислорода должен иметь достаточный размер, чтобы успеть вступить в контакт с мусором и поднять его на поверхность сточной воды.
• Общее количество пузырей воздуха и равномерность их распределения в стоках также имеют значение при очистке жидкости данным методом.

Плюсы и минусы использования флотации

Метод флотации как способ очистки сточной воды имеет как свои преимущества, так и недостатки. К первым относятся:

• Низкая стоимость самого метода обработки жидкости с целью её очистки;
• Максимально простая конструкция оборудования (электрофлотатора), что не требует повышенных трудозатрат на его обслуживание;
• Высокая эффективность процесса в случае отделения от воды определенных примесей;
• Высокая скорость очистки сточных вод в результате применения одного из способов флотации;
• Возможность очистки воды даже от молекул нефтепродуктов.

К минусам метода флотации можно отнести:

• Избирательное действие воздуха на частицы мусора ввиду их низкой гидрофорбности;
• Необходимость дополнительного применения реагентов для повышения уровня гидрофорбности частиц мусора в сточных водах;
• Необходимость точной настройки электрофлотатора с целью получения пузырьков воздуха определенного диаметра.

Виды и способы флотации

Очистка стоков методом флотации может производиться различными способами. То есть, именно образование пузырьков воздуха происходит с использованием различных методов. Рассмотрим все возможные.

Выделение пузырей воздуха из специального раствора

Причем здесь воздух можно выделять как напорным методом, так и вакуумным. В первом случае в воду под высоким давлением запускают воздух, в результате чего на всех слоях воды образуются нужные пузырьки. В случае с вакуумной флотацией сточная вода проходит через аэрационную камеру, где усиленно насыщаются воздухом. После этого стоки поступают в дезаэратор, где из воды удаляется лишний воздух (не растворившийся). Затем серая жидкость переливаются именно во флотационную камеру, где давление падает до критической точки, от чего и происходит образование пузырьков воздуха.

Важно: такие способы отлично справляются с очисткой воды от мелкофракционных и мелкодисперсных примесей.

Механический способ насыщения воды воздухом

Этот метод обогащения стоков воздухом заключается в трех основных способах:

• Перемешиванием сточных вод в специальной центрифуге при помощи турбины. В этом случае установка носит название импеллер и позволяет добиться образования пузырей небольшого диаметра. В основном импеллер используется для очистки воды от продуктов нефтепроизводства или от жиров. Импеллер хорош тем, что позволяет варьировать величину воздушных пузырей в результате схемы проведения флотации. То есть, чем выше скорость вращения турбины, тем мельче будут пузырьки в воде.
• Перемешивание воды при помощи специального рабочего колеса с лопастями. Такой метод является безнапорным и хорош для удаления из воды крупнодисперсных и волокнистых примесей, таких как волосы, нити, шерсть и пр. Пузыри при безнапорном способе флотации получаются достаточно крупными.
• Обогащение стоков воздухом с использованием специальных труб, которые располагаются на дне приёмного резервуара для грязной воды. Этот способ носит название пневматический. Используется в том случае, если есть необходимость очистки стоков, которые являются агрессивными для обработки их в импеллере или безнапорном колесе.

Важно: при любом из способов схема заключается в проведении воды через стадию завихрения, в результате чего и образуются нужные воздушные пузыри.

Насыщение воды воздухом с использованием пористого материала

Этот способ заключается в проведении потока воздуха сквозь специальные пористые структуры. В качестве примера можно привести специальные тонкие пластины с тонкими щелями по всему периметру. Причем чем тоньше будет щель в пластине, тем мельче будут воздушные пузыри.

Электролиз

Этот способ образования пузырьков воздуха считается одним из наиболее эффективных. Схема действия метода заключается в помещении в воду специальных электродов, по которым в стоки проводят ток. В месте расположения электродов (в месте их контакта с водой) происходит формирование нужных пузырьков.

Важно: сейчас распространено использование специальных алюминиевых или железных электродов. Они, помимо функции проведения тока в воду являются еще и коагулянтами, что позволяет формировать в воде хлопья из взвешенных частиц мусора. В результате очистка становится более эффективной.

Реагенты во флотации

Для повышения качество очистки грязной жидкости методом флотации используют специальные реагенты. Они призваны увеличивать уровень гидрофорбности частиц примесей в воде. Различают два вида реагентов для проведения флотации:

• Реагенты для усиления гидрофорбности примесей. Их еще называют собирателями. Таковыми являются различные нефтепродукты, соли аммония, масла или меркаптан.
• Вещества для стабилизации пены на поверхности воды, то есть пенообразователи. Такие реагенты предупреждают преждевременное разрушение пузырьков воздуха. Чаще всего для пенообразования используют крезол, сосновое масло, фенолы и пр.

Важно: для флотационного способа очистки стоков электрофлотаторы монтируют исключительно после отстойников и камер фильтрации, поскольку флотация не является самостоятельным методом обработки грязной воды, а лишь являет собой дополнительный способ нейтрализации грязной жидкости.