Флотаторы для очистки сточных вод: принцип работы, виды, устройство и эффективность

Флотаторы для очистки сточных вод: плюсы и минусы метода, виды и способы флотации

Флотаторы для очистки сточных вод – устройства, предназначенные для фильтрации тонкодисперсных включений физико-химическим способом. Главной целью использования таких установок является извлечение из коммунальных и промышленных стоков органических примесей, имеющих гидрофобные свойства.

Флотатор большого объема.

Флотация стоков – определение и принципы действия метода

Флотация – это очистка загрязненных жидкостей с помощью пузырьков воздуха, которые в процессе движения захватывают частички нерастворимых веществ. Прикрепившиеся к воздушным ячейкам твердые составляющие поднимаются на поверхность, образуя слой пены (флотошлам), который с помощью скребкового транспортера удаляется в шламосборник.

Качество фильтрации жидкостей зависит от следующих факторов:

  • способа образования пузырьков воздуха;
  • физико-химических свойств загрязнений;
  • гидродинамических условий, создаваемых в аппарате.

Флотационная очистка ливневых или коммунальных стоков осуществляется в специальных агрегатах, называемых флотаторами (см. видео).

Флотатор – это открытый пластиковый или стальной резервуар, оснащенный скребковым приспособлением для сбора пенных образований с поверхности жидкости. На корпусе установки расположены патрубки для подачи воздушной массы из сатуратора, вывода флотошлама, притока загрязненных жидкостей и отвода чистой воды.

Схема работы флотатора.

Принцип работы станции:

  1. Сточные воды, минуя флокулятор, проходят в приемную камеру.
  2. Здесь жидкость напитывается кислородом воздуха.
  3. Пузырьки газа соединяются с твердыми нерастворимыми включениями и поднимаются на поверхность.
  4. Вследствие этой процедуры на границе водораздела образуется пенистая пленка, которая с помощью специальных приспособлений непрерывно сгребается в шламосборник.
  5. Очищенная жидкость поступает в накопительную емкость для дальнейшего использования.

Для ускорения процесса и улучшения качества очистки во флокулятор добавляют активные вещества – коагулянт, щелочь, флокулянт и др. Реагенты обладают высокими адгезионными свойствами. С их помощью механические примеси прочно слипаются с пузырьками воздуха, образуя при этом флоккулы. Выбор катализатора зависит от концентрации и химического состава присутствующих в жидкости загрязнений.

Флотационные установки применяют:

  • для удаления загрязняющих субстанций перед биологической фильтрацией стоков;
  • в случае разделения воды и активного ила в отстойниках санитарных станций;
  • при физико-химической очистке стоков с применением активных веществ (реагентов).

Эффективность метода флотации – важные параметры

Основные факторы, влияющие на эффективность флотационного извлечения веществ:

  1. Гидрофобность частиц. Чем хуже смачиваемость загрязнений, тем прочнее сцепление с пузырьком воздуха.
  2. Интенсивность и сила столкновения субстанций.
  3. Наличие избыточного давления в сточной воде.
  4. Природа нерастворимых соединений.
  5. Значение pH среды.
  6. Температура процесса.
  7. Вид и концентрация реагентов.
  8. Дисперсность пузырьков газа.
  9. Размер и плотность размещения примесей.
  10. Периодичность съема флотошлама.

Плюсы и минусы использования

Флотация – это один из самых популярных способов очистки стоков. Без флотирования жидкостей не обходятся даже сложные промышленные фильтрационные сооружения.

  • широкая сфера применения;
  • невысокие эксплуатационные и капитальные затраты;
  • несложное оборудование;
  • селективность удаления примесей;
  • большая скорость обработки по сравнению с процессом отстаивания;
  • вероятность получения шлама низкой влажности;
  • высокий уровень очистки (95-98%);
  • возможность повторного использования удаляемых веществ.

Флотация также сопровождается аэрацией сточных вод, снижением концентрации микроорганизмов, бактерий, ПАВ и легко окисляемых веществ.

Из недостатков – это то, что станция не может гарантировать полный цикл фильтрации. Она является промежуточным узлом в сложной схеме очистных сооружений. Сточные воды, поступающие во флотатор, требуют предварительной подготовки. Проникновение в систему грубых примесей (песок, отсев, полимеры и др.) влечет за собой поломку оборудования.

Устройство не способно обеспечить полное удаление нефтепродуктов. По этой причине после него в цепочку агрегатов монтируют ультрафиолетовую обеззараживающую установку и группу сорбционных фильтров.

Виды и способы флотации

В практике очистки бытовых и промышленных сточных вод существует несколько способов флотации.

Различаются они по методу формирования пузырьков газа:

  • напорная или вакуумная – извлечение воздуха из раствора при резком снижении давления;
  • механическая – создание пузырьков при помощи специальных устройств (мешалки и др.);
  • барботажная – подача воздушных масс в рабочую камеру установки через пористые материалы или перфорированные трубки;
  • электролизная – выделение газа из раствора путем пропускания через него электрического тока.

Выделение пузырей воздуха из специального раствора

Технология процесса заключается в формировании насыщенного раствора, состоящего из воздуха и водяных стоков. В зависимости от способа образования воздушной субстанции различают напорную и вакуумную флотацию.

Наиболее распространенный способ фильтрации – это напорная очистка стоков. Из приемного отсека флотатора загрязненные воды перекачиваются насосом в нагнетательную камеру (сатуратор). В сатураторе жидкость пропитывается воздухом и возвращается в приемную емкость. При резком снижении давления в основном резервуаре из раствора выделяются микропузырьки, которые прилипают к твердым частичкам примесей и поднимают их на поверхность.

Схема напорной флотации.

Эффективным средством для интенсификации процесса являются реагенты, которые увеличивают гидрофобность частиц и улучшают устойчивость воздушных пузырьков. Сочетание напорной фильтрации с обработкой жидкости реагентами повышает очистку стоков до 95%.

Вакуумная установка представляет собой непроницаемый резервуар с купольным перекрытием. Под днищем агрегата расположено техническое помещение, где находится насос для откачки воздуха, флотошлама и осадка.

Сточная жидкость поступает в сатуратор, где предварительно насыщается газом. Одновременно с этим процессом из приемной камеры откачивается воздух. Затем под действием разряжения, созданного в рабочем отсеке, жидкость засасывается в основную емкость.

Из насыщенной газом жидкости начинают выделяться пузырьки, которые в виде пенящейся массы поднимаются на границу водораздела. Скопившийся на поверхности шлам собирается крутящимися скребками и выводится в грязесборник.

Механический способ насыщения воды воздухом

Механическая флотация предусматривает наличие в структуре установки импеллера, который при вращении в водной среде, насыщенной воздухом, разрушает пузырьки газа. Продуктивность диспергирования осуществляется путем нагнетания воздушной массы через сопла, уложенные на дно камеры с промежутком 0,25-0,35 м. Диаметр пор – 1,2-1,5 мм; давление – 0,3-0,5 МПа; скорость потока – 150-200 м/с. Длительность операции – 15-20 минут.

Энергичное перемешивание сточных вод механическим способом создает в жидкости большое количество вихревых потоков. Регулирование частоты вращения импеллера и скорости движения воздушных масс позволяет получить пузырьки заданной величины.

Пневматические флотационные агрегаты подходят для фильтрации стоков, которые по своему химическому составу склонны к насыщению газами и формированию пены. При таком способе не следует применять реактивы, так как вихревые потоки, генерируемые импеллером, разлагают хлопья. В основном механический метод фильтрации используется для очищения промышленных стоков от нефтепродуктов.

Насыщение воды воздухом с использованием пористого материала

Такой способ отличается простотой организации процесса и сравнительно низким расходом электроэнергии. Сточные воды подаются в верхнюю часть вертикально установленного резервуара высотой 2,5-4 м.

На дне емкости располагается поддон, к которому крепятся керамические пористые насадки. Через них сжатый воздух компрессором подается в приемную камеру. Воздушная масса, проходя сквозь отверстия, делится на микропузырьки размером 4-20 мкм. Пузырьки флотируют примеси и поднимаются с ними на поверхность. Очищенная вода выводится из нижней части емкости, а флотошлам перетекает в кольцевой желоб, откуда по трубе удаляется в грязесборник.

Фильтрация стоков с применением пористых материалов имеет ряд преимуществ:

  • простота конструкции;
  • минимальные затраты на электроэнергию;
  • в комплекте установки отсутствует сложное дополнительное оборудование (сатуратор, импеллер, насос и т.д.).

Недостатком является вероятность засорения керамических колпачков и трудность выбора материалов с одинаковым размером пор.

Электролиз

Электрофлотационные станции состоят из электродного отсека и отстойной камеры. Стоки поступают в стабилизатор, который изолирован от электродной секции решеткой. Жидкость, протекая сквозь межэлектродный промежуток, наполняется пузырьками газа и одновременно подвергается воздействию тока.

В процессе прохождения электрического разряда происходит коагуляция загрязненных примесей. В результате этого формируются хлопья, которые вместе с твердыми нерастворимыми включениями поднимаются на границу водораздела. Всплывающий флотошлам удаляется скребками в отводящий лоток.

В сточной жидкости при прохождении через электроды протекают сложные химические реакции:

  • электролиз;
  • электрофорез;
  • поляризация частиц.

Интенсивность перечисленных циклов зависит от химической структуры жидкости, материала и типа стержней (нерастворимые, растворимые), напряжения в сети.

В результате установки водорастворимых электродов на аноде возникает эффект разжижение металла, и в стоки диффундируют катионы железа или алюминия. Соединяясь с кислотами или щелочами, они формируют гидраты или окиси, выступающие в процессе очистки активными коагулянтами.

Коагуляция твердых включений в межэлектродном промежутке может возникать не только из-за растворения анода. Уменьшение дисперсности частиц возможно и в случае электрокинетических явлений, разряда тока на электродах, генерации в растворе субстанций (хлор, кислород), нарушающих сольватные соединения на поверхности взвесей. Эти процессы могут происходить при применении нерастворимых стержней.

Реагенты во флотации

В целях улучшения качества фильтрации сточных жидкостей используют активные присадки:

  • для корректирования pH – щелочь, кислота (реактивы вводятся в жидкость для создания оптимальных условий взаимодействия примесей с коагулянтом и флокулянтами);
  • коагулянты – вещества, способствующие образованию пены (соли железа, алюминия);
  • флокулянты – полиакриламидные соединения, очищающие стоки от примесей посредством формирования хлопьев из коллоидных и мелкодисперсных частиц.

Отрицательным фактором реагентного метода обработки жидкостей является обязательное наличие сравнительно большой площадки под установку оборудования, а также присутствие дополнительного обслуживающего персонала.

Принципы флотационной очистки

1 апреля 2012 г

Методы флотации

Очистка практически любого вида сточных вод методом флотации довольно распространенный сегодня способ утилизации канализационных сбросов и применяется повсеместно в тех местах, где его применение является наиболее выгодным с технической точки зрения.

Флотация (в переводе с французского языка flotter- плавать) – это метод очистки воды с использованием микрочастиц разной смачиваемости. Частицы делятся на два вида:

  • гидрофобные
  • гидрофильные

Гидрофобные – это не смачиваемые водой частицы, а гидрофильные, наоборот, смачиваемые. Суть флотации состоит в том, что при использовании данного метода пузырьки воздуха и выделяемые масляные капли быстро поднимаются к границе раздела фаз и, тем самым уносят вместе с собой гидрофобные частицы. Более того, именно этим методом и очищаются сточные воды многих современных предприятий и заводов от различных взвесей и органических веществ.

Существует ещё один метод очистки сточных вод – это метод пенной флотации. Его отличие от первого метода в том, что вначале частицы проходят обработку реагентами. Затем воздушные пузырьки выталкивают данные реагенты на поверхность воды, в результате чего образуется слой пены, который и уносит различные органические соединения. Более того, кроме реагентов производители добавляют туда ещё и пенообразователь, который повышает устойчивость пены.

Принцип явления флотации и его использование

Гидрофобные частицы сближаются с пузырьками воздуха в воде, в результате чего образуется небольшая прослойка. Эта прослойка становится всё меньше и меньше, и, в итоге, наступает критический момент, когда она неизбежно рвётся. После этого обычно происходит полное смачивание гидрофобной частицы.

Далее пузырёк воздуха прилипает к данной частице, и поднимаются к границе раздела фаз, это происходит за счёт того, что плотность пульпы (жидкой среды) гораздо выше плотности пузырька с частицей. Иными словами, они флотируют, в результате чего образуется слой пены, который автоматическии удаляется из флотатора. Также существует небольшой нюанс в данном процессе. На устойчивость связи пузырька с гидрофобной частицей влияют такие факторы как: размер пузырька и частицы, их физико-химические свойства, а также водной среды, в которой они находятся.

Читайте также:  Самодельная сливная яма из дерева, кирпича или бетона

Теперь же мы можем рассмотреть конструкцию флотационной установки. Во-первых, струя воздуха и струя воды располагаются друг от друга на очень небольшом расстоянии. Во-вторых, они направлены в одну сторону, что и позволяет частицам воздуха слипаться с частицами воды. Более того, во флотационную камеру подаются частицы определённого размера, которые установлены неоднократными опытами, что позволяет сделать работу установки оптимальной. Иначе, если пузырёк будет иметь слишком большой объём, то изменится скорость потока и, соответственно, частицы не будут успевать прилепляться друг к другу. Ещё одной причиной, по которой частицы должны иметь определённый размер это то, что при перемешивании воды происходит разрыв соединений между гидрофобными частицами и пузырьками воздуха.

В чём различие между импеллерной и напорной флотацией, которые используют пористые материалы для очистки постоянно поступающих в систему сточных вод?

При применении напорной флотации воды насыщается воздухом, который подаётся под большим давлением. Если при применении данного метода в воду не добавляются реагенты, то этот метод очистки сточных вод называется физическим. Большим плюсом напорной флотации является то, что при её использовании есть возможность регулировать размер и объём пузырьков, а также количество воздуха, которое растворяется в период работы.

Существует ещё один метод флотации – это метод импеллерной флотации, который широко используется в нефтеперерабатывающей промышленности. Данный метод отличается от всех остальных тем, что обладает низкой эффективностью, так как при его использовании во флотаторе происходит большая турбулентность потоков, в результате которой разрушаются хлопьевидной формы. Чтобы получить лучший результат при использовании импеллерной флотации, во флотатор добавляются поверхностно-активные вещества.

Для получения пузырьков небольшого размера производители используют пористые материалы, которые понижают скорость истечения воздушной струи, в результате чего и образуются небольшие пузырьки.

Также эффективность флотации повышается благодаря использованию коагулянтов, помогающие удалять те или иные загрязнения в виде весьма стойких эмульсионных соединений.

Обезвоживание в отстойниках-сгустителях, сушилка и гидроциклоны являются следующими этапами очищения сточных вод от различных взвесей и органических соединений. Но это уже совсем другой разговор и об этом в следующий раз.

В заключение хочется сказать, что благодаря методу флотации наши озёра и пруды сохраняют свою первозданную прозрачность и красоту, что, конечно же, очень приятно обычным людям. И не будь этого метода, возможно, многие прекрасные пруды и реки превратились бы в болота, заполненные отходами с различных предприятий.

Применяемое оборудование компании Argel:
– Flotomax S — напорный флотатор из стеклопластика;
– Флотатор ФДП — флотационная установка.

Флотация сточных вод

Флотация сточных вод

Флотация сточных вод

Общепринятая схема очистных сооружений как локального, так и централизованног о общегородского типа в обязательном порядке включает в себя этап осаждения. Отстоянные стоки чаще всего поступают на ступень биологической очистки.

Однако отстойники справляются с удалением только крупных взвесей, которые тяжелее воды. Многие микрочастицы и вещества в коллоидной форме легче водной среды, поэтому не подвергаются осаждению. Эту проблему решают при помощи ступени флотационной очистки, основанной на сложном физико-химическо м процессе. Именно о флотации пойдет речь в нашей статье.

Что такое флотация?

В переводе с английского языка флотацию дословно можно обозначить как плавание на поверхности воды. В области очистки сточных вод флотация применяется в качестве метода выделения мелких твердых частиц, коллоидных взвесей, некоторых растворенных веществ. В основе процесса лежит индивидуальная способность различных соединений к смачиванию и поведение на границе раздела фаз жидкость-газ. Несмачиваемыми водой являются гидрофобные вещества. Гидрофильные соединения обладают хорошей способностью к смачиванию.

Обобщенно и упрощенно флотацию можно описать следующим образом:

  • в очищаемую воду подают диспергированный воздух;
  • гидрофобные частицы приближаются к пузырьку воздуха;
  • водная прослойка между гидрофобной частицей и воздушным пузырем постепенно истончается и разрывает в связи с тем, что сила взаимодействия между молекулами воды больше чем сила адгезивного контакт вода-частица;
  • образуется комплекс гидрофобной частицы с пузырьком газа;
  • этот флотирующий комплекс всплывает на поверхность стоков, так как он менее плотный чем гетерогенная система, в которой он находится.

Так на поверхности стоков образуется пенный слой, который постепенно удаляется специальным механизмом.

Отчего зависит эффективность флотации для очистки воды

На процесс флотации может повлиять многое. Но наиболее сильное воздействие оказывают описанные ниже факторы.

  1. Чем выше гидрофобность частиц, тем лучше происходит их взаимодействие с пузырьком воздуха и образование флотационного комплекса. Однако не все примеси являются строго гидрофобными часть из них гидрофильные, другие могут иметь как гидрофобные, так и гидрофильные группы. По этой причине зачастую необходимо добавлять в стоки специальные флотирующие реагенты, направленные на повышение гидрофобности загрязнителей.
  2. Кроме того, пузырьки должны обладать устойчивостью к разрушению.

Пенный слой флотации

Область применения флотации

Флотация позволяет очистить воду от взвесей, не подвергающихся осаждению, в связи с тем, что они имеют близкую к воде плотность. Флотационный процесс применяют для удаления из воды ПАВ, нефтепродуктов, волокнистых загрязнителей, жиров и т. п., а также некоторых растворенных веществ, в последнем случае очистка называется пенной сепарацией. Кроме того, флотацию применяют для удаления из стоков взвесей активного ила.

Преимущества и недостатки очистки стоков флотацией

Флотация является одним из самых популярных способов очистки сточных вод. Без флотационного процесса редко обходятся очистные промышленные и ливневые сооружения. Все связано с рядом преимуществ флотационной очистки стоков.

  1. Относительно небольшие затраты в процессе эксплуатации.
  2. Простота оборудования.
  3. Возможность выделения определенных загрязнителей.
  4. Скорость процесса флотационной очистки от некоторых взвесей выше скорости оседания.
  5. Возможность удаления таких загрязнителей как нефтепродукты.
  6. Продуктом флотации является шлам с не очень высоким содержанием воды.

С особенностью самого флотационного процесса связаны и его минусы.

  1. Так как флотация зависит от гидрофобности вещества, применять ее можно для удаления не всех загрязняющих компонентов.
  2. Зачастую приходится использовать реагенты для повышения гидрофобности загрязнителей и устойчивости полученной пены.
  3. Необходимо точно производить настройку оборудования, подающего воздух с целью получения пузырьков определенного диаметра.

Виды флотационной очистки сточных вод

В основе разделения на виды очистки сточных вод методом флотации лежит способ насыщения стоков воздухом и механизм его диспергирования.

Выделение воздушных пузырьков из раствора

Из раствора пузырьки воздуха определенного размера выделяют методом напорной и вакуумной флотации. В первом случае в воду под давлением нагнетают воздух, после этого резко понижают давление в системе, в результате чего в толще сточной воды выделяются воздушные пузырьки.

Схема напорного флотатора

Вакуумная флотация по принципу схожа с напорной, но исполнение отличается. Сначала вода поступает в аэрационную камеру (1), где контактирует с воздухом и насыщается им, после этого в дезаэраторе (2) удаляется нерастворившийся в воде воздух. Потом вода поступает в камеру флотации (3), где происходит понижение давления в сточной воде, в результате чего образуются воздушные пузырьки.

Оба способа прекрасно подходят для очистки сточных вод от мелкодисперсных загрязнителей.

Механическое насыщение воды диспергированным воздухом

Обогащение воды пузырьками воздуха можно произвести механическим путем. Для этого могут применяться 3 метода: перемешивание воды при помощи небольшой турбины (импеллерные установки), колесом, соединенным с центробежным насосом (безнапорная флотация) или введением воздуха через форсунки труб, уложенных на дне флотационной камеры (пневматическая установка). Во время перемешивания образуются завихрения, благодаря которым стоки насыщаются пузырьками воздуха.

Импеллеры позволяют получить пузырьки небольшого диаметра и применяются для удаления нефтепродуктов и жиров. Этот метод дает возможность регулировать объем пузырьков: чем выше скорость вращения турбины, тем мельче пузырьки. Безнапорные установки позволяют получать более крупные пузырьки, которые не эффективны для удаления мелких взвесей. Безнапорную флотацию применяют для удаления жировых загрязнений, а также частиц шерсти и волокон. Пневматическая флотация используется в том случае, когда необходимо очистить воды, являющиеся агрессивными для таких механических конструкций как импеллер или колесо насоса.

Пропускание воздушных масс через материал с порами

Простым способом диспергирования воздушного потока является пропускание его перед подачей через пористые материалы (на рисунке обозначен цифрой 2), например, пластины с щелевидными прорезями. Чем меньше отверстие, тем меньше диаметр пузырьков.

Флотация с использованием пористых материалов

Получение пузырьков газа из раствора путем электролиза

При этом способе в сточные воды помещают 2 электрода, через которые пропускают ток. Это приводит к выделению возле электродов газовых пузырьков кислорода и водорода. Кроме того, часто используют электроды из алюминия или железа. Соединения этих металлов выделяются в сточную воду и представляют собой коагулянты, приводящие к объединению взвешенных загрязнителей в хлопья. Хлопьевидные частицы контактируют с воздушными пузырьками и поднимаются на поверхность стоков.

Реагенты, применяемые во флотационной очистке

В процессе очистки методом флотации могут применяться реагенты, действие которых различается по двум основным направлениям: повышение гидрофобности и стабилизация пены.

Так как многие загрязнители могут содержать как гидрофобную, так и гидрофильную группу, то их способность к смачиванию снижена, поэтому флотация затруднена. В этом случае прибегают к добавлению в сточные воды реагентов, которые называют собирателями. Они также содержат гидрофильную (полярную) и гидрофобную (неполярную) группы. Взаимодействие между собирателем и загрязнителем происходит на уровне полярных концов. Гидрофобная группа реагента остается свободной.

В качестве собирателей в очистке сточных вод применяют поверхностно-акт ивные вещества: нефтепродукты, масла, меркаптан, аммонийные соли и т.п.

Другой группой флотационных реагентов являются пенообразователи . Они защищают пузырек от разрушения, таким образом повышая эффективность удаления загрязняющей частицы. К стабилизаторам пены относятся масло сосны, крезол, фенолы и др.

Заключительное слово

Флотация при всех своих положительных характеристиках не является самостоятельной очисткой. Это одно из звеньев очистных сооружений, позволяющее удалить их воды те вещества, которые не удалось убрать отстаиванием. Именно поэтому флотаторы устанавливаются зачастую после отстойников.

Флотатор для очистки сточных вод применение и технология

Сегодня забота об окружающей среде выходит на качественно новый уровень. В особенности это касается очистки стоков, которые затем сливаются в грунт и пруды. Чтобы обеспечить максимальное качество удаления примесей и нейтрализовать негативное влияние патогенных микроорганизмов на среду, используются различные методы очистки (их подбор осуществляется с учетом типа загрязнения). Наиболее эффективной методикой считается флотация, осуществляемая в специальном оборудовании (электрическом флотаторе). Чаще всего флотация для очистки сточных вод является вспомогательным методом очистки к обычной механической. После механической обработки стоков, их отстаивания в серой воде практически всегда остаются частички мусора, которые легче молекул жидкости в десятки раз. Именно для их удаления и используется флотация.

Технология флотации для очистки стоков: определение и принципы действия метода. Что такое флотация?

В переводе с английского флотация означает плавание на поверхности воды. В сфере водоочистки она используется для выделения мелких твердых частичек, коллоидных взвесей, растворенных веществ. В основе процесса – индивидуальная способность к смачиванию и поведение сред на границе раздела газовой и жидкостной фаз. Не смачиваемыми водой являются только гидрофобные вещества, а гидрофильные соединения отличаются высокой смачиваемостью. Упрощенно процесс флотации можно описать следующим образом. В очищаемую воду подается диспергированный воздух, гидрофобные частички начинают приближаться к пузырьку воздуха, прослойка воды между гидрофобной частицей с воздушным пузырем истончается и разрывается. В результате образуется комплекс из гидрофобной частицы и пузырьков газа, который затем всплывает на поверхность стоков, поскольку он имеет меньшую, чем гетерогенная система, плотность. Этот пенистый слой постепенно удаляется с помощью специального механизма.

Флотационная очистка сточных вод: что собой представляют флотаторы

Флотатор – аппарат для разделения загрязняющих веществ и воды с применения воздушного потока. Он содержит систему смешения с реагентами, pH-контроллер. Система смешения функционирует в автоматическом режиме и непосредственно зависит от поступающего потока воздуха. Также флотатор может оснащаться пузырьками, удаляющими образующуюся пену.

От чего зависит эффективность флотации для очистки воды (важные параметры)

На эффективность процесса флотации оказывает влияние целый ряд факторов. Так чем больше показатели гидрофобности частичек, тем лучше они взаимодействуют с пузырьками воздуха и флотационным комплексом. Но поскольку значительная часть примесей является гидрофильной, в стоки нужно добавлять специальные реагенты – они повышают гидрофобность загрязнителей.

Также пузырьки должны быть стойкими к разрушениям и достаточно крупными – в таком случае они смогут без проблем поднять загрязнители на поверхность воды. Но учтите, что слишком крупные пузырьки всплывают, не успев вступить в контакт с загрязняющими веществами. Очень важную роль в процессе флотационной очистки стоков играет общее число воздушных пузырьков и равномерность их распределения.

Плюсы и минусы использования флотации

Метод флотации, как любой другой способ очистки стоков, имеет свои сильные и слабые стороны. Начнем с преимуществ:

  1. Стоимость методики является максимально доступной.
  2. Оборудование недорого стоит и не требует сложного обслуживания.
  3. Ряд примесей из воды в процессе флотации выделяется очень хорошо.
  4. Скорость очистки стоков получается высокой.

К недостаткам можно отнести избирательное воздействие воздуха на загрязнители, имеющие разные показатели гидрофобности. Также вам нужно будет регулярно проверять настройки электрического флотатора и использовать специальные реагенты (если вы, конечно, хотите добиться максимальной эффективности очистки).

Виды и способы флотации, используемые для получения ультрачистой воды

Очистка стоков методом флотации осуществляется разными способами. Рассмотрим их.

Выделение пузырей воздуха из специального раствора. Технология напорной флотации для очистки стоков

В данном случае воздух выделяется вакуумным или напорным методом. В случае с напорным выделением пузырьков в воду под давлением запускают кислород, в результате чего на поверхности стоков и начинают образовываться пузырьки. При вакуумной флотации сточная вода проходит через камеру аэрации, в которой насыщается воздухом. Затем стоки подаются в дезаэратор, из воды удаляется лишний (не растворенный) воздух, а серая жидкость переливается во флотационную камеру. В камере давление опускается до критических показателей, в результате чего и начинают образовываться воздушные пузырьки. Данный способ идеально подходит для удаления мелкофракционных и мелкодисперсных включений.

Механический способ насыщения воды воздухом

Данный способ обогащения стоков воздухом состоит в (один из вариантов):

  1. Их перемешивании турбиной в специальной центрифуге. За образование небольших пузырьков отвечает импеллер, он же удаляет жиры и нефтепродукты. Устройство позволяет изменять величину пузырьков в процессе флотации – чем быстрее вращается турбина, тем меньше будут пузыри.
  2. Перемешивании воды с помощью рабочего колеса с лопастями. Метод относится к безнапорным, он хорош для удаления крупнодисперсных, волокнистых примесей (шерсть, нити, волосы, пр.). Пузырьки в данном случае получаются крупными.
  3. Обогащении стоков воздухом с применением специальных труб, расположенных на дне грязевого резервуара. Данный способ называется пневматическим, его используют при необходимости очистки агрессивных для обработки в безнапорном колесе или импеллере водных масс.

Все схемы предполагают проведение воды через стадию завихрения.

Насыщение воды воздухом с использованием пористого материала

Способ состоит в проведении воздушного потока через специальные пористые структуры. Пример – специальные тонкие пластинки со щелями по периметру. Чем тоньше щели, тем меньше пузырьки.

Электролиз

Одна из наиболее эффективных методик. В стоки помещаются специальные электроды, по которым поступает ток. В зоне расположения электродов и месте их контакта с водой формируются воздушные пузырьки. Железные и металлические электроды дополнительно могут выполнять роль коагулянтов и, соответственно, формировать взвешенные частички мусора. Все вместе это способствует повышению эффективности очистки.

Реагенты во флотации

Для повышения качества очистки сточных масс могут использоваться реагенты. Они повышают степень гидрофобности содержащихся в воде примесей. Различается два типа реагентов:

  1. Усилители гидрофорбности примесей или собиратели – это масла, меркаптан, соли аммония, нефтепродукты.
  2. Вещества, стабилизирующие пену на поверхности воды – пенообразователи. Данные компоненты предупреждают преждевременное разрушение пузырьков. Самые популярные варианты – фенолы, сосновое масло, крезол.

Область применения флотации

Флотация удаляет взвеси, которые не подвергаются осаждению. Флотационный процесс незаменим для очистки водных масс от жиров, волокнистых включений, нефтепродуктов, ПАВов и других компонентов. Также флотацию часто используют для удаления взвесей активного ила.

Хотите купить напорный или любой другой флотатор по обоснованной цене?

Флотация – методика эффективная, но использовать ее в самостоятельном виде просто нет смысла. Устанавливайте флотаторы после отстойников, а покупку оборудования совершайте в сертифицированных точках продаж. Перед оформлением заказа сравните финансовые условия сотрудничества разных точек.

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.

Что такое флотация: преимущества и недостатки этого способа очистки

Очистка сточных вод, в первую очередь, включает в себя этап прохождения отстойника как в локальных очистных сооружения, так и в общегородских. Отставание воды очищает воду только от крупных взвесей, которые осаждаются на дно, являясь тяжелее воды. Но как быть с теми частицами, которые легче воды и не подвержены осаждению? Существует метод для выделения и таких сложных загрязнителей, который называют флотацией.

Флотационная очистка применяется как одна из ступеней очистки сточных вод от таких примесей.

Подробнее о флотации

Флотация – это один из способов, применяемых для очистки сточных вод. Буквально слово “флотация” (англ. flotation) переводится как “плаванье на поверхности воды”, поэтому и напоминает слово флот. Но если говорить об очистке флотацией, то ее целью является вывести на поверхность различные взвеси и другие вещества, которые имеют плотность близкую воде и не способны оседать.

В толще воды плавают различные мелкие твердые частицы, коллоидные взвеси и другие примеси, которые не оседают. Флотацию применяют для очищения сточных вод от ПАВ, нефтепродуктов, жиров, волокнистых веществ и взвесей активного ила. Также флотационный процесс по типу пенной сепарации способен удалить некоторые растворенные в воде вещества.

Физико-химические законы флотации

В основу флотационной очистки заложены сложные физико-химические процессы. Главным образом рассматривается понятие смачиваемости, то есть индивидуальной способности тех или иных веществ к смачиванию. Эта способность напрямую определяет поведение этих соединений на границе раздела фаз жидкости и газа. Существует два типа веществ:

  • Гидрофильные – характеризуются хорошей способностью к смачиванию;
  • Гидрофобные – несмачиваемые.

В зависимости от того, к какому типу относится то или иное вещество, оно хорошо убирается при помощи флотационной очистки или же, наоборот, не поддается выделению таким способом.

Этапы флотации

Процесс флотации несложен для понимания, его можно описать следующим образом:

  1. В воду, которая подвергается очистке, подают диспергированный воздух;
  2. Гидрофобные частицы устремляются к воздушным пузырькам;
  3. Постепенно уменьшается и разрывается прослойка воды, разделяющая гидрофобные частицы и воздушные пузырьки. Это объясняется тем, что сила притягивающая молекулы воды друг к другу больше адгезии между водой и этими частицами;
  4. Образуется флотирующий комплекс из пузырьков воздуха и гидрофобных частиц, который напоминает пену;
  5. Этот флотирующий комплекс плавает на поверхности сточных вод, поскольку он легче той гетерогенной системы, в которой находится.

В итоге на поверхности воды образуется пенная субстанция. Полученную пену удаляют специальным приспособлением – это конечный продукт флотации или шлам.

Эффективность процесса флотации

Те или иные факторы могут понижать или повышать эффективность флотации, как способа очистки сточных вод. Наиболее значимое влияние оказывают приведенные ниже факторы:

  • Степень гидрофобности частиц. Чем выше гидрофобность частиц вещества, тем они активнее вступают во взаимодействие с воздушными пузырьками, образуя значительные флотационные комплексы. Очевидно, что не все примеси являются абсолютно гидрофобными, существуют и гидрофильные составные. А некоторые имеют двоякую структуру, содержа в составе гидрофобные и гидрофильные группы. Чтобы повысить гидрофобность загрязняющих воду примесей, в нее добавляют специальные флотирующие добавки или реагенты;
  • Размер и прочность пузырьков пены. Флотационный процесс должен образовывать пузыри воздуха такого размера, чтобы они поднимались на поверхность воды. Но слишком крупные пузыри будут всплывать раньше времени, не успев захватить достаточно частиц загрязняющих примесей. К тому же эти пузырьки должны быть прочными, имея минимальный процент потерь вследствие разрушения;
  • Равномерность пенообразования. Важным фактором эффективности флотации является равномерность распределения в воде воздушных пузырьков и их общее количество.

На эти факторы можно оказать воздействие с помощью специальных реагентов, которые будут описаны далее.

Реагенты для улучшения флотации

Как описано выше, флотация зависит от качества пенообразования и гидрофобности частиц. Существуют специальные добавки, которые направлены на повышение качества пены и увеличения гидрофобности примесей. Реагенты можно разделить на две основные группы:

Реагенты собиратели

Наиболее часто встречаемый вид загрязнителей имеет в своем составе частицы с двоякими качествами, имеющими часть гидрофобных и часть гидрофильных групп. Их способность смачивания недостаточна для связывания с пузырьками воздуха, поэтому флотация малоэффективна. Чтобы решить эту проблему, в стоки добавляют так называемые добавки-собиратели, которые также имеют двоякую структуру, состоящую из гидрофильных (полярных) и гидрофобных (неполярных) групп. Полярные гидрофильные концы загрязнителя и собирателя слепляются между собой, а гидрофобные концы остаются свободными.

Собирателями для усиления флотации выступают поверхностно-активные вещества:

  • Аммонийные соли;
  • Нефтепродукты;
  • Масла;
  • Меркаптан

Реагенты пенообразователи

Качество пени играет одну из ключевых ролей в эффективности флотации. Существует группа добавок, которые направлены на улучшение пенообразования. Они предохраняют пузыри воздуха от разрушения, делая их упругими и значительно стабилизируя пенную массу. Это дает возможность удалить как можно больше загрязнителей из сточных вод. Такими стабилизаторами для пены являются:

  • Масло сосны;
  • Крезол;
  • Фенолы и много других веществ

Виды флотационной очистки стоков

Процесс флотации кратко описан как насыщение сточных вод воздухом с его диспергированием. То есть главная задача флотации заключается в получении пузырьков нужного диаметра в толщах сточных вод. Как именно это осуществляется описано ниже.

Выделение пузырьков воздуха из раствора

Чтобы выделить воздушные пузырьки из раствора, используют напорную и вакуумную флотацию. Напорная флотация представляет собой нагнетание воздуха, а затем резкое снижение давления в системе, что провоцирует выделение пузырьковой массы в толще воды.

Вакуумная флотация несколько схожа с напорной, но ее реализуют иначе. Первым этапом является прохождение воды через камеру аэрации, где она насыщается воздухом. После этого она поступает в дизаэратор, где удаляется нерастворенный воздух. Последним этапом является прохождение камеры флотации, в которой давление понижается , что вызывает бурное образование пузырьков.

Такими способами весьма успешно удаляются мелкодисперсные примеси.

Пропускание воздуха через пористые материалы

Это один из простейших способов с точки зрения физики для получения диспергированного воздушного потока. Перед попаданием воздуха в сточные воды, его пропускают через материалы с порами, такие как пластины со сквозными щелями. Диаметр пузырьков регулируется размером данных пор.

Электролизная флотация

Этот способ воплощают помещением в воду двух электродов, через которые пускают ток. Во время электролиза вода вокруг электродов расщепляется на пузырьки водорода и кислорода. Наиболее часто используемый материал для электродов: алюминий и железо. Эти металлы выделяют в воду коагулянты, которые связывают взвеси и превращают их в подобие хлопьев. Эти хлопья соединяются с воздушными пузырьками и выходят на поверхность сточных вод в вид пены.

Механическое диспергирование

Кроме образования пузырьков воздуха в воде при помощи смены давления, также применяют механические способы. Для этого также существует несколько путей:

  • Импеллерная установка перемешивает водную массу с использованием турбины. При этом пузырьки получаются небольшого размера, что подходит для удаления нефтепродуктов и жиров. Скорость турбины позволяет регулировать размер пузырьков – чем выше скорость, тем меньше диаметр образуемых пузырьков;
  • Безнапорная флотация, представляющая собой применение колеса, которое соединяют с центробежным насосом. Пузырьки, которые получают в результате этого процесса, крупные и пригодны для удаления жиров, волокнистых частиц, таких как, например, шерсть;
  • Пневматическая флотация осуществляется насыщением воздухом через форсунки труб, которые уложены на дно камеры. Такой способ применяют для очистки агрессивных стоков, которые могут повредить флотационным установкам – импеллеру и колесу.

Пузырьки в этих трех способах образуются в результате вихревого процесса, который стимулируется перемешиванием.

Флотация – преимущества и недостатки способа

На сегодня флотация является одним из наиболее часто используемых приемов очистки стоков. Его применяют и промышленные очистительные сооружения и городские. Причиной этому служит целый ряд факторов, которые говорят в пользу флотации.

Преимущества флотационной очистки:

  1. Невысокая стоимость применяемого метода очистки;
  2. Простое оборудование;
  3. Такой способ для некоторых взвесей намного быстрее, нежели скорость их оседания при отстаивании;
  4. Выделение из сточных вод определенных загрязняющих веществ, в том числе нефтепродуктов;
  5. В процессе флотации остается шлам с низким содержанием воды (малые потери воды).

Безусловно, как и любой метод, флотация связана и с некоторыми отрицательными моментами.

Недостатки флотационной очистки:

  1. Она удаляет далеко не все загрязнители, поскольку ее эффективность зависит от гидрофобности вещества;
  2. Часто приходится нести дополнительные затраты на внесение реагентов, которые улучшают качество пены и усиливают гидрофобность загрязнителей;
  3. К каждому виду загрязнителя нужен свой подходи, а, значит, нет универсального метода для удаления всех взвесей.

Выводы о флотации

Сколько бы преимуществ ни имела флотация, она не является самостоятельной и окончательной очисткой сточных вод. Это лишь один из этапов сложнейшего процесса, который позволяет удалить из воды большую часть нежелательных веществ. Флотационная очистка позволяет избавить воду от нефтепродуктов и масел, которые невозможно удалить другими способами, а также волокнистые составляющие стоков. Обычно флотационную очистку используют после этапа отстойников, чтобы удалить те вещества, которые не подвержены осаждению.

Ссылка на основную публикацию