ПРОЦЕССЫ ИНЖЕНЕРНОЙ ЗАЩИТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Процессы флотационной очистки сточных вод

Флотация - процесс молекулярного прилипания частиц флотируемо­го материала к поверхности раздела газа и жидкости, обусловленный из­бытком свободной энергией поверхностных пограничных слоев, а также поверхностными явлениями смачивания.

Флотацию применяют для удаления из сточных вод нерастворимых дисперсионных примесей, которые самопроизвольно плохо отстаиваются, а также для удаления растворенных веществ, например, поверхностно - активных веществ (ПАВ). Процесс очистки сточных вод от ПАВ называют пенной сепарацией или пенным концентрированием. Флотацию применя­ют для очистки сточных вод нефтеперерабатывающих производств, искус­ственного волокна, целлюлозно-бумажного, кожевенного, пищевых, хими­ческих производств. Ее используют также для выделения активного ила после биохимической очистки.

Достоинствами флотации являются непрерывность процесса, широ­кий диапазон применения, невысокие капитальные и эксплуатационные затраты, простая аппаратура, селективность выделения примесей,, большая скорость процесса по сравнению с отстаиванием, возможность получения шлама более низкой влажности, высокая степень очистки (95.98%), воз­можность рекуперации удаляемых веществ. Флотация сопровождается также аэрацией сточных вод, снижением концентрации ПАВ и легкоокис - ляемых веществ, бактерий и микроорганизмов.

Процесс очистки сточных вод, содержащих ПАВ, нефтепродуктов, масла, волокнистые материалы, методом флотации, заключается в образо­вании комплексов "частицы - пузырьки", всплывание этих комплексов и удаление образовавшегося пенного слоя с поверхности обрабатываемой жидкости.

Прилипание частицы к поверхности газового пузырька возможно только тогда, когда наблюдается несмачивание или плохое смачивание час­тицы жидкостью.

Смачивающаяся способность жидкости зависит от ее полярности, с возрастанием которой способность жидкости, смачивать твердые тела уменьшается. Внешним проявлением способности жидкости к смачиванию является величина поверхностного натяжения на границе с газовой фазой, а также разность полярностей на границе жидкой и твердой фаз. Процесс флотации идет эффективно при поверхностном натяжении воды не более 60.65 мН/м. Степень смачиваемости водой твердых или газовых частиц, взвешанных в воде, характеризуются величиной краевого угла смачивания 0. Чем больше угол 0, тем больше гидрофобия поверхности частицы, т. е. увеличивается вероятность прилипания к ней и прочность удержания на ее поверхности воздушных пузырьков. Такие частицы обладают малой сма­чиваемостью и легко флотируются.

Элементарный акт флотации заключается в следующем: при сбли­жении поднимающегося в воде пузырька воздуха с твердой гидрофобной частицей разделяющая их прослойка воды прорывается при некоторой критической толщине и происходит слипание пызарька с частицей. Затем комплекс «пузырек-частица» поднимается на поверхность воды, где пу­зырьки собираются и возникает пенный слой с более высокой концентра­цией частиц, чем в исходной сточной воде.

При закреплении пузырька образуется трехфазный периметр-линия, ограничивающий площадь прилипания пузырька и являющийся границей трех фаз - твердой, жидкой и газообразной (рис. 6.4)

Касательная к поверхности пузырька в точке трехфазного периметра и поверхность твердого тела образуют обращенный в воду угол 0, назы­ваемый краевым углом смачивания.

Вероятность прилипания зависит от смачиваемости частицы, которая характеризуется величиной краевого угла 0. Чем больше краевой угол сма­чивания, тем больше вероятность прилипания и прочность удерживания пузырька на поверхности частицы. На величину смачиваемости поверхно­сти взвешенных частиц влияют адсорбционные явления и присутствие в воде примесей ПАВ, электролитов и др.

1

Процессы флотационной очистки сточных вод

2

Рис. 6.4. Схема элементарного акта флотации: 1 - пузырек газа; 2 - твердая частица.

ПАВ - (реагенты-собиратели), адсорбируясь на частицах, понижают их смачиваемость, т. е. гидрофобными. В качестве реагентов-собирателей используют масла, жирные кислоты и их соли, меркантаны, ксантогенаты, алкилсульфаты, амины. Повышения гидрофобности частиц можно достичь также адсорбцией молекул растворенных газов на их поверхности.

(6.29)

Энергия образования комплекса «пузырек-частица» равна

А = о (1- Cos 0),

Где о - поверхностное натяжение воды на границе с воздухом.

Для частиц, хорошо смачиваемых водой, 0 > 0, а cos 0 > 1, следова­тельно, прочность прилипания минимальна, а для несмачиваемых частиц - максимальна.

Эффект разделения флотацией зависит от размера и количества пу­зырьков воздуха. Оптимальный размер пузырьков равен 15.30 мкм. При этом необходима высокая степень насыщения воды пузырьками, или большое газосодержание. Повышение концентрации примесей увеличива­ет вероятность столкновения и прилипания частиц к пузырькам. Для ста­билизации размеров пузырьков в процессе флотации вводят различные пе­нообразователи, которые уменьшают поверхностную энергию раздела фаз: сосновое масло, крезол, фенолы, алкилсульфат натрия, обладающие соби­рательными и пенообразующими свойствами.

Вес флотируемой частицы не должен превышать силы прилипания ее к пузырьку и подъемной силы пузырьков. Размер частиц, которые хо­рошо флотируются, зависит от плотности материала частиц и равен 0,2.1,5 мм.

Флотация может быть использована при сочетании с флокуляцией. Вероятность образования комплекса «пузырек-частица» может быть опре­делена по формуле:

Ю = [n 4/3 n(R + г)3 - n 4/3 п R3]/V = Cr[(1 + r/R)3 - 1], (6.30)

Где n - число пузырьков радиуса R в объеме V жидкости; r - радиус час­тицы; Сг = n 4/3 п R /V - объемная концентрация газовой фазы.

Плотность флотационной среды, состоящей из воды, пузырьков воз­духа и твердых частиц, равна

Рс = Рж(1- Сч - Сг) + рчСч + рг Сг, (6.31)

Где рж, рч, рг - плотность жидкости, частиц и газа; Сч, Сг - объемная кон­центрация частиц и газа в воде.

Скорость движения частиц vH и пузырьков vu относительно среды определяется по формулам:

V4 = -2/9(g rV Рж)[(1- Сч)(рч/рж - 1) + Сг]; (6.32)

VII = 1/9(g RV Рж)[1+Сч(Рч/Рж -1) - Сг], (6.33)

Где g - ускорение свободного падения (силы тяжести); - динамическая вязкость флотационной среды.

Скорость процесса выделения частиц флотацией описывается урав­нением реакции первого порядка:

ЁСч/ёт = - k Сч, (6.34)

Где k - коэффициент скорости флотации, зависящий от динамических и конструктивных параметров.

Наилучшие условия разделения достигаются при соотношении меж­ду твердой и газообразной фазами Ог/Оч = 0,01.0,1. Это соотношение оп­ределяется по формуле:

Gr/G4 = 1,3 b(f *P - 1)01/(C4 Q), (6.35)

Где Gr, GH - масса воздуха и твердых частиц, г; b - растворимость воздуха в воде при атмосферном давлении и данной температуре, см /л; f - степень насыщения (обычно f = 0,5.0,8); Р - абсолютное давление, при котором вода насыщается воздухом; Q1 - количество воды, насыщенной воздухом, мі/ч; Q - расход сточной воды, мі/ч.

Различают следующие способы флотационной обработки сточных

Вод:

- с выделением воздуха из растворов;

- с механическим диспергированием воздуха;

- с подачей воздуха через пористые материалы;

- электрофлотацию;

- химическую флотацию.

Флотация с выделением воздуха из раствора.

Этот способ применяют для очистки сточных вод, которые содержат очень мелкие частицы загрязнений. Сущность способа заключается в соз­дании пересыщенного раствора воздуха в сточной жидкости. При умень­шении давления из раствора выделяются пузырьки воздуха, которые фло­тируют загрязнения. В зависимости от способа создания перенасыщенного раствора воздуха в воде различают, вакуумную, напорную и эрлифтную флотацию.

При вакуумной флотации - сточную воду предварительно насыщают воздухом при атмосферном давлении в аэрационной камере, а затем на­правляют во флотационную камеру, где вакуум-насосом поддерживается разрежение 29,9...39,3кПа (225.300 мм рт. ст). Выделяющиеся в камере мельчайшие пузырьки выносят часть загрязнений. Процесс флотации длится около 20 минут. Достоинствами этого способа являются: образова­ние пузырьков газа и их слипание с частицами происходит в спокойной среде, что сводит к минимуму, вероятность разрушения агрегатов "пузы­рек-частица"; затрата энергии на процесс минимальна. Недостатки : незначительная степень насыщения стоков пузырьками газа, поэтому этот способ нельзя применять при высокой концентрации взвешенных частиц (не более 250.300 мг/л) ; необходимость создавать герметически закры­тые флотаторы и размещать в них скребковые механизмы.

Напорные флотационные установки имеют большее распростране­ние, чем вакуумные. Они просты и надежны в эксплуатации. Напорная флотация (рис. 6.5) позволяет очищать сточные воды с концентрацией взвесей до 4.5 г/л. Для увеличения степени очистки, в воду добавляются коагулянты. Аппараты напорной флотации обеспечивают по сравнению с нефтеловушками в 5.10 раз меньше остаточное содержание загрязнений
и имеют в 5.10 раз меньшие габариты. Процесс осуществляется в две стадии:

1) насыщение воды воздухом под давлением;

2) выделение растворенного газа под атмосферным давлением.

Напорные флотационные установки имеют производительность от 5­10 до 1000.2000 м /ч. Они работают при давлении в напорной емкости 0,17.0,39 МПа, время пребывания в ней 14 минут, а во флотационной (емкости) камере 10.20 минут. Объем засасывания воздуха составляет 1,5.5% от объема очищаемой воды. В случае необходимости одновре­менного окисления загрязнений, воду насыщают воздухом, обогащенным кислородом или азотом. Для устранения процесса окисления вместо воз­духа на флотацию подают инертные газы.

Процессы флотационной очистки сточных вод

Шлам

Очищенная

Бода

Воздух

Сточная Вода

Рис. 6.5. Схема напорной флотации: 1 - емкость; 2 - насос; 3 - напорный бак; 4 - флотатор.

Эрлифтные установки применяют для очистки сточных вод в хими­ческой промышленности (рис. 6.6). Они просты по устройству, затрата энергии на проведение процесса в них в 2.4 раза меньше, чем в напорных установках. Недостаток этих установок - необходимость размещения фло­тационных камер на большой высоте:

Іочная Doc

Яища?)oqa

Mm

Рис. 6.6. Схема эрлифтной флотации: 1 - емкость; 2 - трубопровод; 3 - аэратор; 4 - труба эрлифта; 5 - флотатор.

Флотация с механическим дисперсированием воздуха.

Механическое диспергирование воздуха во флотационных машинах обеспечивается турбинками насосного типа - импеллерами, представляю­щими собой диск с радиальными обращенными вверх лопатками. Такие установки применяются для очистки сточных вод с высоким содержанием взвешенных частиц (более 2 г/л). Степень измельчения вихревых газовых потоков на пузырьки и эффективность очистки зависят от скорости враще­ния импеллера: чем больше скорость, тем меньше пузырек и тем больше эффективность процесса.

Пневматические установки применяют для очистки сточных вод, содержащих растворенные примеси, агрессивные к движущимся механиз­мам. Измельчение пузырьков воздуха достигается при пропускании его че­рез специальные сопла с отверстиями диаметром 1.1,2 мм, с давлением перед ними 0,3.0,5 МПа. Скорость струи воздуха на выходе из сопла 100­200 м/с. Продолжительность флотации - в пределах 15.20 мин.

Флотация при помощи пористых пластин.

При пропускании воздуха через керамические пористые пластины или колпачки получаются мелкие пузырьки, размер которых равен: R = 6(г2 о)1/4, (6.36)

Где R, r - радиусы пузырьков и отверстий; о - поверхностное натяжение воды.

Давление, необходимое для преодоления сил поверхностного натя­жения, определяется по формуле Лапласа:

АР = 4о/г. (6.37)

Этот метод имеет следующие преимущества: простая конструкция флотационной камеры; меньшие затраты энергии из-за отсутствия насосов, импеллеров. Недостатки способа: частое засорение и зарастание отверстий пористого материала; неоднородность размеров отверстий пористого ма­териалы.

Эффект флотации этим способом зависит от величины отверстий ма­териала, давления воздуха, расхода воздуха, продолжительности флотации, уровня воды во флотаторе. Размер отверстий должен быть 4.20 мкм, дав-

3 2

Ление воздуха 0,1.0,2 МПа, расход воздуха 40.70 м /(м ч), продолжи­тельность флотации 20.30 мин, уровень воды в камере до флотации 1,5.2м.

ПРОЦЕССЫ ИНЖЕНЕРНОЙ ЗАЩИТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Источники загрязнения атмосферы

Загрязнением окружающей среды можно назвать изменение качества среды, способное вызвать отрицательные последствия. Считается, что одинаковые агенты оказывают одинаковые отрицательные воздействия не­зависимо от их происхождения, поэтому пыль, источником которой явля­ется природное …

Абсорбция газовых примесей

Некоторые жидкости и твердые вещества при контакте с многокомпо­нентной газовой средой способны избирательно извлекать из нее отдельные ингредиенты и поглощать (сорбировать) их. Абсорбцией называется перенос компонентов газовой смеси в объем …

Пенная сепарация поверхностно-активных веществ

Пенное фракционирование основано на селективной адсорбции од­ного или нескольких растворенных веществ на поверхности газовых пу­зырьков, которые поднимаются вверх через раствор. Образовавшаяся пена обогащается адсорбированным веществом, что и обеспечивает парциаль­ную сепарацию …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел. +38 05235 7 41 13 Завод
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 067 561 22 71 — гл. менеджер (продажи всего оборудования)
+38 067 2650755 - продажа всего оборудования
+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи всего оборудования
e-mail: msd@inbox.ru
msd@msd.com.ua
Скайп: msd-alexandriya

Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Представительство МСД в Киеве: 044 228 67 86
Дистрибьютор в Турции
и странам Закавказья
линий по производству ПСВ,
термоблоков и легких бетонов
ооо "Компания Интер Кор" Тбилиси
+995 32 230 87 83
Теймураз Микадзе
+90 536 322 1424 Турция
info@intercor.co
+995(570) 10 87 83

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.