Статьи / Флотация как процесс очистки сточных вод

Флотация как процесс очистки сточных вод

22.12.2010

Флотация (франц. flottation, от flotter – плавать) – это процесс разделения мелких твёрдых частиц (главным образом минералов), основанный на различии их в смачиваемости водой. Гидрофобные (плохо смачиваемые водой) частицы избирательно закрепляются на границе раздела фаз, обычно газа и воды, и отделяются от гидрофильных (хорошо смачиваемых водой) частиц. При Флотации  пузырьки воздуха или капли масла прилипают к плохо смачиваемым водой частицам и поднимают их к поверхности.

 Флотация  – один из основных методов обогащения полезных ископаемых, применяется также для очистки воды от органических веществ и твёрдых взвесей, разделения смесей, ускорения отстаивания в химической, нефтеперерабатывающей, пищевой и др. отраслях промышленности.

Увеличение объёмов и расширение области применения  процесса Флотации связано с пенной флотацией, при которой обработанные реагентами частицы выносятся на поверхность воды пузырьками воздуха, образуя пенный слой, устойчивость которого регулируется добавлением пенообразователей. Для образования пены предлагается: метод энергичного перемешивание пульпы с одновременным пропусканием воздуха сквозь мелкие отверстия барбатёра, либо без перемешивания если достаточно барбатажа.

Сущность прцесса флотации заключается в следующем. При сближении в водной среде пузырька воздуха и гидрофобной поверхности минеральной частицы (см. Лиофильность и лиофобность), адгезия которой к воде менше когезии воды, разделяющая их водная прослойка при достижении некоторой критической толщины становится неустойчивой и самопроизвольно прорывается. Этот этап завершается полным смачиванием частицы, обеспечивающим прочное слипание пузырька и частицы. Вследствие того, что плотность комплексов, или агрегатов "пузырьки - частицы", меньше плотности пульпы, они всплывают (флотируют) на её поверхность и образуют пенный минерализованный слой, который удаляется из флотатора.

На флотацию  влияют ионный состав жидкой фазы пульпы, растворённые в ней газы (особенно кислород), температура, плотность пульпы.

Лучше всего флотацией  разделяются частицы размером 0,1–0,04 мм. Более мелкозернистые частицы разделяются хуже, а частицы мельче 5 мкм ухудшают весь процесс флотации более крупных частиц за счёт уменьшения площади прилипания пузырьков воздуха (налипания на них). Отрицательное действие частиц микронных размеров уменьшается специфическими реагентами такими как флокулянты и коагулянты. Крупные (1–3 мм) частицы при флотации отрываются от пузырьков и не флотируются. Поэтому для флотации  крупных частиц (0,5–5 мм) разработаны способы пенной сепарации, при которых пульпа подаётся на слой пены, удерживающей только гидрофобизированные частицы.

Процесс  флотации  — образования комплекса пузырек-частица происходит в три стадии: сближение пузырька воздуха и частицы в жидкой фазе, контакт пузырька с частицей и прилипание пузырька к частице. Прочность соединения пузырек-частица зависит от размеров пузырька и частицы, физико-химических свойств пузырька, частицы и жидкости, гидродинамических условий и других факторов.

Процесс очистки стоков при  флотации  заключается в следующем: во флотаторе поток жидкости и поток воздуха (мелких пузырьков) в большинстве случаев движутся в одном направлении. Взвешенные частицы загрязнений находятся во всем объеме сточной воды и при совместном движении с пузырьками воздуха происходит агрегирование (процесс слипания) частиц с воздухом. Если пузырьки воздуха значительных размеров, то скорости воздушного пузырька и загрязненной частицы различаются так сильно, что частицы не могут закрепиться на поверхности воздушного пузырька. Кроме того, большие воздушные пузырьки при быстром движении сильно перемешивают воду, вызывая разъединение уже соединенных воздушных пузырьков и загрязненных частиц. Поэтому для нормальной работы флотатора во флотационную камеру не допускаются пузырьки более определенного опытным методом размера.



Напорная  флотация 

Этот вид  флотации  выполняется в две стадии: насыщение воды воздухом под давлением; выделение пузырьков воздуха соответствующего диаметра и всплытие взвешенных и эмульгированных частиц примесей вместе с пузырьками воздуха. Если  флотация  проводится без добавления реагентов, то такая  флотация  относится к физическим способам очистки сточных вод.

Способ напорной флотации позволяет путем регулирования давления легко изменять количество растворенного воздуха и размер пузырьков, вводимых в обрабатываемую воду, в зависимости от состава взвеси в исходной воде. Флотация - это процесс, основанный на всплывании коллоидных и дисперсных примесей вместе с пузырьками воздуха и образовании на поверхности флотатора пены.

Импеллерная  флотация 
Флотаторы импеллерного типа применяют для очистки сточных вод нефтяных предприятий от нефти, нефтепродуктов и жиров. Их также можно использовать для очистки сточных вод других предприятий. Данный способ  флотации  в промышленности применяют редко из-за его небольшой эффективности, высокой турбулентности потоков во флотационной камере, приводящей к разрушению хлопьевидных частиц, и необходимости применять поверхностно-активные вещества.

 Флотация  с подачей воздуха через пористые материалы
Для получения пузырьков воздуха небольших размеров можно использовать пористые материалы при  флотации , которые должны иметь достаточное расстояние между отверстиями, чтобы не допустить срастания пузырьков воздуха над поверхностью материала. На размер пузырька большое влияние оказывает скорость истечения воздуха из отверстия. Для получения микропузырьков необходима относительно небольшая скорость истечения. 

Флотируемость частиц различной крупности зависит от размеров пузырьков воздуха, которые определяются поверхностным натяжением на границе вода - воздух. 

С понижением поверхностного натяжения эффективность очистки воды флотацией повышается,    также повышает эффект флотации предварительное коагулирование примесей воды. В зависимости от характера содержащихся в воде загрязнений флотационная обработка осуществляется либо одним воздухом, либо воздухом в сочетании с различными реагентами, чаще всего - коагулянтами.

Использование коагулянтов позволяет значительно повысить эффективность флотационной очистки и удалять загрязнения, находящиеся в воде в виде стойких эмульсий и взвесей, а также в коллоидном состоянии.

Целевые продукты флотации направляют для обезвоживания в непрерывно действующие отстойники-сгустители, гидросепараторы или гидроциклоны (40-60% влаги в сгущенном продукте), фильтры (10-15%) и сушилки (1-3% влаги). Для ускорения сгущения и отстаивания пульпу обрабатывают реагентами-флокулянтами (полиакриламид, полисахариды и др.).

ðàçðàáîòêà ñàéòîâ, âåá äèçàéí