Флотационни системи за третиране на отпадни води

В и КСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 2, 2012

  Флотацията е физико-химичен метод, използван предимно за третиране на силно замърсени отпадни води. Прилагането на метода се счита за целесъобразно при необходимост от отстраняване от водата на емулгирани и суспендирани вещества с относителна плътност, по-малка или близка до относителната плътност на водата. Счита се за много подходящ и при третирането на индустриални отпадни води или като начален етап при третирането на битово-фекални отпадни води. Флотацията се явява и един от начините за уплътняване на утайките преди депониране или последваща преработка или обезводняване, като се характеризира с редица предимства пред гравитационното уплътняване. Сред посочваните предимства на флотационното уплътняване са: по-малката продължителност на процеса (скоростта на уплътняване по флотационния метод е около 10-15 пъти по-голяма в сравнение с гравитационното уплътняване); по-голямото уплътняване на утайките и фактът, че флотацията може да се регулира в зависимост от оперативното изменение на параметрите. Твърди се, че капиталните вложения се снижават с около 15-25%, а експлоатационните разходи - с 5-10%. Флотацията също така е широко използван метод за пречистване на отпадни води, които съдържат масла, мазнини, нефтопродукти, латекси, повърхностно-активни вещества и други. Намира приложение и в рудообогатителната промишленост.
Самият процес на флотация представлява интензивно изплуване на малки мехурчета от газ към повърхността на течността, заедно с прилепналите към тях дисперсни частици, при което се образува слой на повърхността на пречистената вода. Здравата връзка между частиците на утайките и газовите мехурчета се обуславя от силите на привличане на противоположните им електрични заряди (въздушните мехурчета са с положителен електрически заряд, а замърсяванията с отрицателен), както и от други молекулярни сили. Размерът на газовите мехурчета и на частиците, съответно, оказват влияние върху способността им да прилепват едни към други. Установено е, че по-дребните твърди частици прилепват с по-голяма вероятност към по-дребни газови мехурчета, поради което за извличане на финодисперсни частици се препоръчва използването на газови мехурчета с по-малки размери.

Флотационни процеси
Флотационните процеси в зависимост от вида и дисперсността на извличаните частици обикновено се класифицират като: пенна флотация, включваща извличане на твърди частици; пенна сепарация, при която се извличат разтворени вещества - ПАВ (в т.ч. на йони - йонна флотация); пленочна флотация - задържане на частици върху тънък течен слой (филм, пленка), образуван на границата на дисперсните фази; маслена флотация - извличане на твърди частици чрез масла, емулгирани в суспензията. Друга често използвана класификация е в зависимост от начина на образуване на газовите мехурчета. Според този критерий, флотацията бива: флотация с отделяне на въздуха, разтворен в суспензията - напорна флотация, вакуумна флотация; флотация чрез подаване на въздух под налягане през порьозни мембрани (филтроси) или засмукване на въздуха над водната повърхност чрез специални ротиращи устройства (импелери) и подаването му в суспензията през дюзи (импелерна флотация); електрофлотация (електролиза на водата - Н2О ® Н+ + ОН- ® + + 5е+ ® Н2­ + Н2О +О2­); биологична флотация (с биогаз от кисело гниене на първични утайки); химична флотация (карбонати + киселини ® СО2­) . По-често срещана класификация в зависимост от начина на насищане на дисперсната среда с газове или въздушни мехурчета е класифицирането на флотацията като напорна, механична и електрофлотация. За момента най-широко приложение в практиката намира напорната флотация, използвана за уплътняване на утайки. Обикновено тя се провежда по два начина: чрез непосредствено насищане на утайките с въздух в хидрофор и нагнетяването им в уплътнителя или като в уплътнителя се подават едновременно утайки и работна вода под налягане от около 0,4 МРа, наситена с разтворен въздух. Като работна вода може да се използва биологично пречистена или отделяща се от уплътнителите вода. Индиректната напорна флотация с използване на рециркулираща или работна вода е сред най-често прилаганите. Насищането на работната вода с въздух обикновено е посредством хидрофор в продължение на 2-3 min при налягане 0,3 - 0,4 МРа. Добре е да се има предвид, че влиянието на съотношението между количеството на наситената с въздух вода и количеството на уплътняваните утайки върху ефекта на флотацията е значително. С увеличаване на това съотношение степента на разделяне на дисперсната фаза от дисперсната среда, т. е. флотационният ефект се увеличава.
Съществено предимство на флотацията пред утаяването е, че извлеченият пенен концентрат е с много по-ниска влажност.

При флотационното пречистване на отпадни води е възможно допълнително добавяне на флотореагенти. Пречистване на някои видове отпадни води обаче може да се извършва и без добавяне на флотореагенти, тъй като такива вещества се съдържат в тях. Освен това, въвеждането допълнително на флотореагенти оскъпява пречистването и усложнява експлоатацията. Ефектът на флотационното пречистване зависи в голяма от размера, количеството, стабилността и равномерното разпределение на въздушните мехурчета във водата за пречистване.

Използвани флотореагенти
Флотационните реагенти обикновено се подразделят на събиратели, пенообразуватели и регулатори. Събирателите обикновено са органични съединения, в чиито водни разтвори суспендираните твърди частици стават хидрофобни. Във водна среда молекулите им се сорбират с полярната си хидрофилна част към твърдата фаза, а неполярната им хидрофобна част се ориентира към водната фаза. Като събиратели се използват предимно органични карбонови киселини, ароматни съединения, сапуни, ксандогенати, сулфонати и др.

Пенообразувателите са органични вещества и неорганични електролити (ПАВ), които се сорбират на граничната повърхност вода/въздух, повишавайки устойчивостта на газовите мехурчета и намалявайки техните размери. Като пенообразуватели се използват тежки пиридини, нисши мастни киселини, боров терпентин, високомолекулярни спиртове и др.

Регулаторите са вещества, променящи избирателно хидрофобността на един или друг вид суспендирани частици. В зависимост от ефекта им в това отношение те биват активатори и депресори. Като регулатори се използват определени киселини, основи, техни соли, електролити, органични и неорганични  вещества.

Флотатори
Обикновено за протичане на флотацията се използват специални съоръжения, наречени флотатори.
В практиката при използването на флотацията за уплътняване на утайките, приложение намират основни три вида флотационни уплътнители - хоризонтални, радиални и вертикални. Широко приложение намират правоъгълните хоризонтални уплътнители. Те обхващат три зони - смесване, флотация и утаяване. В първата зона постъпващите утайки се смесват с работната вода, след което така получената смес постъпва във флотационната камера, през специални процепи в наклонената стена между двете зони. За отстраняване на флотационната пяна (изнесените и уплътнени материи върху повърхността) и утайките по дъното се използват лентови транспортьори, гребла или прибутващи устройства. Леките уплътнени материи се отвеждат по специален улей извън съоръжението. Утайките се изваждат от дъното под действието на хидростатичен натиск. Водата, отделена от утайките, прелива през преливни устройства и се оттича по тръбопровод, а част от нея циркулира като работна вода в системата.

Препоръчително е при избиране на геометричните размери на хоризонталните уплътнители отношението на широчината към дължината да бъде в границите от 1:2 до 1:4. Отношението на дълбочината към дължината на съоръжението следва да е от 1:2 до 1:8. Обикновено дължината им е от 10 до 25 m, дълбочината от 2,5 до 3 m, а широчината - от 2 до 6 m.

За радиалните уплътнители препоръчителната дълбочина е от 2,70 до 3,30 m, а диаметърът - от 4 до 18 m.

Специфики на електрофлотацията
Уплътняването чрез електрофилтрация се извършва в съоръжения, наречени електрофлотатори. Методът се състои в изнасяне на твърдата фаза на утайките върху повърхността с помощта на мехурчета водород, образувани при електролизата на утайката. Могат да се използват неразтворими и разтворими (железни или алуминиеви) електроди. Работните обеми на електрофилтрите са по-малки от тези на напорните флотатори.

Уплътнените излишни активни утайки, с начална влажност 99% и с времепрестой в зоната на уплътняването 120 минути, намаляват влажността си до 90,4 %.




ЕКСКЛУЗИВНО

Top