Флотация широко используется в горной промышленности. Этот процесс основан на принципе отделения твердых веществ, обладающих различной способностью смачиваться водой.
При очистке воды или обработке осадка, образовавшегося в результате очистки воды, обычно не требуется выделять из суспензии какие-то определенные вещества и оставлять в ней другие. Если такое разделение веществ и желательно, то ценность выделяемых продуктов не всегда компенсируется стоимостью затраченных реагентов.
Флотация может быть самопроизвольной, если плотность отделяемых частиц меньше, чем у воды. Она может быть вызвана искусственно прикреплением пузырьков воздуха или газа к удаляемым частицам, в результате чего — плотность частиц оказывается меньше, чем у воды.
Совершенно похожее, но нежелательное явление — образование пены внутри метантенка, которая может содержать 20— 40% сухого вещества несмотря на то, что плотность их только 0,8—0,7 кг/л.
Самопроизвольное флотационное уплотнение наблюдается в результате ферментации в больших сборниках органического ила, расположенных в пустынных районах.
Самопроизвольная флотация используется в основном для первоначального отделения масел в процессе очистки стоков нефтеочистительных заводов, прокатных станов и т. д. На рисунке ниже показаны восходящие скорости потока v, мм/с, для различных по размеру капелек углеводородов. Эти величины используют как основные параметры для расчета статического сепаратора масел.
Восходящие скорости потока v, мм/с, для различных по размеру капелек углеводородов.
Для очистки воды, не содержащей парафиноподобных или других объемных отходов, с внутренней стороны сепаратора может быть смонтирован ряд параллельных наклонных пластинок с расстоянием между ними в несколько сантиметров. Эти пластинки выполняют две функции: улучшают распределение в вертикальной плоскости воды, из которой должно быть отделено масло, и способствуют коалесценции, так как имеют большую площадь поверхности контакта.
Масло накапливается под нижней поверхностью пластинок и затем движется по направлению вверх. Однако пластинки часто осложняют эксплуатацию, поскольку неизбежна периодическая очистка их.
Механическая флотация. В этом процессе применяют механическое диспергирование пузырьков воздуха размером от 0,1 до 1 мм. Механическую флотацию используют главным образом с целью обогащения руд вспениванием. Из дробленой руды с размером частиц менее 0,2 мм готовят водную суспензию, к которой добавляют пенообразующее вещество и коллектор-агент, способствующий слипанию пузырьков воздуха и частиц руды и придающий им гидрофобность. Иногда для усиления действия коллектор-агента к суспензии добавляют активатор. При необходимости сепарации определенных веществ в воду добавляют селективные депрессанты, подавляющие флотацию нежелательных примесей. Часто требуется корректировка pH.
Кондиционированная таким образом суспензия вводится в центр ротора, вращающегося с большой скоростью и одновременно засасывающего воздух. Дробление воздушных пузырьков обычно происходит во время продавливания эмульсии через кожух, окружающий ротор.
Этот процесс не применяется для воды, в которой отделяемые примеси образуют более или менее легкие осадки.
Одним из вариантов процесса механической флотации, применимого к обработке воды, является диспергирование воздуха с помощью системы «Вортимикс».
Флотация с применением продувки жидкости пузырьками воздуха. Это самопроизвольная флотация, интенсифицированная продувкой жидкости воздухом (диаметр пузырька несколько миллиметров).
Для образования пузырьков используют пористые материалы. Когда обрабатываются высококонцентрированные жидкости, пузырьки средних размеров рассеиваются таким образом, чтобы вызвать турбулентное движение, поддерживающее распределение пузырьков воздуха. Размеры пузырьков должны быть достаточно маленькими, чтобы обеспечить их прикрепление к флотируемым частицам.
Для удаления легких веществ (жиров, нефтепродуктов, больших волокон бумаги и т. д.) в установках обычно предусмотрены две раздельные зоны: в первой происходит смешивание и эмульгирование, а во второй, спокойной зоне, — флотация. На рисунке ниже показан принцип работы.
Флотация с применением продувки жидкости пузырьками воздуха.
В зоне эмульгирования взвешенные вещества взбалтываются и перемешиваются воздухом. Путь пузырьков увеличивается в результате движения потока по спирали. В зонах отделения и сбора флотируемых веществ пересекающий поток очень медленный и турбулентность уменьшается.
Флотация с применением растворенного воздуха. Область практического применения термина «флотация» при очистке воды ограничена процессами, использующими очень маленькие пузырьки или микропузырьки размером 40—70 мкм подобные тем, которые содержатся в «белой воде», вытекающей из крана магистрального трубопровода высокого давления.
Флотация твердых частиц подчиняется тем же законам, что и процессы седиментации, но в «обратном» поле сил. Прежде всего, это флотация, подчиняющаяся закону Стокса. В случае флокулированных частиц или очень тяжелой суспензии происходит «диффузная флотация». Кроме того, возможна флотация через взвешенный слой осадка. Однако есть основания подумать, как создается этот слой и в какой степени он может рассматриваться как однородный.
Однородность и непрерывность обусловлены диаметром пузырьков, выделяемых в жидкость.
Пузырьки диаметром 20 мкм движутся вверх со скоростью, равной нескольким миллиметрам в секунду, тогда как у пузырьков диаметром в несколько миллиметров скорость в 10—30 раз больше.
Если эмульсия вводится в одной точке сооружения, а выводится в другой, то период иммерсии пузырьков воздуха в воде, а также пространство, заполняемое пузырьками, будет больше при меньшей скорости движения пузырьков воздуха вверх и при меньшем их диаметре.
Для флотатора с определенным поперечным сечением расход воздуха значительно увеличивается при переходе от микропузырьков к пузырькам с размерами в несколько миллиметров при условии достаточно равномерного распределения пузырьков по всему поперечному сечению установки. Но в то же время с увеличением скорости потока воздуха создается турбулентное движение, затрудняющее сепарацию, и осуществляется механическое перемешивание.
Пузырьки обеспечивают эффект флотации только на тот промежуток времени, пока они прилипли к частицам. Обычно предполагается, что диаметр пузырьков меньше диаметра частиц или хлопьев в суспензии.
Процесс флотации, использующий другие средства, чем микропузырьки, может быть использован только в суспензии, содержащей легкие и объемные вещества, поверхность осадков которых не нарушается вихревым движением.
В области очистки воды применяют очень много способов флотации:
- отделение флокулированных веществ при осветлении поверхностных вод (вместо отстаивания холодных, низкоминерализованных вод, насыщенных органическими веществами);
- отделение флокулированных и нефлокулированных масел, содержащихся в сточной воде нефтеочистительных заводов, аэропортов и сталелитейных заводов;
- отделение гидроксидов металлов или пигментов при очистке производственных сточных вод;
- уплотнение активного ила (или смеси активного ила и осадка из первичных отстойников), образующегося при обработке органосодержащих сточных вод на очистных сооружениях.
Оборудование следует применять с учетом метода, используемого для образования пузырьков, метода подачи воды во флотатор, формы сооружения и метода сбора пены.
Наиболее широко используемым техническим приемом для получения микропузырьков является нагнетание воздуха в раствор под давлением. Пузырьки образуются в растворе, обогащенном растворённым воздухом под давлением в несколько сот кПа. Насыщают воздухом под давлением или сырой сток, или рециркуляционную воду. Количество воды, насыщенной воздухом, составляет только часть расхода воды, поступающей на очистные сооружения; это количество колеблется от 10 до 30% очищаемого расхода воды при давлениях от 0,8 до 0,3 МПа. В среднем около 60% избыточного воздуха растворяется в воде в зависимости от скорости насыщения при атмосферном давлении. Следовательно, потребление сжатого воздуха колеблется от 15 до 50 л на 1 м3 обработанной воды.
Если количество флотируемых веществ велико и желательно их уплотнить, как в случае с активным илом, то рециркуляционный расход может достигать 200%-ного номинального расхода флотатора. Это возможно при использовании полиэлектролитов и концентрации ила, достигающей 3—6% при удельных нагрузках от 5 до 13 кг по сухому веществу на 1 м3/ч при нисходящей скорости 2 м/ч.
Электрофлотация — это другой технический прием, целью которого является образование пузырьков газа кислорода и водорода при электролизе воды с помощью соответствующих электродов. Аноды высоко чувствительны к коррозии, а катоды — к накипи при удалении карбонатов. Если необходимо предохранять аноды, то применяют титановую защиту, а если это невозможно, то периодически меняют электроды с целью самоочищения. Может быть также использована предварительная химическая очистка воды или периодическая очистка катодов от накипи.
Плотность тока практически равна 80—90 А/м2. На 1 м2 площади поверхности флотатора в 1 ч образуется 50—60 л газа. Скорость потока равна 4 м3/(ч-м)2.
Флотацию часто применяют с предварительной флокуляцией; при использовании флокулянтов. При этом размер хлопьев увеличивается и возрастает площадь поверхности частиц. Это улучшает прилипание пузырьков и увеличивает восходящую скорость движения хлопьев.
Скорости сепарации, или нисходящие скорости потока воды, используемые во флотаторах, изменяются в зависимости ог характера очищаемой суспензии и метода получения и распределения микропузырьков.
Для флотаторов на нисходящую скорость и концентрацию флотируемого осадка сильно влияет соотношение:
количество растворенного воздуха / количество флотируемого вещества
Чем больше это соотношение, тем больше сила, приложенная к частицам и направленная вверх, тем выше нисходящая скорость, ниже плотность осадка и больше его концентрация по сухому веществу. Эта скорость не может превышать скорость пузырьков, двигающихся вверх. Как указывалось выше, очень малый размер пузырьков способствует их распределению по всей поверхности и повышает .эффективность сепарации, но это может иногда ограничивать скорость . прохождения воды через флотатор, а следовательно, и снижать количество очищенной воды на выходе из установки.
В холодных маломинерализованных поверхностных водах, в которых легкие хлопья, естественно, могут быть без труда отделены флотацией, восходящая скорость потока достигает 5— 8 м/ч. При отделении нефтепродуктов во флотаторе эта скорость изменяется от 3 до 7 м/ч в соответствии с видом нефтепродуктов и необходимой степенью очистки.
В сточных водах обычно невозможно флотировать все взвешенные вещества. Неизбежно довольно большая часть тяжелых веществ будет накапливаться на дне флотатора. Следовательно, флотаторы должны быть оборудованы системой для удаления осадка со дна сооружения (коническое днище с отвесными стенками или илоскребы).
Дешевые и качественные светодиодные светильники купить можно на http://www.kvazar-gr.ru/.