14.1. Общие сведения

Флотационные установки применяют для удаления из сточных вод масел, жиров, нефтепродуктов, латексов, смол, гидроокисей, продуктов органического синтеза, поверхностно-активных веществ, тонкодиспергированных взвешенных веществ, имеющих гидравлическую крупность до 0,01 мм/с и менее, некоторых эмульгированных жидкостей, гидроокисей тяжелых металлов, полимеров и т. д., а также для разделения иловых смесей.

При оптимальных условиях эффект очистки достигает 85—95%. Флотация частиц к поверхности осуществляется пузырьками тонкодиспергированного в воде воздуха или газа. Частицы прилипают к поверхности газовых (или воздушных) пузырьков, образуя аэрофлокулы. Этот процесс зависит от размеров и смачиваемости поверхности частиц, частоты столкновения и сил взаимного притяжения и отталкивания частиц и пузырьков.

Процесс образования аэрофлокул может быть интенсифицирован за счет применения различных реагентов собирателей, пенообразователей, регуляторов, которые способствуют гидрофобизации поверхности частиц, повышению дисперсности и устойчивости газовых пузырьков, активации процесса флотации. При флотационной очистке применяют следующие реагенты: соли железа и алюминия, флокулянты марок ВПК-101, ПЭИ, ППС, ПАА, а также для корректирования рН — едкий натр, известь или кислоту. Промышленный выпуск флокулянта ВПК-101 намечен в ближайшие годы.

Рис. 14.1. Растворимость воздуха в воде при различных давлениях и температуре
Q — количество растворенного воздуха, г/кг или мл/л воды; t — температура воды, °С; Р — давление, кПа/100

Наиболее эффективное удаление загрязнений достигается при соизмеримых размерах пузырьков воздуха и извлекаемых частиц и равномерном распределении пузырьков воздуха во всем объеме жидкости, а также достаточной стабильности аэрофлокул. Расход воздуха размер пузырьков зависит от технологической схемы флотации, и способов насыщения сточной воды воздухом. Различают компрессионный (напорный), механический (импеллерный), барботажный, биологический, электрический, химический и вакуумный способы флотации. Размер образующихся пузырьков зависит от физико-химических свойств сточной воды, способов их образования и колеблется в пределах от нескольких сантиметров при барботажном способе до 80—20 мкм при напорной флотации и электрофлотации.

Наиболее широкое применение в практике очистки сточных вод и разделения иловых смесей получила компрессионная (напорная) флотация. При напорной флотации жидкость пропускают через сатуратор, в котором происходит ее насыщение воздухом под давлением. Воздух вводят с помощью компрессора либо через эжектор, установленный на перемычке между всасывающим и напорным патрубками центробежного насоса. Количество растворяющегося воздуха зависит от температуры воды и давления в сатураторе (рис. 14.1). Обычно давление в сатураторе составляет 0,3—0,5 МПа, Из сатуратора вода поступает во флотационную камеру, в которой за счет снижения давления до атмосферного происходит выделение растворенного воздуха и осуществляется процесс флотации. Флотаторы оборудуются устройствами для сбора и удаления взвешенных веществ (пены), а также выпавших в осадок (нефлотируемых).

При прямоточной флотации весь объем обрабатываемой сточной воды поступает в сатуратор, при рециркуляционной — в сатуратор подается 20—50% осветленной сточной воды. При частично-прямоточной, флотации в сатуратор направляется около 30—70% неочищенной сточной воды, а остальная часть — непосредственно во флотационную камеру. При использовании peaгентов схема дополняется соответствующие ми устройствами (смесителями, камерой-хлопьеобразования и т.д.).

Прямоточная схема позволяет насыщать весь объем очищаемой сточной воды воздухом. При подаче воды во флотационную, камеру микропузырьки воздуха возникают непосредствен но на частицах загрязнений, что обеспечивает оптимальные условия образования аэрофлокул. Прямоточная схема наиболее проста в осуществлении и эксплуатации, однако она требует высоких энергетических затрат. Эту схему нецелесообразно применять при извлечении из сточной воды коллоидных или хлопьевидных частиц, которые могут быть разрушены в про¬цессе сатурации или при перекачке центробежным насосом.

Рециркуляционную флотацию применяют при очистке стоков, содержащих хлопьевидные взвешенные вещества, при использовании коагулянтов и флокулянтов, а также при доочистке биологически очищенных сточных вод и уплотнении активных илов. В этом случае общий расход подаваемого воздуха меньше, чем при прямоточной флотации. Удельный расход воздуха на единицу удаляемого вещества регулируется количеством рециркулирующей сточной воды. При рециркуляционной флотации необходимо увеличивать объем флотационной камеры.

Частично-прямоточная схема позволяет сократить энергетические затраты по сравнению с прямоточной и не требует увеличения объема флотационной камеры по сравнению с рециркуляционной схемой. Реагенты подают в смесительное устройство в дозах, необходимых для обработки всего количества сточной воды. При совместном использовании коагулянтов и флокулянтов их вводят в сточную воду последовательно с интервалом 1—3 мин.

При флотации осадков сточных вод гидравлические нагрузки должны быть снижены на 40%. а дозы реагентов увеличены. При флотации биологически очищенных сточных вод нагрузку следует увеличить на 30—40% по сравнению с условиями очистки воды. Электрофлотационные установки применяют для обработки небольших количеств сточных вод и технологических растворов при расходе не более 20—40 м3/ч с высоким содержанием соли и низкой электропроводностью. Для очистки сточной воды потребляется постоянный ток низкого напряжения 0,2—1,2 кВт/м3; продолжительность обработки 5—20 мин. При электрофлотации можно применять флокулянты и коагулянты. Возможно также использовать комбинированные схемы напорной флотации и электрофлотации.

Концентрированные сточные воды, содержащие вещества, легко переходящие в пену, очищают импеллерными флотационными машинами. Для повышения эффекта очистки применяют пенообразователи. В практике очистки сточных вод используют флотационные машины, выпускаемые для обогащения полезных ископаемых. Вакуумную флотацию целесообразно применять для очистки небольших расходов сточных вод с высоким содержанием растворенных газов, а также после напорной флотации. В зарубежной практике применяют комбинацию этих способов.

Пенную (барботажную) флотацию используют, чтобы удалять из сточных вод вещества, обладающие поверхностно-активными свойствами.