Флотация с выделением воздуха из раствора

Этот способ довольно широко применяется в практике очистки сточных вод, содержащих очень мелкие частицы загрязнений, поскольку позволяет получать самые мелкие пузырьки воздуха. Сущность его заключается в создании пересыщенного раствора воздуха в сточной жидкости. Выделяющийся из такого раствора воздух образует микропузырьки, которые и флотируют содержащиеся в сточной жидкости загрязнения.

В зависимости от того, как создается пересыщенный раствор воздуха в воде, рассматриваемый способ флотации можно подразделить на вакуумную, напорную или эрлифтную. Последняя в той или иной мере может быть отнесена также и к способу флотации с механическим диспергированием воздуха, поскольку мелкие пузырьки воздуха при этом образуются двояким путем.

Вакуумные установки. Преимуществами вакуумной флотации перед другими способами насыщения сточных вод воздухом является то, что образование пузырьков газа, их слипание с частицами загрязнений и всплывание агрегатов пузырек — частица происходит в спокойной среде, вероятность обратного процесса (разрушения агрегатов) сводится к минимуму, и затраты энергии на насыщение жидкости воздухом, на образование и измельчение пузырьков, т. е. па весь процесс флотации минимальны.

К числу недостатков следует отнести незначительную и ограничейную степень насыщения стоков пузырьками газа, что сужает диапазон применения вакуумной флотации и не позволяет применять ее для жидкостей со сравнительно высокой концентрацией (более 250—300 мг/л) нерастворенных загрязнений, способных флотироваться.

Вторым недостатком является необходимость сооружения герметически закрытых резервуаров, в которых можно осуществлять частичный вакуум, с размещением внутри них скребковых механизмов, что сопряжено с определенными конструктивными и, главное, эксплуатационными трудностями. Любой, даже очень мелкий, ремонт и осмотр механической части невозможен без полного выключения флотационной камеры из работы.

Вакуумная флотационная установка, предназначенная для предварительной очистки бытовых сточных вод, представляет собой герметический резервуар диаметром 10,5 м и высотой 3,6 м (глубина воды 3,1 м) с купольным перекрытием. Под днищем резервуара имеется технологическое помещение, где размещаются подающие и отводящие трубы, шламо- и грязеприемник, насосы для откачки шлама и осадка и пульт управления. Сточная жидкость, поступающая на флотацию, предварительно насыщается воздухом в течение 1—2 мин в аэрационной камере механическим аэратором. Мэйс, исследовавший различные способы насыщения стоков воздухом перед вакуумной флотацией, нашел, что наилучшим, а соответственно, и более эффективным является метод, когда в аэрационную камеру воздушно-водяная эмульсия подается насосом. Из камеры аэрации сточные воды переливаются в деаэратор для удаления нерастворившегося воздуха.

Затем под действием разрежения сточные воды поднимаются во флотационную камеру, где оказываются под пониженным давлением. Растворившийся при атмосферном давлении воздух выделяется в виде микропузырьков и выносит часть загрязнений в пенный слой. Скапливающаяся пена вращающимися скребками отводится в пеносборник, а оттуда — в грязеприемник. Кроме поверхностных, флотационная камера оборудована еще донными скребками для удаления осадка, выпавшего на дно. Осветленная вода собирается кольцевым желобом, отделенным от камеры дырчатой перегородкой из листовой стали, и направляется на дальнейшую обработку.

Разрежение во флотационной камере составляет 225—300 мм рт. ст. и первоначально создается вакуум-насосом, который в дальнейшем может работать непрерывно или периодически, откачивая сравнительно небольшое количество газа, выделяющегося во флотационной камере. Чтобы осветленная вода могла вытекать из резервуара с пониженным по сравнению с атмосферным давлением, следует, чтобы разность геодезических отметок уровней воды во флотационной камере и сооружении, куда поступает осветленная вода, была больше величины разрежения, выраженной в метрах водяного столба (желательная разность отметок 8—10 м). В противном случае необходимо устанавливать насосы для откачки осветленной жидкости из флотационной камеры. Поэтому использование вакуумной флотации ограничено, а более целесообразна напорная или безнапорная флотация.

Продолжительность пребывания сточной жидкости в камере флотации около 20 мин. Средняя нагрузка на 1 м2 водного зеркала составляет около 220 м3/сут.

Флотационная камера выполнена в виде горизонтального отстойника с понижением днища к месту выпуска осветленной жидкости и шлама. Предварительное насыщение сточной жидкости воздухом осуществляется воздушным эжектором. Скребки для сгребания пены отсутствуют. Движение всплывшего шлама к отводящему лотку происходит за счет горизонтального перемещения жидкости на поверхности, создаваемого конструкцией выпуска и принудительным отсосом шлама из сборного лотка специальным насосом, действием которого одновременно поддерживается разрежение в камере. Для того чтобы налипание шлама на стенки не препятствовало его продвижению к сборному лотку, камера оборудована трубопроводами с отверстиями. Через них некоторое количество сточной жидкости подается на стены и смывает налипающие загрязнения.

Эта конструкция проще, чем предыдущая, и может применяться, если образующийся на поверхности шлам легок и подвижен.

Размеры и производительность одной такой камеры ограничиваются горизонтальной протяженностью пути, по которому шлам может перемещаться без помощи скребков.

Напорные установки. Напорная флотация обладает более широкими возможностями при очистке сточных вод, чем вакуумная, хотя последняя несомненно экономичнее, так как позволяет в более широких пределах регулировать степень пересыщения и подбирать ее в соответствии с желаемым эффектом.

Из приемного резервуара сточные воды забираются насосом и перекачиваются через напорный резервуар в приемное отделение флотационной камеры. На всасывающем трубопроводе насоса имеется патрубок для подсоса воздуха. Воздух, поступив через насос в напорный резервуар, в результате повышения давления растворяется в жидкости. Объем напорного резервуара рассчитывается на необходимую продолжительность насыщения (от 0,5 до 5 мин). Если насосы расположены далеко от флотационной камеры, что характерно для сооружений большой производительности, необходимая продолжительность насыщения стоков воздухом может быть обеспечена в напорных трубопроводах, тогда устройство напорного бака излишне. Вообще, для сокращения объема бака следует учитывать время пребывания сточных вод в напорном трубопроводе.

Для различных случаев очистки насос создает давление от 1,5 до 4 атм и выше, чаще всего 2—3 атм. При таком давлении и температуре стоков 20—25° С растворяется от 30 до 50 л воздуха на 1 м3жидкости. Этого количества воздуха достаточно, чтобы после резкого снижения давления в приемной части флотационной камеры образовалась воздушно-водяная эмульсия за счет выделившихся из раствора микропузырьков, которые прилипая к частичкам взвеси и других нерастворенных, способных флотироваться, примесей, вынесут большинство их в пенный слой.

Собирающаяся на поверхности флотационной камеры пена (шлам) скребковым транспортером сгоняется к шламоотводящему лотку. Осветленная вода удаляется из нижней части камеры.

Если количество воздуха, пропускаемое через насос, превышает 2—3% от количества перекачиваемой жидкости, то это отрицательно сказывается на работе насоса. В таком случае впуск воздуха в сточную жидкость осуществляется воздушным эжектором, установленным либо на напорном трубопроводе, либо на перемычке, соединяющей напорный трубопровод со всасывающим. Используют эти схемы даже в тех случаях, когда насос работает на предельной высоте всасывания или под заливом. Следует отметить, что впуск воздуха во всасывающий трубопровод непосредственно или через эжектор ускорит время его растворения по сравнению с расчетным по формулам, что объясняется диспергирующим действием вихревых потоков, создаваемых рабочим колесом центробежного насоса.

Существенное влияние на режим подачи воздуха в насос, а следовательно, на его устойчивую работу и долговечность оказывает изменение вакуумметрической высоты всасывания, вызванное колебаниями уровня воды в приемном резервуаре. Эти колебания бывают настолько значительными, что могут вызвать срыв вакуума и остановку насоса. Поэтому, если колебания уровня воды в приемном резервуаре превышают 1 м, то рекомендуется автоматическое регулирование подачи воздуха в насос в зависимости от уровня воды в приемном резервуаре.

Сами флотационные камеры могут быть различных конструкций. В ряде работ, относящихся к флотационной очистке нефтесодержащих сточных вод, указывается, что количество воды, подаваемой насосами, может составлять от 20 до 50% общего количества сточных вод.

Если осуществляется предварительная коагуляция сточной воды, используют схемы с рециркуляцией или частичной перекачкой сырого стока, что не вызывает разрушения хлопьев в насосе.

В ряде случаев такие схемы дают достаточный эффект очистки и снижают энергетические затраты на перекачку. Но возможен и иной подход к данному вопросу. Если концентрация загрязнений в сточных водах велика, обычная (прямая) напорная флотация из-за ряда причин может оказаться малоэффективной. В то же время такие способы флотации как импеллерная, пневматическая, с подачей воздуха через пористые плиты, обеспечивающие высокую степень насыщения жидкости воздухом, малоэффективны при флотации коллоидных и хлопьевидных частиц. Тогда может оказаться приемлемой напорная флотация с рабочей жидкостью. Рабочая жидкость (любая относительно чистая вода, имеющаяся на очистных сооружениях, в том числе очищенная на флотационной установке) в количестве, установленном для достижения необходимого удельного расхода воздуха, насыщается воздухом. Объем ее должен быть более 1 на 1 объем очищаемого стока.

Таким образом, следует различать схемы с обычной рециркуляцией, когда рециркуляционный расход не превышает расхода неочищенной сточной жидкости, и с подачей (рециркуляцией) рабочей жидкости, расход которой больше расхода неочищенной сточной жидкости.

В последнем случае улучшение флотации происходит как за счет сохранения хлопьевидной структуры загрязнений, так и за счет более быстрого всплывания агрегатов в менее стесненных условиях. Рабочую жидкость используют для очистки стоков, имеющих высокую концентрацию нерастворенных примесей (до нескольких граммов в литре), как, например, во флотационных илоуплотнителях.

Условия, необходимые для получения нужного или максимального эффекта очистки (количество воздуха или давление, обеспечивающее достаточное насыщение воздухом, добавление флотореагентов и др.), должны быть в каждом отдельном случае определены предварительно опытным путем на лабораторных флотационных установках. В некоторых лабораторных исследованиях по флотации вода подавалась и насыщалась воздухом небольшим поршневым насосом. Такой непрерывный способ технологического анализа имеет свои преимущества перед проведением опыта в статических условиях.

Другая лабораторная установка представляет собой отрезок винипластовой трубы со смотровым стеклом, где осуществляется насыщение жидкости воздухом. Через кран в верхней части в трубу заливается испытываемая жидкость. Давление в трубе создается от трубопровода сжатого воздуха или ручным насосом. Воздух по воздушной трубке поступает в нижнюю часть трубы. Снизу имеется кран для выпуска сточной жидкости, насыщенной воздухом. Сточная жидкость отбирается в мерный цилиндр с коническим днищем, где происходит всплывание загрязнений и оседание на дно частиц. При различных условиях насыщения, создаваемых в напорном резервуаре, определяется продолжительность отстаивания, скорость обезвоживания всплывшего шлама и эффект очистки, параметры для флотационной обработки исследуемых сточных вод напорным способом.

Эрлифтные установки. Жидкость в них насыщается микропузырьками воздуха за счет растворения его под повышенным давлением с последующим выделением при понижении такового. Большую роль, чем при напорной флотации, здесь играет процесс механического дробления воздуха при впуске его в аэратор при движении воздушных пузырьков вверх. Затраты энергии в несколько раз меньше, чем в напорных установках и при механическом диспергировании воздуха.

Сами установки также дешевле других, но недостаток их — это необходимость размещения флотокамер на большой высоте.

В эрлифтной установке из питательного бака (расположенного на высоте 20—30 м) сточная жидкость поступает в аэратор. Туда же через перфорированную трубу подается сжатый воздух, который здесь растворяется. Поднимаясь по подъемному трубопроводу вверх в результате снижения давления жидкость обогащается микропузырьками воздуха, выделяющимися из раствора. Воздушно-водяная эмульсия поступает в отстойник, где происходит осветление жидкости. Пена и флотировавшиеся загрязнения всплывают и удаляются самотеком или скребками, а осветленная вода спичу направляется на дальнейшею обработку.

Эрлифтпые флотационные установки применяются для очистки некоторых загрязненных технологических растворов в химической промышленности.

Leave a reply

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>