Обработка воды флотацией

Флотация – метод отделения диспергированных примесей воды, основанный на способности частиц прилипать к воздушным (газовым) пузырькам и переходить вместе с ними в пенный слой. Сущность этого процесса заключается в специфическом действии молекулярных сил, вызывающих слипание частиц примесей с пузырьками высокодиспергированного в воде газа (воздуха) и образованию на поверхности пенного слоя, содержащего извлеченные вещества. При сближении в воде газового пузырька с гидрофобной поверхностью частицы примеси разделяющий их тонкий слой становится неустойчивым и разрывается. Вследствие кратковременности контакта частицы и пузырька при их столкновении вероятность слипания определяется кинетикой образования краевого угла смачивания, образуемого поверхностью частицы и касательной к поверхности пузырька.

Жидкость

Газ

Твердое тело

Величина краевого угла смачивания определяется размерами частицы и пузырька, а также поверхностным натяжением на границе раздела трех фаз: твердого тела, жидкости и газа. Для успешного протекания процесса флотации масса флотируемых частиц не должна превышать силы их прилипания к газовым пузырькам и их подъемной силы. Оптимальная крупность извлекаемых примесей 10^-5 –10^-3 м, дисперсность пузырьков газа 15 *10^-6 – 30 *10^-6м, а поверхностное натяжение воды не должно превышать 0.06 –0.065 н/м. С понижением поверхности натяжения эффект очистки воды флотацией повышается в отличите от отстаивания и фильтрации. Интенсификация процесса флотациидостигается гидрофобизацией поверхности извлекаемых примесей реагентами, которые, избирательно сорбируясь на поверхности частиц, понижают их смачиваемость, что улучшает процесс слипания дисперсии и коллоидов с пузырьками газа. В водоподготовке в качестве гидрофобизующих реагентов применяются обычные коагулянты и флокулянты. Имеются следующие способы насыщения воды пузырьками газа (воздуха):

-флотация с выделением воздуха из воды - напорные, эрлифтные и вакуумные установки;

-флотация с механическим введением воздуха – безнапорные (пенные), импеллерные и пневматические аппараты;

-флотация с подачей воздуха через пористые материалы;

-электрофлотация.

В пневматических установках насыщение воды воздухом осуществляют воздухом, выделяющимся из нее в результате понижения давления, в механических – турбиной насосного типа. Вид содержащихся в воде загрязнений определяет характер флотационной обработки одним воздухом или воздухом в сочетании с коагулянтами. Использование коагулянтов позволяет значительно повысить эффективность флотационной очистки.

В практике применят две схемы флотационной очистки.

а) 3 4 5 6 б) 3 4 5 6

1 2 7 1 2 7

9 8 9

10 10 8

Схема напорной флотации при насыщении исходной (а) и очищенной (б) воды.

1, 7 – подача исходной и отвод очищенной вод;

2- смеситель; 3- подача реагентов; 4 – камера хлопьеобразования;

5 – распределительное устройство; 6 – флотатор; 8- подача воздушной смеси;

9 – ввод воздуха; 10 – бак для растворения воздуха в воде.

В первом случае для насыщения для насыщения воздухом используют исходную воду, во втором – воду, прошедшую очистку. При флотации в жидкости происходит ряд процессов: растворение и выделение воздуха, прикрепление воздушных пузырьков к частицам взвеси и всплывание их на поверхности с образованием пены.

Образующаяся при флотации пена должна быть достаточно прочной, чтобы не допускать обратного попадания загрязнений в воду. С другой стороны пена должна быть подвижной для облегчения ее удаления из флотатора. Удаление пены из флотатора производится или кратковременным подъемом уровня воды с отводом через подвесные лотки по периметру флотационной камеры или с помощью скребковых механизмов, перемешающих пену к скребковым лоткам. Потери воды при подъеме уровня при сбросе пены составляют 1-1.5% от расхода осветленной воды.

Флотация основана на разности плотностей взвешенных твердых частиц или капель жидкости и жидкости, в которой они суспендированы. Но в противоположность процессу отстаивания этот метод разделения применим только к таким частицам, истинная или кажущаяся плотность которых меньше плотности жидкости, в которой они находятся. Выделение путем флотации твердых или жидких частиц с плотностью большей плотности дисперсионной среды возможно при условии, если адгезия между частицами и микропузырьками больше, чем смачивающее действие жидкости на частицы.

Комплекс «частица-газ» быстро достигает постоянной максимальной скорости подъема, которая, как и для процесса осаждения, вычисляется по формуле Ньютона

Наиболее широко используются флотаторы с горизонтальным движением воды, а также флотаторы с радиальным движением воды. Время флотационного осветления в них 10-12 минут. В установках электрофлотации обрабатываемая вода движется в межэлектродном пространстве, при этом на поверхности электродов образуются пузырьки водорода или кислорода, которые флотируют примеси воды.