Принцип метода и схема установки пенной сепарации для очистки сточных вод от ПАВ

Пенное фракционирование основано на селективной

адсорбции одного или нескольких растворенных веществ на

поверхности газовых пузырьков, которые поднимаются вверх через раствор.Образовавшаяся пена обогащается адсорбированным веществом, что и обеспечивает парциальную сепарацию компонентов раствора. Этот процесс используют для удаления ПАВ из сточной воды: он аналогичен процессу адсорбции на твердых сорбентах. Степень извлечения зависит от многих параметров. С

увеличением исходной концентрации ПАВ в воде возрастает пенообразующая способность раствора и степень его извлечения, а время,необходимое для максимально возможного извлечения ПАВ, уменьшается. Это происходит вследствие того, что с увеличением концентрации ПАВ возрастает дисперсность образующихся пузырьков. С увеличением щелочности раствора, начиная с рН * 9,5, степень изачечения ПАВ сначала растет, а затем при рН * 12,3 несколько снижается. Небольшое количество добавок электролитов (0,0005 моль/л) КСl,K2SO4, K4P2O7, KNO3, NaNO3, NH4NO3 приводит к увеличению степени извлечения. Это объясняется тем, что ионы электролитов за счет гидратации поглощают часть воды, в результате чего возрастает эффективная концентрация ПАВ. Изменение температуры сказывается на стабильности пены ПАВ. С повышением температуры устойчивость пены уменьшается, что объясняется десорбцией пенообразователя с межфазной поверхности и понижением вязкости дисперсной среды. Понижение вязкости способствует более быстрому стеканию жидкости в пленке. Кроме того, рост температуры вызывает увеличение диаметра пузырьков и изменяет растворимость ПАВ.Сепаратор имеет несколько камер, в каждую из которых вводят воздух. Высота слоя воды в камерах составляет 0,5-0,8 м.Очищенная вода поступает в сборник, а пену вентилятором подают в циклон (в вентиляторе происходит частичное разрушение пены), где газовая фаза отделяется от жидкости. Из циклона смесь воды с пеной поступает в отстойник, где происходит разделение. Вода поступает в камеру сепаратора, а пена — в камеру концентрирования.

В процессе пенной сепарации происходит не только извлечение ПАВ, но и одновременное удаление из воды суспендированных или эмульгированных частиц, а также частичное удаление растворенных веществ. Воздух в сточную воду можно подавать через перфорированные трубы, мелкопористые материалы, при помощи импеллера, а также из пересыщенных растворов при снижении давления над жидкостью (при напорной флотации) и при электрофлотации. Наибольшая степень удаления ПАВ из сточной воды достигается при диспергировании воздуха через пористые пластины. В процессе разделения образуется пена с повышенной концентрацией ПАВ, количество которой пропорционально концентрации ПАВ и расходу сточной воды. Выделение ПАВ из стойкой пены связано со значительными трудностями, поэтому она в большинстве случаев является отходом. Для ускорения процесса разрушения пены могут быть использованы пеногасители, в качестве которых применяют кремний,органические и германийорганические соединения. Однако при использовании пеногасителей происходит дополнительное загрязнение пеноконденсата. Исходя из этого, целесообразнее использовать термические, электрические и механические способности гашения пены. Таким образом, процесс очистки сточных вод от ПАВ методом пенного фракционирования имеет следующие недостатки: 1)образуется обогащенный ПАВ конденсат, который медленно разрушается; 2) при увеличении концентрации ПАВ в сточной воде эффективность очистки снижается.

61. Физико-химические основы (описать механизм явления) и виды процесса флотации. Как влияет характер поверхности частиц на эффективность их флотации из водной среды?

Флотацию применяют для удаления из сточных вод

нерастворимых диспергированных примесей, которые самопроизвольно плохо отстаиваются. В некоторых случаях флотацию используют и для удаления растворенных веществ, например ПАВ. Такой процесс называют пенной сепарацией или пенным концентрированием. Флотацию применяют для очистки сточных вод многих производств:нефтеперерабатывающих, искусственного волокна,целлюлозно-бумажных, кожевенных, машиностроительных, пищевых, химических. Ее используют также для выделения активного ила после биохимической очистки.

Достоинствами флотации являются непрерывность процесса,

широкий диапазон применения, небольшие капитальные и

эксплуатационные затраты, простая аппаратура, селективность выделения примесей, по сравнению с отстаиванием большая скорость процесса, а также возможность получения шлама более низкой влажности (90- 95%), высокая степень очистки (95-98%), возможность рекуперации удаляемых веществ. Флотация сопровождается аэрацией сточных вод, снижением концентрации ПАВ и легкоокисляемых веществ,бактерий и микроорганизмов. Все это способствует успешному проведению последующих стадий очистки сточных вод. Элементарный акт флотации заключается в следующем: при сближении подымающегося в воде пузырька воздуха с твердой гидрофобной частицей разделяющая их прослойка воды при некоторой критической толщине прорывается и происходит слипание пузырька с частицей. Затем комплекс частица — пузырек подымается на поверхность воды, где пузырьки собираются, и юзникает пенный слой с более высокой концентрацией частиц, чем в исходной сточной воде.

Возможность образования флотационного комплекса частица —

пузырек, скорость процесса и прочность связи, продолжительность

существования комплекса зависят от природы частиц, а также от

характера взаимодействия реагентов с их поверхностью и от

способности частиц смачиваться водой. При закреплении пузырька образуется трехфазный периметр-линия, ограничивающий площадь прилипания пузырька и являющийся границей трех фаз — твердой, жидкой и газообразной.Касательная к поверхности пузырька в точке трехфазного периметра и поверхность твердого тела образуют обращенный в воду угол θ, называемый краевым углом смачивания (рис. II-19).

Вероятность прилипания зависит от смачиваемости частицы,

которая характеризуется величиной краевого угла q. Чем больше

краевой угол смачивания, тем больше вероятность прилипания и

прочность удерживания пузырька на поверхности частицы. Прилипание происходит при столкновении пузырька с частицей или при образовании пузырька из раствора на поверхности частицы. На величину смачиваемости поверхности взвешенных частиц влияют адсорбционные явления и присутствие в воде примесей ПАВ, электролитов и др. Поверхностно-активные вещества—реагенты-собиратели, адсорбируясь на частицах, понижают их смачиваемость, т. е. делают их гидрофобными. В качестве реагентов-собирателей используют масла, жирные кислоты и их соли, меркаптаны, ксантогенаты, дитиокарбонаты, алкилсульфаты, амины и др. Повышения гидрофобности

частиц можно достичь и сорбцией молекул растворенных газов на их поверхности. Энергия образования комплекса пузырек — частица равна:

A = σ(l-cosθ), где a — поверхностное натяжение воды на границе с воздухом. Для частиц, хорошо смачиваемых водой, θ -» 0, а cosθ -> 1,следовательно, прочность прилипания минимальна, для несмачиваемых частиц — максимальна.

Эффект разделения флотацией зависит от размера и количества

пузырьков воздуха. По некоторым данным, оптимальный размер

пузырьков равен 15-30 мкм. При этом необходимы высокая степень насыщения воды пузырьками или большое газосодержание. Удельный расход воздуха снижается с повышением концентрации примесей, так как увеличивается вероятность столкновения и прилипания. Большое значение имеет стабилизация размеров пузырьков в процессе флотации. Для этой цели вводят различные пенообразователи,которые уменьшают поверхностную энергию раздела фаз. К ним относят сосновое масло, крезол, фонолы, алкилсульфат натрия и др.

Некоторые из этих веществ обладают собирательными и пенообра-

зующими свойствами. Вес частиц не должен превышать силы прилипания ее к пузырьку и подъемной силы пузырьков. Размер частиц, которые хорошо флотируются, зависит от плотности материала и равен 0,2-1,5 мм.