Осветление воды флотацией. Закономерности процесса. Схема флотаторов. Основы расчета

Флотация — метод отделения диспергированных и коллоид­ных примесей от воды, основанный на способности частиц при­липать к воздушным (газовым) пузырькам и переходить вместе с ними в пенный слой. 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 слияния опреде­ляется кинетикой образования краевого угла смачивания. Гидрофобные частицы загрязнений природных вод быстрее прилипают к пузырькам воздуха, находящимся в воде, чем смачиваются водой. Гидрофобность частиц повышают путем обработки коагулянтами и флокулянтами. После флотационной обработки осадок отрабо­танных гидроксидов занимает значительно меньший объем и влажность его ниже, чем осадка, образующегося в отстойниках.

Известно много способов насыщения воды пузырьками газа (воздуха), среди которых по размерам диспергирования газа следует указать следующие:

1. флотация с выделением воздуха из воды — напорные, эрлифтные и вакуумные установки;

2. флотация с механическим введением воздуха — безнапорные (пенные), импеллерные и пневматические аппараты;

3. флотация с подачей воз­духа через пористые материалы;

4. электрофлотация.

Обработку воды флотацией рекомендуется применять при ее мутности до 150 мг/л и цветности до 200 град. Это позволяет уменьшить объем водоочистных сооружений вследствие уско­рения в 3... 5 раз, процесса выделения взвеси из воды, отка­заться от микрофильтров, улучшить санитарное состояние очист­ных сооружений.

Напорнаю флотация: 8... 10% исходной воды, в которой под давлением 0,6... 0,8 МПа растворен воздух, распределяют в обрабатывае­мой воде, попадая в зону меньшего давления из насыщенной воздухом воды выделяются мельчайшие его пузырьки, необходи­мые для флотации легкой взвеси.

Флотация —это процесс, основанный на слиянии отдельных частиц примесей под действием молекулярных сил с пузырьками тонкодиспергированного в воде воздуха, всплывании образующихся при этом агрегатов и образовании на поверх­ности флотатора пены. Флотируемость частиц различной круп­ности зависит от размеров пузырьков воздуха, которые опреде­ляются поверхностным натяжением на границе вода — воздух. С понижением поверхностного натяжения эффективность очист­ки воды флотацией повышается в отличие от отстаивания и фильтрования. При предварительном коагулировании примесей воды эффект флотации повышается.

В практике применяют две схемы флотационной очистки, показанные на рис. 11.1. В первом слу­чае (рис. 11.1, а), для насыщения воздухом используют исход­ную неочищенную воду, а во втором (рис. 11.1, б) — воду, про­шедшую очистку. В отечественной практике рекомендуется вто­рой вариант.

Рис. 11.1. Схемы напорной флотации при насыщении воз­духом исходной (а) и очищенной (б) воды.

1, 7 — подача исходной и отвод очищенной воды; 2 — смеситель; 3 — подача реагентов; 4 — камера хлопьеобразования; 5 — распределительное устройство; 6 — флотатор; 8 — подача водовоздушной смеси; 9 — ввод воздуха, 10 — бак для растворения воздуха в воде

Недостатком первой схемы является то, что при использо­вании для насыщения воздухом неочищенной воды возможно за­сорение крупными примесями аппаратуры и распределительной системы. Во втором случае возможность засорения аппаратуры уменьшается, но необходимо увеличивать объем флотационной камеры на величину расхода воды, необходимого для приго­товления водовоздушного раствора. Вторая схема, несмотря на некоторое удорожание, является более надежной.

При флотации в жидкости происходит ряд процессов: раст­ворение и выделение воздуха, приклепление воздушных пузырь­ков к частицам взвеси и всплывание их на поверхность с об­разованием пены. Условия протекания этих процессов оказы­вают существенное влияние на эффект обработки воды. Важное значение имеют также условия и способы удаления пены. Количе­ство воздуха, которое может быть растворено в воде, зависит от давления, температуры, времени насыщения и способа их взаимодействия.

Простейшим устройством для выделения пузырьков воздуха из водовоздушного раствора является перфорированный трубо­провод, который позволяет вводить водовоздушный раствор в обрабатываемую воду достаточно равномерно при большой ширине флотационной камеры.

Оптимальный вариант для флотации, когда размеры хлопьев, после введения коагулянта со­измеримы с размерами пузырьков воздуха, вводимых в обрабатываемую воду и устойчиво в ней существующих.

Процесс напорной флотации природных вод следует рас­сматривать с момента начала движения пузырьков воздуха пос­ле их выделения из водовоздушного раствора. Его первым эта­пом является приближение и прикрепление пузырьков воздуха к хлопьям скоагулированных примесей. Для предотвращения разрушения хлопьев, скорость подхода пузырьков воздуха к ним должна быть не более скорости движения обрабатываемой воды.

Практика показывает, что исходя из условий сохранения хлопьев скоагулированных примесей размер пузырьков воздуха должен быть в пределах 20... 80 мкм.

Для различных вод величина скорости подъема загрязнений варьируется в пре­делах 2... 12 мм/с.

Флотацией можно извлекать из воды нефтепродукты, масла и другие эмульгированные жидкие вещества, радиоактивные соединения, ионы многих растворенных в воде веществ.

Конструкция флотаторов и их расчет

В состав флотационных установок входят флотационные ка­меры, совмещенные с камерами хлопьеобразования, узлы под­готовки и распределения водовоздушного раствора, устройства для удаления и отвода пены. Флотационные камеры-флотаторы могут быть разнообразных форм (круглые или прямоугольные в плане) и конструкций с горизонтальным и радиальным на­правлением движения воды.

Наиболее широко используют флотаторы с горизонтальным движением воды. Они могут иметь в плане квадратную и прямоугольную формы. Длина камеры назначается в пределах 3...9 м, ширина до 6 м, отношение ширины к длине — в пре­делах 2/3... 1/3. Глубина слоя воды во флотаторе должна быть 1,5...2,5 м. Прямоугольные флотаторы чаще всего бывают вы­тянуты в плане по ходу движения воды (рис. 11.2), однако на некоторых установках для очистки природных и сточных вод флотаторы вытянуты в плане в направлении, перпендикуляр­ном движению воды. Для улучшения использования всего объема флотатора в некоторых случаях устанавливают продольные перегородки.

Рис. 11.2. Флотатор с горизонтальным движением воды состыкованный с камерой хлопьеобразования зашламленного типа.

1, 10 — подача исходной и отвод осветленной воды; 2,3 — ввод реа­гентов; 4 — камера хлопьеобразования; 5 — распределительная система водовоздушной смеси; в — зона смешения; 7 — распределительная перегородка; 8 — флотацион­ная камера; 9 — желоб для сбора пены; 11 — передача воды на фильтр; 12 — скорый фильтр; 13 — подача промывной воды; 14 — водосток; 15 — сброс пены.

Равномерное распределение водовоздушной смеси в объеме обрабатываемой воды и формирование мелких воздушных пу­зырьков достигаются устройством перфорированного трубопро­вода и размещенного под ним на расстоянии 8... 10 см кожуха йз материала, стойкого к кислородной коррозии. Распредели­тельную трубу располагают на расстоянии 0,25...0,35 м от дна во входной части флотатора в отсеке, образованном торцовой стенкой аппарата и струенаправляющёй перегородкой. Скорость выхода водовоздушной смеси из отверстий распределителя при­нимают 20...25 м/с, диаметр отверстий 5... 8 мм. Отверстия сле­дует располагать равномерно по нижней образующей трубы ли­нейно.

Отвод осветленной воды из флотатора должен производить­ся равномерно из нижней части камеры с помощью подвесной стенки, направляющей поток к отводу воды из аппарата, либо с помощью отводящей системы из перфорированных труб.

Время флотационного осветления воды для флотатора с ра­диальным движением воды, изображенного на рис. 11.3, состав­ляет 10... 12 мин. Для насыщения воды воздухом используют 10% воды, прошедшей очистку. Расход воздуха составляет 0,6... 0,75% от расхода воды. Во флотаторах круглой формы узел сбора и удаления пены проще, однако системы для рас­пределения водовоздушного раствора и обрабатываемой воды сложнее.

Рис 11. 3 Флотатор с радиальным движением воды.

1,9 — подача исходной и отвод осветленной воды; 2 — камера хлопьеобразования; 3 — флота­ционная камера; 7 — скребковое устройство для удаления пены; 6 — лоток для сбора пены; 4 — удаление пены; 5 — кольцевая перегородка; 8 — кольцевой водосборный лоток; 10 — вращающийся водораспределитель; 11 — отвод осадка

При строительстве новых очистных сооружений пред­почтение следует отдавать флотаторам с горизонтальным дви­жением воды прямоугольной формы в плане, совмещенным с камерами хлопьеобразования (рис. 11.4), с целью предотвра­щения разрушения хлопьев, сформированных в процессе коагу­ляции взвеси в воде.

Рис. 11.4. Флотатор совмещенный с перегородчатой камерой хлопьеобразования

1,3 — подача исходной и отвод обработанной воды; 2 — камера хлопьеобразования; 4 — сборный карман; 5 — окна для отвода обра­ботанной воды; 6, 7 — лотки для сбора и отвода пены; 8 — напорный резервуар; 9 — подача водовоздушной смеси; 10 — отражатель; 11 — насос, 12 — компрессор

С точки зрения возможности гидравлической транспортировки пены на дальнейшую обработку влажность ее рекомендуется принимать не менее 94%.

Удаление пены из флотатора производят либо кратковре­менным подъемом уровня воды с отводом ее через подвесные лотки, расположенные равномерно по площади камеры, либо с помощью скребковых механизмов, перемещающих пену к сбор­ным лоткам. Потери воды при сбросе пены подъемом уровня воды принимают 1... 1,5% от расхода обрабатываемой воды.

В зарубежной практике наибольшее распространение получили скребки-транспортеры, которые применяют для удаления очень вязких пен. Во флотаторах, имеющих в плане круглую форму, применяют вращающиеся скребки (см. рис. 11.3). Кроме того, применяют отдельные скреб­ки, установленные горизонтально во флотационной камере на подвижных тележках. При перемещении тележки по ходу дви­жения воды скребок удаляет пену, при обратном ходе тележка скребок поднимается над поверхностью воды.

В установках электрофлотации обрабатываемая вода дви­жется в межэлектродном пространстве, при этом на поверхнос­ти электродов (нерастворимых или растворимых) образуются пузырьки водорода или кислорода, которые флотируют приме­си воды. При применении растворимых электродов параллель­но с электрофлотацией идет процесс электрокоагуляции, что по­вышает эффект очистки воды.

Поиск по сайту: