10.5. Флотація.

10.5.1. Способи диспергування повітря у флотаційних процесах

Флотація призначена для очищення стічних вод від зважених речовин і деяких розчинених речовин. Витяг відбувається в результаті прилипання часток до пухирців газу (повітря), що утворяться в воді чи введених у неї. Разом з пухирцями повітря частки спливають на поверхню, утворити пінний шар (шлам) з більш високою концентрацією часток, чим у вихідній воді. Крім того, у пінному шарі спостерігається підвищення концентрації деяких розчинених речовин і окремих іонів. Очищення стічних вод флотацією відрізняється поруч переваг перед іншими методами. Цей метод забезпечує високу ефективність очищення стічних вод від нерозчинних домішок (90-98%) при незначному часі перебування (звичайно 20-30хв). При флотації утвориться шлам з більш низькою вологістю, чим вологість осаду при відстоюванні. Вологість осаду коливається в межах 95-99,8%, а вологість шламу 90-95%, тому його виходить по обсязі в 2-10разів менше, ніж осаду. Крім того, флотаційне очищення протікає в супроводі таких явищ як аерація, зниження концентрації ПАВ і бактерій, це сприяє подальшим процесам очищення.

Основою флотаційного процесу є утворення агрегату “частка-пухирець”. По способі утворення розрізняють два механізми флотації. Перший механізм флотації зв'язаний з утворенням агрегату “частка-пухирець” за рахунок зіткнення частки і пухирця. Другий механізм полягає у виникненні пухирця на частці з пересиченого розчину.

Протікання того чи іншого механізму флотації залежить від способу одержання пухирців.

Пухирці можуть бути отримані:

• диспергуванням повітря через пористі чи пластини тканини;

• за допомогою імпелерних машин і насосів;

• при струминних процесах;

• за рахунок створення пересиченого розчину газу;

• у результаті хімічних реакцій;

• електрохімічним способом;

• при біологічних процесах.

10.5.2. Пневматична, імпелерна і струминна флотація

Флотація з диспергуванням повітря через пористі матеріали може бути здійснена при одержанні дуже дрібних пухирців повітря, що здатні флотувати забруднення яки містяться в стічній рідині . При цьому необхідно дотримувати визначені умови. Ці умови повинні перешкоджати злиттю й укрупненню пухирців і сприяти їх стабілізації. До них відносяться: відносно невелика швидкість витікання повітря з отворів, досить велика відстань між отворами, наявність у стічній рідині піноутворювач.

Конструкція флотаційної установки з диспергуванням повітря через пористі матеріали приведена на мал.30. Вона являє собою резервуар з горизонтальним рухом води. Повітря у флотоційу камеру подається через мілкопористі фільтроси, покладені на дні. Флотоційний шлам приділяється за допомогою скребкового транспортера через лоток, що відводить.

1

3

4

5

6

2

Рис.30.Флотоційна установка з диспергуванням повітря

через пористі матеріали.

1.Подача стічних вод; 2.Відвід очищених стічних вод; 3.Подача повітря; 4.Мілкопористі фільтросні пластини; 5.Скребковий механізм; 6.Лоток для відводу флотоційного шламу.

Розрахункові параметри установки по досвідченим даним при очищенні смоло- і нафтоутримуючих стічних вод наступні:

• розмір отворів (пір) у пористих матеріалах - 4-20мкм;

• тиск повітря 0,1-0,2МПа;

• витрата повітря 0,24-0,31м³/м³;

• тривалість флотації 20-30хв;

• робочий рівень у резервуарі до флотації 1,5-2,0м.

Рівень води під час флотації збільшується в залежності від витрати повітря на 6- 56%.

Застосування флотації з диспергуванням повітря через пористі матеріали рекомендується також для видалення СПАР пінною сепарацією.

Флотоціні установки з механічним диспергуванням повітря в імпелерних машинах знайшли широке застосування при збагаченні корисних копалин і можуть бути використані для очищення стічних вод. Конструкція імпелерної флотоціної установки зображена на мал.31. Імпелер являє собою робоче колесо з великою кількістю лопаток. При обертанні імпелера в його корпус підсмоктується стічна рідина і повітря через повітряну трубку. Обертовими лопатками повітря і стічна рідина перемішуються й у виді емульсії викидаються з корпуса. Навколо корпуса розташованаі ґрати, що служать для заспокоєння потоку. У цій зоні створюється безліч вихрових потоків,яки подрібнюють пухирці повітря. Ступінь здрібнювання пухирців залежить від окружної швидкості обертання імпелера, що у свою чергу впливає на ефективність очищення. Над ґратами відбувається спливання пухирців із прилиплими до них частками забруднень. Флотоційний шлам, що утвориться на поверхні води віддаляється спеціальними шкребками.

1

2

3

4

Рис.31. Імпелерна флотоціна установка.

1.Подача стічних вод; 2.Відвід очищених стічних вод; 3.Імпелер; 4.Повітряна трубка.

По досвідченим даним, отриманим при очищенні стічних вод нафтопромислів, досить високого ефекту очищення від нафти можна досягти при окружній швидкості імпелера 12,5-15м/с, насиченні повітрям стічних вод у кількості 0,52м³/м³ і тривалості флотації 20-30хв. Застосування імпелерної флотації доцільно при очищенні стічних вод з високою концентрацією (понад 2000-3000мг/л) нерозчинні домішки, а також для пінної сепарації.

Розрахунок імпелерної флотоційної установки роблять у такій послідовності. Експериментальним шляхом установлюють тривалість флотації і величину окружної швидкості обертання імпелера.

Повну висоту флотоціної камери встановлюють не більш 3,0м. Камеру влаштовують квадратної в плані. Довжину сторони з умов гарного насичення повітрям всього обсягу рідини в камері приймають рівної:

, де

d - діаметр імпелера, м.

Тоді площа камери:

.

Робочий обсяг камери:

,

h - висота водоповітряної суміші (робоча висота) у камері, м.

,де

Н_СТ - статичний рівень води в камері (до флотації), м.

- щільність аерованої рідини, т/м³, орієнтовно приймається 0,67т/м³.

Статичний рівень у камері, м:

Н_СТ = , де

U - окружна швидкість обертання імпелера, м/с.

- коефіцієнт напору прийнятий 0,2-0,3.

Кількість імпелерных установок, необхідне для обробки добової витрати стічних вод:

,

t - тривалість флотації, хв.

а - коефіцієнт аерації, виражається обсягом повітря, що приходиться на один обсяг води

(0,35-0,5).

Потужність мотора імпелера дорівнює, квт.

, де

- к.п.д. імпелера;

- секундна витрата аерованої рідини, л/с.

.

Здрібнювання пухирців повітря в струминних процесах досягають шляхом подачі води, що очищається, під тиском через спеціальні сопла, розташовані над поверхнею води у флотоціної камері. Місце входу струменя обмежено, наприклад трубою , зануреної у воду на глибину 1,5-2,0м і виступаючої над поверхнею на 1,0-1,5м. Швидкість виходу води із сопла 15-20м/с. За рахунок інжекції повітря захоплюється струменем води і диспергується за рахунок завихрень потоку. При русі потоку по трубі униз відбувається виділення великих пухирців, не придатних для флотації і з нижнього торця труби у флотоціну камеру надходять тільки пухирці необхідної крупности. Діаметр труби визначається з розрахунку середньої швидкості руху води 0,06-0,08м/с. Крупність пухирців повітря регулюється висотою розміщення сопла над поверхнею води. Зі збільшенням цієї висоти крупность пухирців збільшується. Тривалість флотації при такому диспергуванні складає 20-30хв, але в кожнім конкретному випадку її встановлюють експериментально. Глибину флотоціної камери приймають 2,5-3,0м. Обсяг флотоційної камери може бути знайдений по формулі:

W = , де

Q - максимальний вартовий витрата стічних вод;

t - тривалість флотації, хв;

а - коефіцієнт аерації (0,1-0,2).

ЛЕКЦІЯ 15