Процессы во флотационных установках

Флотация – это методика очистки сточных вод посредством захвата пузырьками воздуха частиц загрязнений. Технология была разработана более века назад на обогатительных производствах. В этой сфере использовались несколько видов флотации: воздушная, пленочная, масляная. Первый тип – пенная флотация показала себя, как наиболее эффективная методика. Именно она стала использоваться для очистки воды, в частности стоков. Далее по тексту под термином флотации будет рассматриваться именно этот вид процесса.

Закрепление частиц и пузырьков воздуха в жидкости базируется на взаимодействии нескольких фаз: газ, частицы твердой фракции, вода. В большинстве случаев здесь работает закон смачивания. Но, поскольку газы – гидрофобны, то в жидкости они могут взаимодействовать только с намокшими поверхностями дисперсных веществ. Чем выше способность примесей к смачиванию, тем больше вероятность их взаимодействия с воздушными пузырьками.

Таким образом, флотационная методика эффективна и экономически выгодна при очистке сточных вод от гидрофобных загрязнений: жиры, нефть и нефтепродукты, мыло, моющие синтетические жидкости, жидкости углеводорода и аналогичные вещества. Если примеси не характеризуются способностью к смачиванию, то осветлить от них воду можно только с использованием флотореагентов, которые на некоторое время изменяют свойства поверхностей загрязняющих частиц.

Последние исследования по этой теме показали, что при флотации, кроме механизма взаимозакрепления легких и мелких частиц пузырьками воздуха, возможен и другой эффект. Он базируется на действии поверхностных сил.

Флотацию принято классифицировать по способу введения в воду воздушных пузырьков на несколько видов:

• механическая;
• пневматическая;
• процесс с выделением воздуха при смене давления из раствора;
• химическая;
• электрофлотация.

Два последних вида стали востребованы только в последние годы. В этих методиках воздушные пузырьки формируются при проведении химической реакции или при электролизе. Химическая флотация неприменима на нефтеперерабатывающих производствах и нефтебазах.

Механическая флотация

При проведении механической флотации пузырьки образуются от взаимодействия потоков воды и струй воздуха. Процедура проводится в импеллерных установках. На схеме ниже представлено устройство машины этого вида.

Механическая флотационная машина (двухкамерная)

а – поперечный разрез; б – продольный разрез;

1 – электродвигатель; 2 – отверстие в статоре для внутренней циркуляции;3 – флотационная камера; 4 – слой всплывающей массы (пена); 5 – лопастной пеносниматель; 6 – лоток для приема и отвода пены; 7 – воздушная труба; 8 – отбойники (лопасти для гашения вращательного движения); 9 – статор; 10 – турбина насосного типа (импеллер); 11 – сальниковое уплотнение; 12 – впускной карман; 13 – выпускной карман.

Установка состоит из флотационной камеры с импеллером, установленным на дне. У статора есть труба, выходящая к воздуху атмосферы. Стоки поступают в камеру через карман. При быстром вращении насосной турбины, в центре создается участок пониженного давления, на импеллер поступают стоки, которые отбрасываются лопастями. Параллельно из атмосферы засасывается воздух, он диспергируется на мелкие пузырьки вне турбины в небольших вихревых потоках. Одновременно успокаивается вращение жидкости в камере.

В машине формируются пузырьки воздуха с диаметром от 0,5 до 5 мм. Они сталкиваются во флотационном отсеке с частицами примесей. Если условия благоприятны, происходит взаимное сцепление, и связи поднимаются на поверхность. В результате формируется пенный слой, в котором собираются загрязнения. Массы должны регулярно сниматься специальным устройством и отправляться в лоток.

При очистке воды от нефтепродуктов эффективность механической флотации мала. При обработке жидкости в течение получаса, из нее можно удалить от 60 до 70% примесей. Результат таков, поскольку частицам нефтепродуктов сложно закреплять на крупных пузырьках. Эффективность можно повысить, если в жидкость ввести электролиты или поверхностно-активные составы. Эти вещества трансформируют электрокинетические качества эмульсии. Использование флокулянтов и коагулянтов – бессмысленно, поскольку турбулентные потоки разрушают хлопья.

Расчеты по установке механической флотации проводятся по определению габаритов и объема камеры. Так же можно определить назначение основных характеристик функционирования импеллера. Объем флотационной камеры рассчитывается по формуле:

V_ф = 1,4 Qt, где

• Q – расход стоков в м³/час;
• T – время пребывания сточных вод во флотационной камере;
• 1,4 – коэффициент увеличения объема флотационного отсека на высоту бортиков и толщину пенного слоя.

Полезная поверхность воды камеры рассчитывается таким уравнением:

F = V_ф /h, где

• h – глубина флотационного отсека, она может варьироваться от 1,5 до 3 метров.

Этот параметр обычно больше глубины стоков на 10%. Полезная поверхность камеры зависит от площади действия 1-ого импеллера. Установки имеют квадратную форму. Одна сторона равна шести импеллерным диаметрам.