Технологии

Закономерности и особенности протекания процессов флотации

14 декабря 2014

Автор статьи: Игорь Ливен

Флотационные процессы, в отличие от гравитационного осаждения, при очистке сточных вод направлены в основном на отделение частиц, чья плотность меньше плотности воды. Эти частицы собираются на поверхности жидкой среды в виде пенного слоя, называемого еще флотошламом. Этот процесс может быть естественным, если плотность отделяемых веществ значительно меньше плотности воды, или принудительным, когда для улучшения процесса разделения фаз используется дополнительная воздушная аэрация и флотирующие реагенты. Отделению методами флотации могут подвергаться и вещества, чья плотность выше плотности воды, в этом случае она называется принудительной, так как при этом идет искусственное снижение плотности отделяемых частиц, находящихся в твердом, или жидком состоянии. Для этого применяется способность частиц, чья поверхность обладает водоотталкивающими свойствами, то есть гидрофобностью, слипаться с пузырьками газа, приобретая, таким образом, суммарную плотность меньшую, чем у воды, и вместе с ними подниматься на поверхность водной среды. То есть, этот процесс протекает с участием сил, действующих на границе раздела фаз и зависит сразу от свойств жидкой, твердой и газообразной среды. Газообразная среда характеризуется размерами пузырьков, где они могут находиться в диапазоне от двух до четырех миллиметров, составлять от до 100 до 1000 микрон, или же быть микроразмерными, от 30 до 70 микрон. Микропузырьки образуются в результате насыщения жидкости газом при повышенном давлении, и этот процесс образования газовой среды используется в напорной флотации, или DAF, от английского Dissolved Air Flotation.

Насыщение водной среды предварительно диспергированным газом, называется механической флотацией, или IGF от Induced Air Flotation. Пузырьки, полученные в прочесе механической флотации, имеют большие размеры, чем образующиеся в процессе напорной флотации. Размеры пузырьков, прежде всего, оказывают влияние на силу их подъема к поверхности воды. Чем больше размер пузырька, тем выше его подъемная сила. Это связано так же с тем, что пузырьки, имеющие размеры примерно до 100 микрон подчиняются закону Стокса, а имеющие большие размеры – закону Аллена, так как при увеличении диаметра газовой сферы растут размеры образующейся вокруг него зоны турбулентности. Для сравнения, у пузырька газа, имеющего размеры 50 микрон, скорость всплытия при температуре 30оС составляет 6 метров в секунду, а пузырек газа, имеющий размеры около одного миллиметра поднимается со скоростью в сто раз большей. Формула Стокса для пузырьковых комплексов корректируется их плотностью, зависящей от доли воздуха в общем объеме комплекса, а также их коэффициентом сферичности. Но для отделения флокулообразных агрегатов целесообразнее, все же, использовать микропузырьковую газовую фазу, так как при этом достигается равномерность распределения в объеме находящейся в камере флотации сточной воды. Кроме того, на образование пузырьков большого размера требуется намного больше воздуха, чем на получение микрогазовой фазы, к тому же вокруг них образуются зоны турбулентности, размеры которых имеют существенное влияние на возмущение среды.

Преимущество использования микропузырьков состоит и в повышенной вероятности взаимодействия частиц твердой и газовой фаз. К тому же из-за медленной скорости подъема газовых пузырьков и их небольшого диаметра относительно хлопьевидного агрегатного образования, обеспечивается надежное слипание флоккулы и газового пузырька. Использование пузырьков большого размера оправдано в основном при удалении крупных частиц с плотностью меньше воды, гидрофобных по природе, к которым относятся, например, жиры. Объем газа, необходимый для удаления флоккул должен составлять теоретически от 0,5 до 2 процентов их объема. Но на практике, с учетом необходимой скорости всплытия, он должен быть не менее четырех-шести процентов от объема хлопьевидного осадка. Сами флоккулы для того, чтобы противостоять к усилиям сдвига, образующимся в зоне турбулентности на границе раздела водной и газовой фаз, должны иметь достаточно плотную структуру. Поэтому, кстати, флотация хлопьев активного ила, если они поражены нитчатыми бактериями, нарушающими их структурную плотность, представляет определенные трудности при ее реализации. В качестве процесса естественной флотации можно привести предварительное извлечение жиров методами отстаивания, когда они самостоятельно всплывают на поверхность вод. Перед таким отделением часто проводится фаза коалесценции, или объединения капелек, для увеличения размера флотирующих частиц, чтобы обеспечить лучшие условия для разделения фаз, проводящаяся на специальных установках.

Принудительная, или безреагентная флотация используется в основном для отделения гидрофобных частиц, к которым относятся в первую очередь жировые частицы. Для этого сточная вода аэрируется мелкодисперсными пузырьками, получаемыми механическим способом или методами напорной флотации. При реагентной флотации, к примеру, нефтесодержащих сточных вод, очищаемые стоки, в которые добавлен коагулирующий реагент, интенсивно аэрируются, что приводит к получению устойчивого пенного слоя. Как правило, при этом используется несколько последовательно установленных камер флотации. Насыщение воздухом при этом может происходить по одной из нескольких технологических схем.

Для получения более полной информации, надо обратиться к нашим специалистам по телефону
+7 (495) 268-0242, или почте info@nomitech.ru, они окажут помощь в подборе необходимого оборудования, которое будет соответствовать вашим требованиям как в части технических характеристик, так и в ценовом плане.