Навігація
Головна
Електрохімічна очистка стічних водМетоди фізико-хімічної очистки стічних водХІМІЧНІ МЕТОДИ ОЧИЩЕННЯ СТІЧНИХ ВОДФІЗИКО-ХІМІЧНІ СПОСОБИ ОЧИЩЕННЯ СТІЧНИХ ВОДТЕРМІЧНІ метод очищення і знешкодження СТІЧНИХ ВОДгідромеханічним способом очищення стічних водОчищення стічних водСпорудження для біологічного очищення стічних водПерекачування стічних водКонденсаційна очистка викидів
 
Головна arrow Екологія arrow Теоретичні основи захисту навколишнього середовища
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >

Флотаційна очистка стічних вод

Флотація - процес молекулярного прилипання частинок флотируемого матеріалу до поверхні розділу газу і рідини, обумовлений надлишком вільної енергії поверхневих прикордонних шарів, а також поверхневими явищами змочування.

Флотацію застосовують для видалення зі стічних вод нерозчинних колоїдно-дисперсійних домішок, які мимовільно погано відстоюються (метод пінної флотації), а також для видалення розчинених речовин (метод пінної сепарації). Її використовують також для виділення активного мулу після біохімічної очистки. Флотація може бути використана разом з флокуляцией.

Достоїнствами флотації є безперервність процесу, широкий діапазон застосування, невисокі капітальні та експлуатаційні витрати, проста апаратура, селективність виділення домішок, велика швидкість процесу в порівнянні з відстоюванням, можливість отримання шламу більше низькій вологості, висока ступінь очищення (95 ... 98%), можливість рекуперації видаляються речовин. Флотація супроводжується також аерацією стічних вод, зниженням концентрації ПАР і легкоокислюваних речовин, бактерій і мікроорганізмів.

Процес очищення стічних вод методом флотації полягає в утворенні комплексів "частинки - бульбашки", Спливання цих комплексів і видаленні утворився пінного шару з поверхні оброблюваної рідини.

Прилипання частинки до поверхні газової бульбашки можливо тільки тоді, коли спостерігається незмочування або погане змочування частинки рідиною.

Змочують здатність рідини залежить від її полярності, зі зростанням якої здатність рідини змочувати тверді тіла зменшується. Зовнішнім проявом здатності рідини до змочування є величина поверхневого натягу на межі з газовою фазою, а також різниця полярностей на кордоні рідкої і твердої фаз. Процес флотації йде ефективно при поверхневому натягу води не більше 60 ... 65 мН / м. Ступінь смачиваемости водою твердих або газових частинок, зважених у воді, характеризується величиною крайового кута змочування θ.

Чим більше кут θ, тим більше гідрофобія поверхні частинки, тобто збільшується ймовірність прилипання до неї і міцність утримання на її поверхні повітряних бульбашок. Такі частинки володіють малою смачиваемостью і легко флотируются.

На величину смачиваемости поверхні зважених часток впливають адсорбційні явища і присутність у воді домішок ПАР, електролітів та ін.

При закріпленні бульбашки на частці утворюється трифазний периметр - лінія, що обмежує площу прилипання бульбашки і є кордоном трьох фаз: твердої, рідкої і газоподібної (рис. 11.3).

Елементарний акт флотації полягає в наступному: при зближенні поднимающегося у воді бульбашки повітря з твердою гідрофобною частинкою розділяє їх прошарок води проривається при деякої критичної товщині і відбувається злипання пляшечки з часткою. Потім комплекс "бульбашка - частка" піднімається на поверхню води, де бульбашки збираються і виникає пінний шар з більш високою концентрацією часток, ніж у вихідній стічній воді.

data-override-format="true" data-page-url = "http://stud.com.ua">

Рис. 11.3. Схема прилипання бульбашки повітря 1 до зваженої у воді частці 2

Питома вільна поверхнева енергія утворення комплексу "бульбашка - частка" дорівнює

(11.7)

де σ жг - поверхневий натяг води на межі з повітрям.

Для частинок, добре змочуваних водою, θ → 0, a cosθ → 1, отже, міцність прилипання для них мінімальна, а для несмачіваемих частинок - максимальна.

Ймовірність утворення комплексу "бульбашка - частка" може бути визначена за формулою:

(11.8)

де n - число бульбашок радіусом R n в обсязі V рідини; r ч - радіус частинки; - об'ємна концентрація газової фази.

Швидкість підйому комплексу "бульбашка - частка" може бути визначена зі співвідношення підйомної сили Архімеда утворився комплексу А до, сили тяжіння частинки G Ч і сили опору рідкого середовища F c при підйомі комплексу до поверхні рідини:

(11.9)

де

Тут ρ ж, ρ ч - відповідно щільності рідини і частинки; V п, V ч, - відповідно обсяг бульбашки і частинки; g - прискорення сили тяжіння; ζ - сумарний коефіцієнт опору при обтіканні комплексу; - площа поперечного ("миделевого") перетину комплексу в напрямку руху; d е - еквівалентний діаметр комплексу "бульбашка - частка"; w κ - швидкість підйому (спливання) комплексу.

З балансового співвідношення (11.9) можна отримати вираз !!! для швидкості підйому комплексу в рідкому середовищі:

data-override-format="true" data-page-url = "http://stud.com.ua">

(11.10)

При ламінарному режимі руху комплексу, тобто при дії закону Стокса, коли отримаємо

(11.11)

Ефект поділу флотацією залежить від розміру, кількості та рівномірності розподілу бульбашок повітря в стічній воді. Оптимальні розміри повітряних бульбашок 15 ... 30, а максимальні 100 ... 200 мкм.

Співвідношення обсягів газу в бульбашці і частинки можна визначити з співвідношення (11.9) за умови F c = 0:

(11.12)

Розмір часток, які добре флотируются, залежить від щільності матеріалу частинок і дорівнює 0,2 ... 1,5 мм.

Враховуючи співвідношення розмірів бульбашок і флотируемого частинок, з формули (11.12) випливає, що на одній частці може бути прикріплено кілька пляшечок малих розмірів.

Для стабілізації розмірів бульбашок в процесі флотації вводять різні піноутворювачі, які зменшують поверхневу енергію розділу фаз: соснове масло, крезол, феноли, алкіл-сульфат натрію, що володіють збиральними і пенообразуюшімі властивостями. При цьому необхідна висока ступінь насичення води бульбашками, тобто велике газосодержание. Підвищення концентрації домішок збільшує ймовірність зіткнення і прилипання частинок до бульбашок.

У статичних умовах утворення комплексу "бульбашка - частка" сила когезії (прилипання) бульбашки до частинці FG повинна перевищувати вагу флотируемого частинки G ч і протіводействуюшее капілярний тиск газу усередині бульбашки р до:

(11.13)

У динамічних умовах спливання комплексу поряд з вагою частинки і капілярним тиском в бульбашці силі когезії додатково протидіє сила опору рідкого середовища F c:

(11.14)

Щільність флотационной середовища, що складається з води, бульбашок повітря і твердих частинок, дорівнює

(11.15)

де ρ r - щільність газу; З ч, С г - об'ємна концентрація частинок і газу у воді.

Швидкість руху частинок w ч і бульбашок w n щодо середовища визначається за формулами:

(11.16)

(11.17)

де g - прискорення вільного падіння (сили тяжіння); μ c - динамічна в'язкість флотационной середовища.

Швидкість процесу виділення часток флотацією описується рівнянням реакції першого порядку:

(11.18)

де k ф - коефіцієнт швидкості флотації, що залежить від динамічних і конструктивних параметрів.

Найкращі умови поділу досягаються при співвідношенні між твердою і газоподібною фазами G г / G ч = 0,01 ... 0,1. Це співвідношення визначається за формулою

(11.19)

де G, G ч - маса повітря і твердих частинок, г; b - розчинність повітря у воді при атмосферному тиску і даній температурі, см 3 / л; f - ступінь насичення (зазвичай f = 0,5 ... 0,8); Р - абсолютний тиск, при якому вода насичується повітрям; Q1 - кількість води, насиченої повітрям, м 3 / год; Q - витрата стічної води, м 3 / ч.

Від ступеня насичення рідини бульбашками повітря певної крупності розрізняють наступні способи флотационной обробки стічних вод:

флотація з виділенням повітря з розчину (вакуумні, напірні і ерліфтні флотаційні установки);

флотація з механічним диспергированием повітря (імпелерні, безнапірні та пневматичні флотаційні установки); флотація з подачею повітря через пористі матеріали; електрофлотація;

біологічна і хімічна флотація.

Флотація з виділенням повітря з розчину застосовується при очищенні стічних вод, що містять дуже дрібні частинки забруднень, оскільки дозволяє отримувати самі дрібні бульбашки повітря. Сутність способу полягає у створенні перенасиченого розчину повітря в стічної рідини. Виділяється з такого розчину повітря утворює мікропухирці, які й флотіруют містяться в стічній воді забруднення. Кількість повітря, яке повинне виділитися з пересиченого розчину і забезпечити необхідну ефективність флотації, зазвичай становить 1 ... 5% обсягу оброблюваної стічної води.

Напорная флотація має більш широкий діапазон застосування, оскільки дозволяє регулювати ступінь пересичення відповідно до необхідної ефективністю очищення стічних вод при початковій концентрації забруднень до 4 ... 5 г / л і більше.

Флотація з механічним диспергированием повітря полягає в наступному. При переміщенні струменя повітря у воді в останній створюється інтенсивне вихровий рух, під впливом якого повітряний струмінь розпадається на окремі бульбашки. Енергійне перемішування стічної води у флотаційних Імпеллерний установках створює в ній велика кількість дрібних вихрових потоків, що дозволяє отримати бульбашки певної величини. Застосування Імпеллерний установок доцільно при очищенні стічних вод з високою концентрацією нерозчинених забруднень (більше 2 ... 3 г / л) і містять нафту, нафтопродукти, жири.

Флотація з подачею повітря через пористі матеріали відрізняється простотою апаратурного оформлення процесу і відносно малими витратами енергії. Повітря у флотационную камеру подається через дрібнопористі фільтрувальних пластин, труби, насадки, укладені на дні камери. Величина отворів повинна бути 4 ... 20 мкм, тиск повітря 0,1 ... 0,2 МПа, тривалість флотації 20 ... 30 хв.

Електрофлотація полягає у перенесення забруднюючих частинок з рідини на її поверхню за допомогою бульбашок газу, що утворюються при електролізі стічної води. У процесі електролізу стічної води на катоді виділяється водень, а на аноді - кисень. Основну роль у процесі флотації частинок грають бульбашки, що виділяються на катоді.

При застосуванні розчинних електродів (зазвичай залізних або алюмінієвих) на аноді відбувається анодне розчинення металу, в результаті чого у воду переходять катіони заліза або алюмінію, що призводять до утворення пластівців гидроокисей. Одночасне утворення пластівців коагулянту і бульбашок газу створює передумови для надійного закріплення газових бульбашок на пластівцях та інтенсивної коагуляції забруднень, що забезпечує ефективність флотаційного процесу. Такі установки називаються електрокоа-гуляціонно-флотаційного.

Біологічну і хімічну флотацію застосовують для ущільнення осадів стічних вод. У процесі флотації стічних вод утворюється піна, що має різну будову, зазвичай плівковий-структурний, і містить значну кількість води, особливо в нижніх шарах; стійкість і рухливість її змінюються в залежності від кількості та характеру флотируемого матеріалів. Процес ущільнення сплив шламу найбільш інтенсивно йде в перші 2 год, далі він сповільнюється, а після 4 год практично припиняється.

 
Якщо Ви помітили помилку в тексті позначте слово та натисніть Shift + Enter
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >

Cхожі теми

Електрохімічна очистка стічних вод
Методи фізико-хімічної очистки стічних вод
ХІМІЧНІ МЕТОДИ ОЧИЩЕННЯ СТІЧНИХ ВОД
ФІЗИКО-ХІМІЧНІ СПОСОБИ ОЧИЩЕННЯ СТІЧНИХ ВОД
ТЕРМІЧНІ метод очищення і знешкодження СТІЧНИХ ВОД
гідромеханічним способом очищення стічних вод
Очищення стічних вод
Спорудження для біологічного очищення стічних вод
Перекачування стічних вод
Конденсаційна очистка викидів
 
Дисципліни
Агропромисловість
Аудит та Бухоблік
Банківська справа
БЖД
Географія
Документознавство
Екологія
Економіка
Етика та Естетика
Журналістика
Інвестування
Інформатика
Історія
Культурологія
Література
Логіка
Логістика
Маркетинг
Медицина
Нерухомість
Менеджмент
Педагогіка
Політологія
Політекономія
Право
Психологія
Релігієзнавство
Риторика
Соціологія
Статистика
Техніка
Страхова справа
Товарознавство
Туризм
Філософія
Фінанси
Пошук