Флотаторы для очистки сточных вод – устройства, предназначенные для фильтрации тонкодисперсных включений физико-химическим способом. Главной целью использования таких установок является извлечение из коммунальных и промышленных стоков органических примесей, имеющих гидрофобные свойства.
Флотация стоков – определение и принципы действия метода
Флотация – это очистка загрязненных жидкостей с помощью пузырьков воздуха, которые в процессе движения захватывают частички нерастворимых веществ. Прикрепившиеся к воздушным ячейкам твердые составляющие поднимаются на поверхность, образуя слой пены (флотошлам), который с помощью скребкового транспортера удаляется в шламосборник.
Качество фильтрации жидкостей зависит от следующих факторов:
- способа образования пузырьков воздуха;
- физико-химических свойств загрязнений;
- гидродинамических условий, создаваемых в аппарате.
Флотационная очистка ливневых или коммунальных стоков осуществляется в специальных агрегатах, называемых флотаторами (см. видео).
Флотатор – это открытый пластиковый или стальной резервуар, оснащенный скребковым приспособлением для сбора пенных образований с поверхности жидкости. На корпусе установки расположены патрубки для подачи воздушной массы из сатуратора, вывода флотошлама, притока загрязненных жидкостей и отвода чистой воды.
Принцип работы станции:
- Сточные воды, минуя флокулятор, проходят в приемную камеру.
- Здесь жидкость напитывается кислородом воздуха.
- Пузырьки газа соединяются с твердыми нерастворимыми включениями и поднимаются на поверхность.
- Вследствие этой процедуры на границе водораздела образуется пенистая пленка, которая с помощью специальных приспособлений непрерывно сгребается в шламосборник.
- Очищенная жидкость поступает в накопительную емкость для дальнейшего использования.
Для ускорения процесса и улучшения качества очистки во флокулятор добавляют активные вещества – коагулянт, щелочь, флокулянт и др. Реагенты обладают высокими адгезионными свойствами. С их помощью механические примеси прочно слипаются с пузырьками воздуха, образуя при этом флоккулы. Выбор катализатора зависит от концентрации и химического состава присутствующих в жидкости загрязнений.
Флотационные установки применяют:
- для удаления загрязняющих субстанций перед биологической фильтрацией стоков;
- в случае разделения воды и активного ила в отстойниках санитарных станций;
- при физико-химической очистке стоков с применением активных веществ (реагентов).
Эффективность метода флотации – важные параметры
Основные факторы, влияющие на эффективность флотационного извлечения веществ:
- Гидрофобность частиц. Чем хуже смачиваемость загрязнений, тем прочнее сцепление с пузырьком воздуха.
- Интенсивность и сила столкновения субстанций.
- Наличие избыточного давления в сточной воде.
- Природа нерастворимых соединений.
- Значение pH среды.
- Температура процесса.
- Вид и концентрация реагентов.
- Дисперсность пузырьков газа.
- Размер и плотность размещения примесей.
- Периодичность съема флотошлама.
Плюсы и минусы использования
Флотация – это один из самых популярных способов очистки стоков. Без флотирования жидкостей не обходятся даже сложные промышленные фильтрационные сооружения.
Преимущества:
- широкая сфера применения;
- невысокие эксплуатационные и капитальные затраты;
- несложное оборудование;
- селективность удаления примесей;
- большая скорость обработки по сравнению с процессом отстаивания;
- вероятность получения шлама низкой влажности;
- высокий уровень очистки (95-98%);
- возможность повторного использования удаляемых веществ.
Флотация также сопровождается аэрацией сточных вод, снижением концентрации микроорганизмов, бактерий, ПАВ и легко окисляемых веществ.
Из недостатков – это то, что станция не может гарантировать полный цикл фильтрации. Она является промежуточным узлом в сложной схеме очистных сооружений. Сточные воды, поступающие во флотатор, требуют предварительной подготовки. Проникновение в систему грубых примесей (песок, отсев, полимеры и др.) влечет за собой поломку оборудования.
Устройство не способно обеспечить полное удаление нефтепродуктов. По этой причине после него в цепочку агрегатов монтируют ультрафиолетовую обеззараживающую установку и группу сорбционных фильтров.
Виды и способы флотации
В практике очистки бытовых и промышленных сточных вод существует несколько способов флотации.
Различаются они по методу формирования пузырьков газа:
- напорная или вакуумная – извлечение воздуха из раствора при резком снижении давления;
- механическая – создание пузырьков при помощи специальных устройств (мешалки и др.);
- барботажная – подача воздушных масс в рабочую камеру установки через пористые материалы или перфорированные трубки;
- электролизная – выделение газа из раствора путем пропускания через него электрического тока.
Выделение пузырей воздуха из специального раствора
Технология процесса заключается в формировании насыщенного раствора, состоящего из воздуха и водяных стоков. В зависимости от способа образования воздушной субстанции различают напорную и вакуумную флотацию.
Наиболее распространенный способ фильтрации – это напорная очистка стоков. Из приемного отсека флотатора загрязненные воды перекачиваются насосом в нагнетательную камеру (сатуратор). В сатураторе жидкость пропитывается воздухом и возвращается в приемную емкость. При резком снижении давления в основном резервуаре из раствора выделяются микропузырьки, которые прилипают к твердым частичкам примесей и поднимают их на поверхность.
Эффективным средством для интенсификации процесса являются реагенты, которые увеличивают гидрофобность частиц и улучшают устойчивость воздушных пузырьков. Сочетание напорной фильтрации с обработкой жидкости реагентами повышает очистку стоков до 95%.
Вакуумная установка представляет собой непроницаемый резервуар с купольным перекрытием. Под днищем агрегата расположено техническое помещение, где находится насос для откачки воздуха, флотошлама и осадка.
Сточная жидкость поступает в сатуратор, где предварительно насыщается газом. Одновременно с этим процессом из приемной камеры откачивается воздух. Затем под действием разряжения, созданного в рабочем отсеке, жидкость засасывается в основную емкость.
Из насыщенной газом жидкости начинают выделяться пузырьки, которые в виде пенящейся массы поднимаются на границу водораздела. Скопившийся на поверхности шлам собирается крутящимися скребками и выводится в грязесборник.
Механический способ насыщения воды воздухом
Механическая флотация предусматривает наличие в структуре установки импеллера, который при вращении в водной среде, насыщенной воздухом, разрушает пузырьки газа. Продуктивность диспергирования осуществляется путем нагнетания воздушной массы через сопла, уложенные на дно камеры с промежутком 0,25-0,35 м. Диаметр пор – 1,2-1,5 мм; давление – 0,3-0,5 МПа; скорость потока – 150-200 м/с. Длительность операции – 15-20 минут.
Энергичное перемешивание сточных вод механическим способом создает в жидкости большое количество вихревых потоков. Регулирование частоты вращения импеллера и скорости движения воздушных масс позволяет получить пузырьки заданной величины.
Пневматические флотационные агрегаты подходят для фильтрации стоков, которые по своему химическому составу склонны к насыщению газами и формированию пены. При таком способе не следует применять реактивы, так как вихревые потоки, генерируемые импеллером, разлагают хлопья. В основном механический метод фильтрации используется для очищения промышленных стоков от нефтепродуктов.
Насыщение воды воздухом с использованием пористого материала
Такой способ отличается простотой организации процесса и сравнительно низким расходом электроэнергии. Сточные воды подаются в верхнюю часть вертикально установленного резервуара высотой 2,5-4 м.
На дне емкости располагается поддон, к которому крепятся керамические пористые насадки. Через них сжатый воздух компрессором подается в приемную камеру. Воздушная масса, проходя сквозь отверстия, делится на микропузырьки размером 4-20 мкм. Пузырьки флотируют примеси и поднимаются с ними на поверхность. Очищенная вода выводится из нижней части емкости, а флотошлам перетекает в кольцевой желоб, откуда по трубе удаляется в грязесборник.
Фильтрация стоков с применением пористых материалов имеет ряд преимуществ:
- простота конструкции;
- минимальные затраты на электроэнергию;
- в комплекте установки отсутствует сложное дополнительное оборудование (сатуратор, импеллер, насос и т.д.).
Недостатком является вероятность засорения керамических колпачков и трудность выбора материалов с одинаковым размером пор.
Электролиз
Электрофлотационные станции состоят из электродного отсека и отстойной камеры. Стоки поступают в стабилизатор, который изолирован от электродной секции решеткой. Жидкость, протекая сквозь межэлектродный промежуток, наполняется пузырьками газа и одновременно подвергается воздействию тока.
В процессе прохождения электрического разряда происходит коагуляция загрязненных примесей. В результате этого формируются хлопья, которые вместе с твердыми нерастворимыми включениями поднимаются на границу водораздела. Всплывающий флотошлам удаляется скребками в отводящий лоток.
В сточной жидкости при прохождении через электроды протекают сложные химические реакции:
- электролиз;
- электрофорез;
- поляризация частиц.
Интенсивность перечисленных циклов зависит от химической структуры жидкости, материала и типа стержней (нерастворимые, растворимые), напряжения в сети.
В результате установки водорастворимых электродов на аноде возникает эффект разжижение металла, и в стоки диффундируют катионы железа или алюминия. Соединяясь с кислотами или щелочами, они формируют гидраты или окиси, выступающие в процессе очистки активными коагулянтами.
Коагуляция твердых включений в межэлектродном промежутке может возникать не только из-за растворения анода. Уменьшение дисперсности частиц возможно и в случае электрокинетических явлений, разряда тока на электродах, генерации в растворе субстанций (хлор, кислород), нарушающих сольватные соединения на поверхности взвесей. Эти процессы могут происходить при применении нерастворимых стержней.
Реагенты во флотации
В целях улучшения качества фильтрации сточных жидкостей используют активные присадки:
- для корректирования pH – щелочь, кислота (реактивы вводятся в жидкость для создания оптимальных условий взаимодействия примесей с коагулянтом и флокулянтами);
- коагулянты – вещества, способствующие образованию пены (соли железа, алюминия);
- флокулянты – полиакриламидные соединения, очищающие стоки от примесей посредством формирования хлопьев из коллоидных и мелкодисперсных частиц.
Отрицательным фактором реагентного метода обработки жидкостей является обязательное наличие сравнительно большой площадки под установку оборудования, а также присутствие дополнительного обслуживающего персонала.
Источник: https://vodasovet.ru/filtry/flotatory-dlya-ochistki-stochnyh-vod