Безнапорная флотация: описание и особенности

Эффективность процесса флотации

Те или иные факторы могут понижать или повышать эффективность флотации, как способа очистки сточных вод. Наиболее значимое влияние оказывают приведенные ниже факторы:

• Степень гидрофобности частиц.

  Чем выше гидрофобность частиц вещества, тем они активнее вступают во взаимодействие с воздушными пузырьками, образуя значительные флотационные комплексы. Очевидно, что не все примеси являются абсолютно гидрофобными, существуют и гидрофильные составные. А некоторые имеют двоякую структуру, содержа в составе гидрофобные и гидрофильные группы. Чтобы повысить гидрофобность загрязняющих воду примесей, в нее добавляют специальные флотирующие добавки или реагенты;

• Размер и прочность пузырьков пены. Флотационный процесс должен образовывать пузыри воздуха такого размера, чтобы они поднимались на поверхность воды. Но слишком крупные пузыри будут всплывать раньше времени, не успев захватить достаточно частиц загрязняющих примесей. К тому же эти пузырьки должны быть прочными, имея минимальный процент потерь вследствие разрушения;
• Равномерность пенообразования. Важным фактором эффективности флотации является равномерность распределения в воде воздушных пузырьков и их общее количество.

На эти факторы можно оказать воздействие с помощью специальных реагентов, которые будут описаны далее.

Реагенты для улучшения флотации

Как описано выше, флотация зависит от качества пенообразования и гидрофобности частиц. Существуют специальные добавки, которые направлены на повышение качества пены и увеличения гидрофобности примесей. Реагенты можно разделить на две основные группы:

• Собиратели;
• Пенообразователи.

Реагенты собиратели

Наиболее часто встречаемый вид загрязнителей имеет в своем составе частицы с двоякими качествами, имеющими часть гидрофобных и часть гидрофильных групп. Их способность смачивания недостаточна для связывания с пузырьками воздуха, поэтому флотация малоэффективна. Чтобы решить эту проблему, в стоки добавляют так называемые добавки-собиратели, которые также имеют двоякую структуру, состоящую из гидрофильных (полярных) и гидрофобных (неполярных) групп. Полярные гидрофильные концы загрязнителя и собирателя слепляются между собой, а гидрофобные концы остаются свободными.

Собирателями для усиления флотации выступают поверхностно-активные вещества:

• Аммонийные соли;
• Нефтепродукты;
• Масла;
• Меркаптан

Реагенты пенообразователи

Качество пени играет одну из ключевых ролей в эффективности флотации. Существует группа добавок, которые направлены на улучшение пенообразования. Они предохраняют пузыри воздуха от разрушения, делая их упругими и значительно стабилизируя пенную массу. Это дает возможность удалить как можно больше загрязнителей из сточных вод. Такими стабилизаторами для пены являются:

• Масло сосны;
• Крезол;
• Фенолы и много других веществ

Кто занимается производством?

Перед покупкой флотационных машин требуется четко определиться с параметрами.

Параметры подбираются исходя из следующих условий:

• Состав и характер канализационных стоков.
• Температура и равномерность подачи воды.
• Куда сбрасывается очищенная вода.

В Москве и Санкт-Петербурге реализацией установок занимаются довольно много компаний:

1. — флотаторы марки ТР, стоимость от 313 500 рублей.
2. Торговый дом «Оборудование водоочистки» — напорные установки марки DAF.
3. ООО «Росинтерэко» — флотаторы и двухступенчатые установки марки «Ангара».

Важно. Необходимо учитывать требования к обработке и удалению осадка, степени обеззараживания

Принцип явления флотации и его использование

Гидрофобные частицы сближаются с пузырьками воздуха в воде, в результате чего образуется небольшая прослойка. Эта прослойка становится всё меньше и меньше, и, в итоге, наступает критический момент, когда она неизбежно рвётся. После этого обычно происходит полное смачивание гидрофобной частицы.

Далее пузырёк воздуха прилипает к данной частице, и поднимаются к границе раздела фаз, это происходит за счёт того, что плотность пульпы (жидкой среды) гораздо выше плотности пузырька с частицей. Иными словами, они флотируют, в результате чего образуется слой пены, который автоматическии удаляется из флотатора. Также существует небольшой нюанс в данном процессе. На устойчивость связи пузырька с гидрофобной частицей влияют такие факторы как: размер пузырька и частицы, их физико-химические свойства, а также водной среды, в которой они находятся.

Теперь же мы можем рассмотреть конструкцию флотационной установки. Во-первых, струя воздуха и струя воды располагаются друг от друга на очень небольшом расстоянии. Во-вторых, они направлены в одну сторону, что и позволяет частицам воздуха слипаться с частицами воды. Более того, во флотационную камеру подаются частицы определённого размера, которые установлены неоднократными опытами, что позволяет сделать работу установки оптимальной. Иначе, если пузырёк будет иметь слишком большой объём, то изменится скорость потока и, соответственно, частицы не будут успевать прилепляться друг к другу. Ещё одной причиной, по которой частицы должны иметь определённый размер это то, что при перемешивании воды происходит разрыв соединений между гидрофобными частицами и пузырьками воздуха.

В чём различие между импеллерной и напорной флотацией, которые используют пористые материалы для очистки постоянно поступающих в систему сточных вод?

При применении напорной флотации воды насыщается воздухом, который подаётся под большим давлением. Если при применении данного метода в воду не добавляются реагенты, то этот метод очистки сточных вод называется физическим. Большим плюсом напорной флотации является то, что при её использовании есть возможность регулировать размер и объём пузырьков, а также количество воздуха, которое растворяется в период работы.

Существует ещё один метод флотации – это метод импеллерной флотации, который широко используется в нефтеперерабатывающей промышленности. Данный метод отличается от всех остальных тем, что обладает низкой эффективностью, так как при его использовании во флотаторе происходит большая турбулентность потоков, в результате которой разрушаются хлопьевидной формы. Чтобы получить лучший результат при использовании импеллерной флотации, во флотатор добавляются поверхностно-активные вещества.

Для получения пузырьков небольшого размера производители используют пористые материалы, которые понижают скорость истечения воздушной струи, в результате чего и образуются небольшие пузырьки.

Также эффективность флотации повышается благодаря использованию коагулянтов, помогающие удалять те или иные загрязнения в виде весьма стойких эмульсионных соединений.

Обезвоживание в отстойниках-сгустителях, сушилка и являются следующими этапами очищения сточных вод от различных взвесей и органических соединений. Но это уже совсем другой разговор и об этом в следующий раз.

В заключение хочется сказать, что благодаря методу флотации наши озёра и пруды сохраняют свою первозданную прозрачность и красоту, что, конечно же, очень приятно обычным людям. И не будь этого метода, возможно, многие прекрасные пруды и реки превратились бы в болота, заполненные отходами с различных предприятий.

Применяемое оборудование компании Argel:
– Flotomax S — напорный флотатор из стеклопластика;
– Флотатор ФДП — флотационная установка.

Применение флотатора, технологические схемы

Флотационное оборудование (флотаторы) применяют для отделения тонкодисперсных примесей, которые содержатся в сточных водах и трудно поддаются другим способам очистки.

Флотация является эффективным методом удаления загрязнителей как из суспензий, так и из эмульсий, причем последнее значительно снижает затраты на последующую очистку, улучшает качество очищаемой воды и облегчает биологическую очистку стоков.

Флотационное оборудование часто устанавливается при очистке сточных вод таких объектов как:

• городские и сельские коммунальные хозяйства;
• пищевые производства;
• нефтедобывающие и нефтеперерабатывающие предприятия;
• целлюлозно-бумажная и текстильная промышленность;
• химические и масложировые производства.

Флотационная очистка в системе очистных сооружений

В системе очистных сооружений флотационные установки располагаются перед сооружениями биологической очистки, но могут также служить и завершающим этапом. Перед флотацией необходимо произвести отделение тяжелых и грубых примесей с помощью механических решеток и предварительного отстаивания (рис. 1).

Рисунок 1. Расположение флотаторов в системе очистных сооружений.

Эффективность очистки и способы ее повышения

Эффективность очистки методом флотации достигает в ряде случаев 95 – 98%. Но для этого существуют определенные требования.

Эффективность очистки методом флотации зависит от следующих условий:

• температуры сточных вод;
• рН среды раствора;
• концентрации загрязняющих веществ в стоках;
• нагрузки на очистные сооружения и расход сточных вод, поступающих на установку;
• крупности образующихся пузырьков;
• правильного подбора флотационного оборудования.

Повысить эффективность очистки флотатором можно следующими способами:

• применение усреднителей по температуре и концентрации;
• регулирование рН;
• добавление реагентов (коагулянтов и флокулянтов);
• использование рецикла и многокамерных установок;
• расчет крупности образующихся пузырьков в зависимости от вида загрязнителей.

Ключевые преимущества

Флотация – очистка, имеющая ряд положительных параметров, что и стало причиной столь широкого распространения этой технологии в мире.

Основные аспекты:

• обширность применимости;
• непрерывность технологии;
• невысокая стоимость;
• простота эксплуатации;
• применение в работе простых машин;
• быстрота получения результата;
• селективность;
• не столь высокий уровень влажности шлама;
• эффективность (до 98%);
• выделяемые компоненты можно рекуперировать.

При флотации производится эффективная аэрация, понижается процентное соотношение жидкости и ПАВ, а также уменьшается количество микроскопических организмов, бактерий. Сточные воды, прошедшие флотацию, могут подаваться на очистительные установки более высокого уровня.

Виды флотационных устройств

Можно выделить основные варианты:

• На жидкости создается пленочный слой, на который налипают нерастворимые элементы грязи.
• Пенистая – в жидкость нагнетают газы и пенообразующие реагенты. Газовые капсулы притягивают к себе и доставляют наверх нерастворимые вещества. Химикаты необходимы для устойчивости пенистой шапки, которая удаляется механически. Затем она сгущается и проходит фильтрацию.
• Маслянистая – капли масел стремятся вверх, забирая по пути взвеси. После этого масляный слой убирают и очищают.

Важно. Чаще всего в очистных комплексах используется принцип пенистой флотации. Этот вариант избавления от загрязняющих веществ наиболее эффективен

Этот вариант избавления от загрязняющих веществ наиболее эффективен.

Кроме того, оборудование классифицируется по виду образования воздушных капсул.

Механический тип

Флотационное оборудование простого типа — резервуары, в которых осуществляют перемешивание канализационных отходов лопастями.

Оборудование подходит для жидкостей с высоким количеством взвешенных загрязнений, склонных к пенообразованию.

Напорный

Самыми эффективными и наиболее распространенными являются флотационная установка с подачей газов в воду напорным способом. Его используют, если плотность взвесей сравнима плотности жидкости. В этом варианте мелкодисперсные загрязнения не выпадают в осадок.

Основой данного метода является введение газов в воду под давлением в специальных емкостях. Затем водовоздушная смесь подается в резервуар со стоками. Из-за перепада давления происходит активное образование мелких газовых капсул.

Действие сил поверхностного натяжения закрепляет их к молекулам загрязнений. Образованный флотошлам всплывает на верх резервуара. Здесь он механически удаляется.

Принцип работы простейшей флотационной машины:

1. В смесительную камеру насоса поступают воздух и вода. Здесь выполняется растворение газа в жидкости. Остатки избыточного воздуха выпускается посредством клапана.
2. Водная смесь с воздушными капсулами по системе труб поступает в танк флотационной установки.
3. В эту емкость также заливают канализационные стоки, которые прошли предварительную очистку в отстойнике.
4. В резервуаре происходит сбор взвешенных загрязнений посредством капсул с газом.
5. Фотошлам собирается в верхней части емкости в виде пенного слоя, который убирается механически.

Практически чистая вода сливается из флотационного танка. Часть ее перенаправляется в насос для повторного смешивания с газом.

Электрический

Для выделения взвешенных загрязнений из канализационной массы также используют электрический ток.

Электрический флотатор

Принцип работы флотатора для очистки сточных вод электрического типа:

1. В резервуаре с загрязненной водой размещаются электроды.
2. После подачи напряжения молекулы воды разделяются на кислород и водород. На концах электрических стержней образуются капсулы с электролитическими газами.
3. Они поднимаются вверх, собирая частицы загрязнений.

Справка. При проведении электрической очистки стоков используется минимальное количество химических добавок.

Этот вариант достаточно эффективен при установке стержней из алюминия или железа. В качестве вспомогательных реагентов для образования устойчивых соединений взвесей грязи и капсул газа выступают ионы металлов.

Большим достоинством использования электроустановок является простая конструкция, не занимающая много места.

В составе такого оборудования отсутствуют емкости для реагентов и сатураторы. Но увеличиваются затраты на электроэнергию при очистных работах. Кроме того, требуется оборудование для вывода водорода.

Для введения в воду воздуха также используют различные материалы с пористой структурой. В некотором оборудовании производится выделение газа в результате реакций химического типа.

Способы насыщения воды пузырьками

Существует немало приемов, которые обеспечивают появление в сточных водах газовых пузырьков. Основные способы, используемые при проведении флотации, это:

• Компрессионный (или же напорный) способ, основанный на повышении растворимости воздуха в воде при увеличении давления.
• Механический способ, основанный на интенсивном перемешивании жидкости с воздухом.
• Пропускание сточных вод через пористые материалы, что приводит к их диспергированию.
• Электрический способ, основанный на процессе электролиза воды, сопровождающимся появлением пузырьков газа.
• Химический способ, обуславливающий образование пузырьков в ходе химических реакций определенных реагентов с компонентами сточных вод.
• Вакуумный способ, характеризующийся снижением давления.

Особенности работы

Флотация – это очень важный технологический процесс, который незаменим в промышленности, так как помогает обогащать руды с высокой результативностью. Эффективность показывает пенная технология, именно она и распространена в наши дни шире всего.

Чтобы начать флотацию, материалы сперва проходят через мельницу, что позволяет получить шихту, и уже после этого начинается процесс пенообразования. Чтобы флотация воды была результативной, выбирают такие размеры частиц, которые бы гарантировали разделение минералов. Оптимальный вариант – до 0,1 мм, но иногда измельчают и на компоненты размером всего 0,04 мм. Если в процессе окажутся более крупные компоненты, они снизят эффективность всей технологии в целом, так как имеют отрицательное действие. Также понижают эффективность процесса слишком мелкие составляющие, из-за которых элементы нормального размера не могут нормально взаимодействовать с воздушными пузырьками. Для улучшения качества необходимо использовать реагенты.

О гидрофобности…

Итак, метод флотации основан на том, что вода по-разному влияет на различные молекулы. О чем идет речь?

Под гидрофобными принято понимать такие молекулы, для которых вода относительно «безопасна», то есть смачиваются они из-за особенностей своей структуры очень плохо. Такие частицы сформированы таким образом, чтобы по возможности избегать контакта с водой.

В реальности подобное поведение можно наблюдать невооруженным глазом, если выйти утром из дома: роса или дождевые капли на листья деревьев и на траве формируют небольшие капли. При этом растения проявляют свою гидрофобность, не позволяя жидкости растекаться по поверхности. Что касается полезных руд, то тут сходная логика, но сопряженная с измельчением породы. Молекулы полезных веществ гидрофобны, и в ситуации, когда они оказываются в жидкой среде, происходит взаимодействие с газовыми молекулами, помогающее полезным ископаемым всплывать. Это сопряжено с природным стремлением к уменьшению энергии.

Нововведения

Методики не стоят на месте, и применяемая в медицине флотация в последнее время также была усовершенствована. В частности, удалось разработать такую центрифугу, которая оснащена угловым ротором. В этой установке контейнеры не колеблются свободно, последнее вращение не сопровождается наложением на покровное стекло.

При завершающем этапе обработки смеси в установке пробирку нужно поставить вертикально в специальный штатив, затем долить в нее раствор, сохраняя верхний слой в целости. Когда мениска становится положительной, устанавливают покровное стекло и оставляют стоять пробирку не более пяти минут. Далее стекло убирают и изучают его под микроскопом также под двумя мощностями увеличения.

Виды флотаторов

Для различных методов флотации используются установки, отличающиеся конструктивным оформлением, способом разделения фаз и возможностью применения реагентов. По количеству отсеков флотационные установки подразделяются на:

• однокамерные;
• двухкамерные;
• многокамерные.

В установках с одной камерой процесс сатурации воздухом сточных вод, формирование и подъем флотокомплексов на поверхность осуществляется в одной и той же емкости.

Двухкамерные установки включают в себя приемный и отстойный резервуар. В приемной части формируются воздушные микропузырьки, к которым прикрепляются флотируемые частицы. В отстойном резервуаре образовавшиеся флотокомплексы всплывают и образуют пену, очищаемая жидкость при этом осветляется.

Многокамерные флотационные установки используют в случае очистки сильнозагрязненных стоков или сточных вод, содержащих нефтепродукты (рис. 3). При такой конструкции сточные воды проходят несколько стадий обработки – рецикл.

Рисунок 3. Принципиальная схема многокамерной флотационной установки.
1 – отсек предварительной очистки; 2 – безнапорный центробежный сепаратор; 3 – шламоприемник; 4 – плунжер для реагента; 5 – флотационные камеры; 6 – отстойный отсек; 7 – шламоудалитель; 8 – карман очищенной воды; 9 – эжектор; 10 – насос; 11 – сатуратор; 12 – трубы для подачи оборотной воды; 13 – отвод осадка.

Часть стоков, которые забираются рециркуляционным насосом из отстойного отделения, насыщается воздухом. В первом и втором отсеках флотатора происходит окончательное смешивание очищаемой воды и воздуха с образованием водовоздушной смеси. Сточные воды с помощью гидроэлеватора поступают в открытый гидроциклон первой камеры одновременно с реагентами. Далее очищаемые стоки направляются во вторую и в третью камеру через переливные перегородки. Из напорного резервуара подается водовоздушная смесь. В результате движения через камеры флотатора сточные воды проходят несколько стадий очистки. Очищенные воды накапливаются в специальном кармане на задней стенке флотатора.

Рециркуляционная схема позволяет добиться высокого качества очистки.

Кроме вышеописанных конструкций, существуют радиальный (рис.4) и горизонтальный (рис. 5) флотаторы.

Рисунок 4. Принципиальная схема радиального флотатора

При работе радиального флотатора одновременно с очищаемой жидкостью в камеру подается водовоздушная смесь. В зоне тонкослойной сепарации происходит завершающий этап образования пузырьков воздуха и всплытие флотокомплексов. Очищенная вода отводится самотеком. С поверхности раствора флотошлам снимается шламоуловителем. Образовавшийся на дне установки осадок убирается вращающимся придонным скребком.

Рисунок 5. Принципиальная схема горизонтального флотатора

Процесс работы горизонтального флотатора заключается в поступлении очищаемой воды в приемный отсек, где происходит первичная флотация и осаждение крупнодисперсных частиц. Далее стоки поступают в камеру флотации и смешиваются с водовоздушной смесью из сепаратора. Очищенная вода удаляется с помощью насоса, а образующаяся пена собирается шламоуловителем в шламосборник.

Выбор необходимой конструкции напрямую зависит от состава и свойств очищаемой жидкости и желаемой степени очистки.

Все флотационное оборудование по способу образования пузырьков воздуха можно разделить на три основные группы:

• Механическая флотация.
• Электрофлотация.
• Флотация с выделением воздуха из раствора – напорная флотация.

Инвестиционный банк

Как только компания решит пойти на публичный, процесс флотации или IPO, как правило, управляется инвестиционным банком андеррайтинга. Инвестиционный банк помогает компании определить сумму денег, которую она стремится повысить из выпуска публичного рынка.

Инвестиционный банк также помогает в требованиях к подаче государственной документации, разрабатывает инвестиционный проспект и продает предложение компании на дорожном шоу до первоначального выпуска акций.Дорожное шоу помогает компании определить спрос на вновь выпущенные акции, окончательную первоначальную цену акций публичного размещения и окончательное количество акций, которые будут выпущены.

Особенности механической флотации

Принцип работы флотатора

Флотационных методов механической очистки сточных вод несколько:

• Жидкость перемешивается специальным рабочим колесом с лопастями. Эта методика очищения выполняется без напора и хорошо подходит для удаления из воды крупнодисперсных и волокнистых примесей – волос, нитей, шерстинок.
• Сточные воды выделяются в центрифугу (импеллер). Там они перемешиваются, приобретая однородную структуру. При передвижении загрязненная вода обогащается кислородом, образуются маленькие пузыри. Они способны притянуть даже остатки нефтепродуктов.
• Стоки обогащаются воздухом с применением специальных труб, располагающихся на дне принимающей камеры. Метод именуется пневматическим. Применяется в том случае, когда требуется очищение стоков, являющихся агрессивными для обработки их в импеллере либо безнапорной установке.

При напорной обработке уровень очищения зависит от скорости вращения импеллеров – чем она больше, тем лучше. Но нужно рассчитать точное ускорение. На определенном этапе растет потоковая турбулентность, могут разрушиться хлопья мусора, что снижает эффективность процесса.

Если в стоках имеются примеси, которые требуют агрегации, стоит предпочесть иной способ. Из-за значительной турбулентности происходит разрушение молекул загрязнений, и качество очищения резко уменьшается.

Компромисс между механическим и напорным способом – насыщение воды кислородом с применением пористого материала. Направление потока воздуха здесь происходит через особые пластинки с прорезями. Чем тоньше щелевые отверстия в пластинке, тем меньше воздушные пузырьки и лучше очищение.

Виды и способы флотации

Очистка стоков методом флотации может производиться различными способами. То есть, именно образование пузырьков воздуха происходит с использованием различных методов. Рассмотрим все возможные.

Выделение пузырей воздуха из специального раствора

Причем здесь воздух можно выделять как напорным методом, так и вакуумным. В первом случае в воду под высоким давлением запускают воздух, в результате чего на всех слоях воды образуются нужные пузырьки. В случае с вакуумной флотацией сточная вода проходит через аэрационную камеру, где усиленно насыщаются воздухом. После этого стоки поступают в дезаэратор, где из воды удаляется лишний воздух (не растворившийся). Затем серая жидкость переливаются именно во флотационную камеру, где давление падает до критической точки, от чего и происходит образование пузырьков воздуха.

Механический способ насыщения воды воздухом

Этот метод обогащения стоков воздухом заключается в трех основных способах:

• Перемешиванием сточных вод в специальной центрифуге при помощи турбины. В этом случае установка носит название импеллер и позволяет добиться образования пузырей небольшого диаметра. В основном импеллер используется для очистки воды от продуктов нефтепроизводства или от жиров. Импеллер хорош тем, что позволяет варьировать величину воздушных пузырей в результате схемы проведения флотации. То есть, чем выше скорость вращения турбины, тем мельче будут пузырьки в воде.
• Перемешивание воды при помощи специального рабочего колеса с лопастями. Такой метод является безнапорным и хорош для удаления из воды крупнодисперсных и волокнистых примесей, таких как волосы, нити, шерсть и пр. Пузыри при безнапорном способе флотации получаются достаточно крупными.
• Обогащение стоков воздухом с использованием специальных труб, которые располагаются на дне приёмного резервуара для грязной воды. Этот способ носит название пневматический. Используется в том случае, если есть необходимость очистки стоков, которые являются агрессивными для обработки их в импеллере или безнапорном колесе.

Насыщение воды воздухом с использованием пористого материала

Этот способ заключается в проведении потока воздуха сквозь специальные пористые структуры. В качестве примера можно привести специальные тонкие пластины с тонкими щелями по всему периметру. Причем чем тоньше будет щель в пластине, тем мельче будут воздушные пузыри.

Электролиз

Этот способ образования пузырьков воздуха считается одним из наиболее эффективных. Схема действия метода заключается в помещении в воду специальных электродов, по которым в стоки проводят ток. В месте расположения электродов (в месте их контакта с водой) происходит формирование нужных пузырьков.