Флотационная очистка воды. Флотация воды

Принципы флотационной очистки

1 апреля 2012 г

Методы флотации

Очистка практически любого вида сточных вод методом флотации довольно распространенный сегодня способ утилизации канализационных сбросов и применяется повсеместно в тех местах, где его применение является наиболее выгодным с технической точки зрения.

Флотация (в переводе с французского языка flotter- плавать) - это метод очистки воды с использованием микрочастиц разной смачиваемости. Частицы делятся на два вида:

гидрофобные
гидрофильные

Гидрофобные - это не смачиваемые водой частицы, а гидрофильные, наоборот, смачиваемые. Суть флотации состоит в том, что при использовании данного метода пузырьки воздуха и выделяемые масляные капли быстро поднимаются к границе раздела фаз и, тем самым уносят вместе с собой гидрофобные частицы. Более того, именно этим методом и очищаются сточные воды многих современных предприятий и заводов от различных взвесей и органических веществ.

Существует ещё один метод очистки сточных вод - это метод пенной флотации. Его отличие от первого метода в том, что вначале частицы проходят обработку реагентами. Затем воздушные пузырьки выталкивают данные реагенты на поверхность воды, в результате чего образуется слой пены, который и уносит различные органические соединения. Более того, кроме реагентов производители добавляют туда ещё и пенообразователь, который повышает устойчивость пены.

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 гидроциклоны 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.

www.vo-da.ru

Флотация

Очистка воды флотационным методом

Плохое качество воды напрямую влияет на долговечность всего дорогостоящего оборудования, расположенного как на производстве, так и в квартире, частном доме, а самое главное, что чистая вода - это здоровье человека, поэтому необходимо тщательно продумывать процесс очистки воды.

Методы очистки сточных вод можно разделить на механические, физико-химические биохимические. Флотация представляет собой физико-химический метод очистки сточных вод от диспергированных и коллоидных включений. Флотацию также применяют для очистки воды от органических веществ: нефти, масел и ПАВ. Поэтому флотация актуальна для обработки сточных вод механообрабатывающих производств, нефтеперерабатывающих предприятий, автомобильных заводов, моек, молочных и мясоперерабатывающих комбинатов.

Принцип действия

При незначительном времени пребывания сточных вод во флотационных установках (20-40 минут) обеспечивается весьма высокий эффект очистки (до 90-98%) от нерастворенных примесей и взвешенных веществ. Флотационный процесс протекает в 4-6 раз быстрей отстаивания при одинаковом эффекте удаления загрязнений. Метод флотации используется для очистки, как промышленных вод, так и бытовых.

Так как именно метод пенной флотации широко применяется для очистки сточных вод, рассмотрим его подробно.

Прикрепившись к пузырькам воздуха, флотокомплексы всплывают на поверхность, образуя пенный слой с более высокой концентрацией частиц, чем в исходной жидкости. Кроме того в пенном слое наблюдается некоторое количество растворенных загрязнений. Захват загрязнений осуществляется благодаря способности гидрофобных частиц (загрязнений) прилипать к пузырькам газа и подниматься к поверхности. На устойчивость пары пузырёк-частица влияют размеры, как пузырька, так и частицы, физико-химические свойства жидкой среды, частицы и пузырька и другие факторы.

В зависимости от способа образования пузырьков газа различают следующие виды флотации:

Ø напорную,
- пенную,
- вибрационную,
- пневматическую,
- механическую,
- электрофлотацию,
- химическую,
- биологическую и др,

Наиболее часто применяемые из них:

Электрофлотация

При этом способе жидкость при пропускании через нее постоянного электрического тока насыщается пузырьками газа, образующегося на одном из электродов. Газовые пузырьки, поднимаясь вверх, сталкиваются с дисперсными частицами загрязнений, прилипают к ним и затем выносят их на поверхность воды, образуя слой пены. Устройства, в основе которых лежит процесс электрофлотации называются электрофлотаторами.

Механическая или импеллерная флотация

Пузырьки воздуха образуются за счет совершающего вращательное движение импеллера, расположенного в центре флотационной камеры. Воздух подсасывается в трубу и проходит через лопатки импеллера, которые разбивают поток воздуха на маленькие пузырьки. Также в этой зоне создается множество мелких вихревых потоков, измельчающих пузырьки воздуха. За счет всплывания пузырьков газа осуществляется процесс флотации.

Напорная флотация

При напорной флотации сточные воды во флотационную камеру подаются через одну трубу, а рабочая жидкость (воздух, растворенный в воде) через другую. Для того чтобы растворить воздух в воде применяют сатуратор. Рабочее давление в сатураторе составляет 3-9 Бар, время растворения не более 5 минут. Способ напорной флотации позволяет изменять размер пузырьков путем регулирования давления.

Пневматическая флотация

Пропуская воздух через мелкие отверстия можно получить микропузырьки, способные флотировать содержащиеся в жидкости загрязнения. На этом и основана пневматическая флотация. Воздух под давлением проходит через маленькие отверстия, затем всплывает на поверхность, захватывая с собой частицы загрязнений.

Для повышения эффективности очистки применяют флотацию совместно с коагуляцией. Коагуляция - объединение частиц дисперсной фазы в агрегаты вследствие сцепления (адгезии) частиц при их соударениях. Для осуществления этого процесса перед флотационной камерой в воду добавляют реагент.

gostvoda.ru

Флотационная очистка воды.

Флотационная очистка применяется для удаления из воды поверхностно- активных веществ (ПАВ), нефтепродуктов, жиров, смол и др. Процесс флотации заключается в сорбировании содержащихся в воде примесей поверхностью пузырьков воздуха, нагнетаемого в очищаемую жидкость. В практике очистки вод используются напорные, безнапорные, вакуумные и электрофлотационные установки. Наибольшее распространение получили напорные установки (рис. 3.15). В таких установках вода сначала насыщается воздухом под давлением, а затем подается в открытый резервуар, где происходит выделение пузырьков и сорбирование ими содержащихся в воде примесей. Иногда сжатый воздух подается в нижний слой жидкости, находящейся в резервуаре (флотаторе). Для повышения эффективности очистки воздух подается через пористые (фильтросные) пластины. При вакуумной флотации в флотаторе создается разряжение, способствующее образованию пузырьков воздуха. Для безнапорной флотации используются эрлифтные установки, которые позволяют существенно (в 2—4 раза) снизить затраты электроэнергии на флотационную очистку. Повышению эффективности очистки вод при флотации способствует наличие синтетических поверхностно-активных веществ (СПАВ). Образуемая ими густая стойкая пена повышает степень извлечения из воды эмульгированных и диспергированных примесей. При флотации одновременно достигается дегазация очищаемых вод и насыщение их кислородом.

Установки флотационной очистки воды

Рис. 3.15. Установки флотационной очистки воды:

1 — загрязненная вода; 2 — сжатый воздух; 3 — газгольдер; 4 — флотатор; 5 — очищенная вода; 6 — пенный шлам

При электрофлотации образование пузырьков газа происходит вследствие электролиза воды. На аноде выделяется кислород, на катоде — водород. Однако этот метод очистки из-за больших затрат электроэнергии и роста ее стоимости практически не используют. По этим же причинам все реже применяют некогда широко распространенные электрохимические методы очистки вод: анодное окисление и катодное восстановление, электрокоагуляция, электродиализ. Электрохимические методы очистки основаны на пропускании постоянного электрического тока через очищаемую жидкость. Кислород, выделяемый на аноде, окисляет органические примеси. В качестве анодов используют электролитические неразлагаемые материалы: графит, магнетит, диоксиды свинца, марганца или рутения, наносимые на титановую основу. На катодах происходит выделение водорода и оседание ионов металлов с образованием нерастворимых гидроксидов. Катоды изготовляют из стали или алюминия. В процессе электролиза катионы катодов, взаимодействуя с гидроксидными группами, образуют гидроокиси в виде хлопьев. Этот процесс называется электрокоагуляцией.

Одной из разновидностей электрохимической очистки является электродиализ, который основан на разделении находящихся в растворе ионизированных веществ по отсекам, отгороженным проницаемыми мембранами (рис. 3.16). Высокий эффект достигается при использовании мембран из ионитов. Электродиализ является эффективным методом опреснения вод, в частности морской воды для последующего использования ее в питьевом водоснабжении. Установки опреснения морской воды успешно используют в Израиле, других странах Ближнего Востока. С 1973 г. в Казахстане, на полуострове Мангышлак в Каспийском море, эксплуатируется одна из крупнейших в мире установок по опреснению морской воды. Энергией ее обеспечивает построенная здесь АЭС. Электрохимические методы отличаются универсальностью, обеспечивают высокую эффективность очистки, хорошо поддаются автоматизации. Однако их недостатком, как уже отмечалось, является большой расход электроэнергии.

Принцип работы установок электродиализа

Рис. 3.16. Принцип работы установок электродиализа:

А — с обычной пористой мембраной; Б — с ионитной мембраной

Другие физико-химические методы очистки вод имеют ограниченное применение.

Экстракция — извлечение из сточных вод растворенных или эмульгированных веществ с помощью экстрагента — растворителя более сильного, чем вода. Например, очистка сточных вод от нефтепродуктов путем растворения их бензином с последующей его отгонкой.

Эвапорация — отгон из воды летучих веществ водяным паром.

Гиперфильтрация (обратный осмос), микрофильтрация — выделение из воды гидратированных ионов, молекул и других мельчайших частиц путем пропускания ее под большим давлением через мембраны, размеры отверстий которых меньше размеров извлекаемых из воды частиц. Например, обратный осмос используется для обессоливания воды.

При наличии на производстве излишков тепла, например, горячих дымовых газов, можно организовать выпаривание или испарение сточных вод. При этом следует применять меры по охране атмосферного воздуха от испаряемых вредных веществ, таких как бенз(а)пирен и др.

Испарение сточных вод может происходить и в естественных условиях в накопителях-ис1*арителях, представляющих собой земляные сооружения иногда гигантских размеров — высотой в несколько десятков метров, диаметром в несколько километров.

Флотация - это... Что такое Флотация?

Флота́ция (фр. flottation, от flotter — плавать) — один из методов обогащения полезных ископаемых. Процесс основан на различии способности минералов удерживаться на межфазовой поверхности, обусловленный различием в удельных поверхностных энергиях. Гидрофобные (плохо смачиваемые водой) частицы минералов избирательно закрепляются на границе раздела фаз, обычно газа и воды, и отделяются от гидрофильных (хорошо смачиваемых водой) частиц. При флотации пузырьки газа или капли масла прилипают к плохо смачиваемым водой частицам и поднимают их к поверхности. Флотация применяется также для очистки воды от органических веществ и твёрдых взвесей, разделения смесей, ускорения отстаивания в химической, нефтеперерабатывающей, пищевой и др. отраслях промышленности.

История вопроса

В развитии теории флотации сыграли важную роль работы рус.

физикохимиков — И. С. Громека, впервые сформулировавшего в конце XIX века основные положения процесса смачивания, и Л. Г. Гурвича, разработавшего в начале XX века положения о гидрофобности и гидрофильности. Существенное влияние на развитие современной теории флотации оказали труды А. Годена, А. Таггарта (США), И. Уорка (Австралия), советских учёных П. А. Ребиндера, А. Н. Фрумкина, И. Н. Плаксина, Б. В. Дерягина, профессора В. Р. Кривошеина и других.

Методы флотации

В зависимости от характера и способа образования межфазных границ (вода — масло — газ), на которых происходит закрепление разделяемых компонентов (см. Поверхностно-активные вещества) различают несколько видов флотации.

Масляная флотация была предложена первой, на которую В. Хайнсу (Великобритания) в 1860 году был выдан патент. При перемешивании измельченной руды с маслом и водой сульфидные минералы избирательно смачиваются маслом и всплывают вместе с ним на поверхность воды, а порода (кварц, полевые шпаты) осаждается. В России масляная флотация графита была осуществлена в 1904 году в Мариуполе.

Пленочная. Способность гидрофобных минеральных частиц удерживаться на поверхности воды, в то время как гидрофильные тонут в ней, была использована А. Нибелиусом (США, 1892) и Маквистеном (Великобритания, 1904) для создания аппаратов плёночной флотации, в процессе которой из тонкого слоя измельченной руды, находящегося на поверхности потока воды, выпадают гидрофильные частицы.

Пенная — при которой через смесь частиц с водой пропускают мелкие пузырьки воздуха, частицы определённых минералов собираются на поверхности раздела фаз «воздух-жидкость», прилипают к пузырькам воздуха и выносятся с ними на поверхность в составе трехфазной пены (с добавлением пенообразователя, который регулирует устойчивость пены). Пену в дальнейшем сгущают и фильтруют. В качестве жидкости чаще всего используется вода, реже насыщенные растворы солей (разделение солей, входящих в состав калийных руд) или расплавы (обогащение серы).

Для образования пузырьков предлагались различные методы: образование углекислого газа за счёт химической реакции (С. Поттер, США, 1902), выделение газа из раствора при понижении давления (Ф. Элмор, Великобритания, 1906) — вакуумная флотация, энергичное перемешивание пульпы, пропускание воздуха сквозь мелкие отверстия.

Для проведения пенной флотации производят измельчение руды до крупности 0,5-1,0 мм в случае природногидрофобных неметаллических полезных ископаемых с небольшой плотностью (сера, уголь, тальк) и до 0,1-0,2 мм для руд металлов. Для создания и усиления разницы в гидратированности разделяемых минералов и придания пене достаточной устойчивости к пульпе добавляются флотационные реагенты. Затем пульпа поступает во флотационные машины. Образование флотационных агрегатов (частиц и пузырьков воздуха) происходит при столкновении минералов с пузырьками воздуха, вводимого в пульпу, а также при возникновении на частицах пузырьков газов, выделяющихся из раствора. На флотацию влияют ионный состав жидкой фазы пульпы, растворённые в ней газы (особенно кислород), температура, плотность пульпы. На основе изучения минералого-петрографического состава обогащаемого полезного ископаемого выбирают схему флотации, реагентный режим и степень измельчения, которые обеспечивают достаточно полное разделение минералов. Лучше всего флотацией разделяются зёрна размером 0,1-0,04 мм. Более мелкие частицы разделяются хуже, а частицы мельче 5 мкм ухудшают флотацию более крупных частиц. Отрицательное действие частиц микронных размеров уменьшается специфическими реагентами. Крупные (1-3 мм) частицы при флотации отрываются от пузырьков и не флотируются. Поэтому для флотации крупных частиц (0,5-5 мм) в СССР были разработаны способы пенной сепарации, при которых пульпа подаётся на слой пены, удерживающей только гидрофобизированные частицы. С той же целью созданы флотационные машины кипящего слоя с восходящими потоками аэрированной жидкости.

Пенная флотация — гораздо более производительный процесс, чем масляная и плёночная флотации. Этот метод применяется наиболее широко.

Электрофлотация — перспективный метод для применения в химической промышленности, заключается во всплытии на поверхности жидкости дисперсных загрязнений за счет выделения электролитических газов и флотационного эффекта.

Для очистки воды, а также извлечения компонентов из разбавленных растворов в 1950-х годах был разработан метод ионной флотации, перспективный для переработки промышленных стоков, минерализованных подземных термальных и шахтных вод, а также морской воды. При ионной флотации отдельные ионы, молекулы, тонкодисперсные осадки и коллоидные частицы взаимодействуют с флотационными реагентами-собирателями, чаще всего катионного типа, и извлекаются пузырьками в пену или плёнку на поверхности раствора. Тонкодисперсные пузырьки для флотации из растворов получают также при электролитическом разложении воды с образованием газообразных кислорода и водорода (электрофлотация). При электрофлотации расход реагентов существенно меньше, а в некоторых случаях они не требуются.

Широкое использование флотации для обогащения полезных ископаемых привело к созданию различных конструкций флотационных машин с камерами большого размера (до 10-30 м³), обладающих высокой производительностью. Флотационная машина состоит из ряда последовательно расположенных камер с приёмными и разгрузочными устройствами для пульпы. Каждая камера снабжена аэрирующим устройством и пеносъёмником.

Области применения

В мире благодаря флотации вовлекаются в промышленное производство месторождения тонковкрапленных руд и обеспечивается комплексное использование полезных ископаемых. Фабрики выпускают до пяти видов концентратов. В ряде случаев хвосты флотации не являются отходами, а используются в качестве стройматериалов, удобрений для сельского хозяйства и в др. целях. Флотация является ведущим процессом при обогащении руд цветных металлов. Внедряется использование оборотной воды, что снижает загрязнение водоёмов.

Флотореагенты

Существует несколько типов флотореагентов, отличающихся принципом действия:

Собиратели — реагенты, избирательно сорбирующиеся на поверхности минерала, который необходимо перевести в пену, и придающие частицам гидрофобные свойства. В качестве собирателей используют вещества, молекулы которых имеют дифильное строение: гидрофильная полярная группа, которая закрепляется на поверхности частиц, и гидрофобный углеводородный радикал. Чаще всего собиратели являются ионными соединениями; в зависимости от того, какой ион является активным различают собиратели анионного и катионного типов. Реже применяются собиратели, являющиеся неполярными соединениями, не способными к диссоциации. Типичными собирателями являются: ксантогенаты и дитиофосфаты — для сульфидных минералов, натриевые мыла́ и амины — для несульфидных минералов, керосин — для обогащения угля.Расход собирателей составляет сотни граммов на тонну руды;
Регуляторы — реагенты, в результате избирательной сорбции которых на поверхности минерала, последний становится гидрофильным и не способным к флотации. В качестве регуляторов применяют соли неорганических кислот и некоторые полимеры;
Пенообразователи — предназначены для улучшения диспергирования воздуха и придания устойчивости минерализованным пенам. Пенообразователями служат слабые поверхностно-активные вещества.Расход пенообразователей составляет десятки граммов на тонну руды.