Флотационные установки. Эффективность. Схемы

Флотационные установки для водоочистки

Флотационные установки, применяемые в технологии водоочистки, являются достаточно сложными аппаратами и служат для разделения двух- и трехфазных систем. Конструктивные приемы, используемые при создании ФЛОТАЦИОННЫХ УСТАНОВОК, весьма разнообразны и зависят главным образом от конкретных условий применения каждого аппарата.

По технологическому назначению различают ФЛОТАЦИОННЫЕ УСТАНОВКИ для очистки природных и очистки сточных вод — городских и производственных различного состава. Кроме того, ФЛОТАЦИОННЫЕ УСТАНОВКИ используют для разделения иловых смесей в схемах биологической очистки сточных вод и уплотнения осадков, образующихся в результате водоочистки.

По способу газонасыщения ФЛОТАЦИОННЫЕ УСТАНОВКИ подразделяют на установки для напорной, электрической, импеллерной, пневматической, вакуумной, безнапорной, химической и биологической флотации. Пневматические ФЛОТАЦИОННЫЕ УСТАНОВКИ подразделяются на аппараты для флотации пузырьками, диспергированными мелкопористыми пластинами, и аппараты, в которых флотация осуществляется пузырьками, диспергированными соплами.

По крупности пузырьков, образующихся в процессе газонасыщения, различают установки для флотации мелкими пузырьками (до 200 мкм), флотации пузырьками средней крупности (200—800 мкм) и флотации крупными пузырьками (более 800 мкм). К первым относятся ФЛОТАЦИОННЫЕ УСТАНОВКИ для напорной, электрической и химической флотации.

Пузырьки средней крупности образуются при диспергировании их мелкопористыми пластинами, а также в аппаратах для вакуумной и безнапорной флотации. Флотация крупными пузырьками осуществляется в импеллерных машинах и пневматических ФЛОТАЦИОННЫХ УСТАНОВОК при диспергировании пузырьков соплами.

Все существующие ФЛОТАЦИОННЫЕ УСТАНОВКИ подразделяются на аппараты, в которых степень газонасыщения очищаемой воды ограничена каким-либо свойством газожидкостной системы, например растворимостью воздуха при напорной и вакуумной флотации, концентрацией реагентов при химической флотации, коалесценцией пузырьков при безнапорной флотации, и аппараты, позволяющие неограниченно во времени насыщать жидкость пузырьками — это аппараты для электрической, пневматической и импеллерной флотации.

Современные флотационные установки

Современные ФЛОТАЦИОННЫЕ УСТАНОВКИ выполняют одно- или двухкамерными, одноступенчатыми или многоступенчатыми. В однокамерных аппаратах образование флотокомплексов происходит в том же объеме, что и разделение фаз. Эти конструкции наиболее эффективны при флотации крупными пузырьками, когда всплывание флотокомплексов происходит со скоростью, соизмеримой со скоростью элементарного акта флотации.

При флотации мелкими пузырьками более прогрессивной является двухкамерная конструкция. В первой камере создаются условия для эффективного взаимодействия пузырьков и частиц примесей, во второй обеспечивается благоприятная гидродинамическая обстановка, способствующая эффективному завершению процесса флотационного разделения и накопления пенного продукта.

В настоящее время двухкамерные ФЛОТАЦИОННЫЕ УСТАНОВКИ применяют преимущественно для напорной и электрической флотации. При последовательном расположении нескольких одно- или двухкамерных аппаратов получают ФЛОТАЦИОННЫЕ УСТАНОВКИ для многоступенчатой очистки воды. Характерным при этом является то, что в каждой последующей ступени очищается вода с меньшей концентрацией частиц, чем в предыдущей. Обычно число ступеней не превышает трех.

Существенное влияние на эффективность флотационной водоочистки оказывает направление движения жидкости в ФЛОТАЦИОННОЙ УСТАНОВКЕ. Созданы аппараты с вертикальным, горизонтальным и угловым направлением движения потока. В вертикальных ФЛОТАЦИОННЫХ УСТАНОВКАХ жидкость движется вверх (восходящий поток), увлекая флотокомплексы, или вниз (нисходящий поток), замедляя их всплывание.

В горизонтальных аппаратах движение жидкости может быть прямоточным, или тангенциальным; в ФЛОТАЦИОННЫХ УСТАНОВКАХ с угловым направлением движения жидкости перемещение потока по отношению к направлению движения пенного продукта может быть прямоточным, противоточным или перекрестным. Наиболее совершенными, являются конструкции с угловым направлением движения жидкости, наименее эффективными — с вертикальным, особенно при флотации мелкими пузырьками.

Эффективность флотации

В большинстве современных ФЛОТАЦИОННЫХ УСТАНОВОК жидкость независимо от направления движется с постоянной скоростью, хотя весьма перспективными являются аппараты с переменной скоростью перемещения потока. При этом скорость может изменяться непрерывно или ступенчато за счет увеличения (уменьшения) сечения аппарата или расхода в направлении движения жидкости.

Эффективность флотации в значительной мере зависит от конструкции системы ввода очищаемой и отвода очищенной воды. Эти системы могут быть сосредоточенными, рассредоточенными и распределенными; неподвижными или вращающимися.

Источник пузырьков в ФЛОТАЦИОННОЙ УСТАНОВКЕ может быть сосредоточенным или рассредоточенным по высоте. Примером установок с рассредоточенным по высоте источником пузырьков являются электрофлотационные аппараты с вертикальными электродами.

Современные ФЛОТАЦИОННЫЕ УСТАНОВКИ имеют развитую или уменьшенную поверхность пенообразования. В последнем случае достигается более высокая степень концентрирования пенного продукта. Съем его с поверхности ФЛОТАЦИОННОЙ УСТАНОВКИ осуществляется, как правило, принудительно при помощи механизмов периодического или непрерывного действия. Известны аппараты с самопроизвольным удалением пены по мере ее накопления на поверхности.

ФЛОТАЦИОННЫЕ УСТАНОВКИ в горизонтальном сечении выполняются прямоугольными, квадратными или круглыми, в вертикальном они могут быть плоскими или развитыми по вертикали.

Многие современные ФЛОТАЦИОННЫЕ УСТАНОВКИ имеют дополнительные элементы различного назначения, в частности, элементы, улучшающие гидродинамику аппарата, и элементы, обеспечивающие предварительную реагентную или безреагентную обработку очищаемой воды.

Технологические схемы напорной флотации

Технологические схемы напорной флотации. В технологии водоочистки наиболее широкое распространение получила напорная флотация. Очистка пузырьками, выделяющимися из пересыщенной газом жидкости, осуществляется по четырем апробированным на практике схемам. Эффективность той или иной схемы зависит от свойств и концентрации примесей в воде.

Дисперсность пузырьков, образующихся в эжекторе, зависит от количества подсасываемого воздуха и поверхностного натяжения на границе жидкость—газ. При расходе эжектируемого воздуха 2,6 % от расхода воды крупность пузырьков составляет 50—1000 мкм, при снижении расхода до 0,57 % размер их уменьшается до 50—500 мкм. Более тонкое дробление пузырьков достигается дополнительным их диспергированием известными приемами.

Схемы насыщения жидкости газом при напорной флотации. В технологии флотационной очистки наибольшее распространение получило принудительное насыщение жидкости воздухом.

Получение пузырьков из жидкости, пересыщенной газом, в природных условиях или в других технологических процессах встречается гораздо реже.

Принудительное газонасыщение осуществляется преимущественно с использованием сатуратора. Растворяемый воздух вводится в жидкость перед сатуратором или непосредственно в него. Воздух в жидкость либо подсасывается, либо подается под давлением. Существуют комбинированные схемы введения воздуха. Общим недостатком всех схем является сильное диспергирование в перекачивающем насосе способных к дроблению частиц.

Использование для газонасыщения рециркулирующей жидкости не предотвращает дробления частиц при необходимости перекачки очищаемой воды во флотационный аппарат. Поэтому более рациональными являются схемы, позволяющие одновременно вводить в очищаемую воду воздух и подавать ее на очистку при минимальной степени диспергирования примесей.

Технология электрической флотации

Технология электрической флотации. Электрофлотация (ЭФ) — один из наиболее интенсивно развиваемых процессов разделения веществ в водоочистке. Перспективность ЭФ связана с образованием при электролизе воды высокодисперсных пузырьков газа, что позволяет извлекать гидрофильные частицы без применения реагентов — собирателей.

Крупность пузырьков, выделяющихся в результате электролиза, зависит от условий их получения и составляет 0,015—0,2 мм, т. е. размеры практически не отличаются от размеров пузырьков, выделяющихся из пересыщенной жидкости.

Существенным преимуществом ЭФ перед напорной флотацией является возможность неограниченного насыщения очищаемой жидкости пузырьками, а также простота осуществления процесса газонасыщения, что допускает (в отличие от напорной флотации) частые перерывы в этом процессе. Более того, возможность чередования периодов газонасыщения и пауз позволяет интенсифицировать флотационное извлечение примесей в условиях усиленного насыщения воды пузырьками газа в результате их порционной, или импульсной, подачи в жидкость.

Особенности, присущие ЭФ, значительно расширяют область ее применения. Возможность неограниченного газонасыщения воды пузырьками высокой дисперсности позволяет использовать ЭФ для извлечения мелких частиц, а простота процесса газонасыщения обеспечивает ей существенные преимущества перед другими видами флотации при очистке малых количеств загрязненных вод.

Дополнительные преимущества возникают при использовании электрокоагуляции-флотации (ЭК-Ф), позволяющей одновременно осуществлять два процесса: изменение дисперсного состояния примесей в результате их коагуляции под действием электрического тока, ионов растворяющегося металла электродов или других продуктов электрохимических реакций в объеме электролита и закрепление пузырьков электролитического газа на поверхности скоагулированных частиц, что обеспечивает их последующую флотацию.