Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Экология arrow ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ: ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ ЗАЩИТЫ ГИДРОСФЕРЫ
Посмотреть оригинал

Флотация

Флотацию применяют для удаления из сточных вод нерастворимых диспергированных примесей, которые самопроизвольно плохо отстаиваются. В некоторых случаях флотацию используют и для удаления растворенных веществ, например ПАВ. Такой процесс называют пенной сепарацией или пенным концентрированием. Флота-

II-18. Аппараты для коагуляции

Рис. II-18. Аппараты для коагуляции: а — перегородчатый смеситель: 1 — коридор, 2 — перегородка, 3 — окно; б — перегородчатая камера хлопьеобразования: 1 — коридор, 2 — перегородки, 3 — окно; в — коагулятор-осветлитель: 1 — корпус, 2 — желоб, 3 — отверстия для удаления осветленной воды, 4 — воздухоотделитель, 5 — центральная труба, 6 — распределительные трубы

цию применяют для очистки сточных вод многих производств: нефтеперерабатывающих, искусственного волокна, целлюлозно-бумажных, кожевенных, машиностроительных, пищевых, химических. Ее используют также для выделения активного ила после биохимической очистки.

Достоинствами флотации являются непрерывность процесса, широкий диапазон применения, небольшие капитальные и эксплуатационные затраты, простая аппаратура, селективность выделения примесей, по сравнению с отстаиванием большая скорость процесса, а также возможность получения шлама более низкой влажности (90- 95%), высокая степень очистки (95-98%), возможность рекуперации удаляемых веществ. Флотация сопровождается аэрацией сточных вод, снижением концентрации ПАВ и лсгкоокисляемых веществ, бактерий и микроорганизмов. Все это способствует успешному проведению последующих стадий очистки сточных вод.

Элементарный акт флотации заключается в следующем: при сближении подымающегося в воде пузырька воздуха с твердой гидрофобной частицей разделяющая их прослойка воды при некоторой критической толщине прорывается и происходит слипание пузырька с частицей. Затем комплекс частица — пузырек подымается на поверхность воды, где пузырьки собираются, и возникает пенный слой с более высокой концентрацией частиц, чем в исходной сточной воде.

Возможность образования флотационного комплекса частица — пузырек, скорость процесса и прочность связи, продолжительность существования комплекса зависят от природы частиц, а также от характера взаимодействия реагентов с их поверхностью и от способности частиц смачиваться водой.

При закреплении пузырька образуется трехфазный периметр-линия, ограничивающий площадь прилипания пузырька и являющийся границей трех фаз — твердой, жидкой и газообразной. Касательная к поверхности пузырька в точке трехфазного периметра и поверхность твердого тела образуют обращенный в воду угол 9, называемый краевым углом смачивания (рис. II-19).

Вероятность прилипания зависит от смачиваемости частицы, которая характеризуется величиной краевого угла q. Чем больше краевой угол смачивания, тем больше вероятность прилипания и прочность удерживания пузырька на поверхности частицы. Прилипание происходит при столкновении пузырька с частицей или при образовании пузырька из раствора на поверхности частицы. На величину смачиваемости поверхности взвешенных частиц влияют адсорбционные явления и присутствие в воде примесей ПАВ, электролитов и др.

Поверхностно-активные вещества — реагенты-собиратели, адсорбируясь на частицах, понижают их смачиваемость, т. е. делают их гидрофобными. В качестве реагентов-собирателей используют масла, жирные кислоты и их соли, меркаптаны, ксантогенаты, дитио-

карбонаты, алкилсульфаты, амины и др. Повышения гидрофобности частиц можно достичь и сорбцией молекул растворенных газов на их поверхности.

Энергия образования комплекса пузырек — частица равна:

Рис. II-19. Элементарный акт флотации (1 — пузырек газа; 2 — твердая частица) где а — поверхностное натяжение воды на границе с воздухом.

Для частиц, хорошо смачиваемых водой, 9 —> 0, a cos0 —> 1, следовательно, прочность прилипания минимальна, для несмачиваемых частиц — максимальна.

Эффект разделения флотацией зависит от размера и количества пузырьков воздуха. По некоторым данным, оптимальный размер цу- зырьков равен 15-30 мкм. При этом необходимы высокая степень насыщения воды пузырьками или большое газосодержание. Удельный расход воздуха снижается с повышением концентрации примесей, так как увеличивается вероятность столкновения и прилипания. Большое значение имеет стабилизация размеров пузырьков в процессе флотации. Для этой цели вводят различные пенообразователи, которые уменьшают поверхностную энергию раздела фаз. К ним относят сосновое масло, крезол, фонолы, алкилсульфат натрия и др. Некоторые из этих веществ обладают собирательными и пснообра- зующими свойствами.

Вес частиц не должен превышать силы прилипания ее к пузырьку и подъемной силы пузырьков. Размер частиц, которые хорошо флотируются, зависит от плотности материала и равен 0,2-1,5 мм.

Флотация может быть использована при сочетании с флокуляцией. Этот процесс иногда называют флотацией. При проведении флотации хлопьев после коагулирования необходимо учитывать, что вероятность прилипания пузырьков газа к свежеобразованным хлопьям выше, чем к хлопьям, имеющим “возраст” несколько часов. Вероятность образования комплекса пузырек — частица может быть определена по формуле:

где п — число пузырьков радиуса R в объеме V жидкости; г — радиус частицы: сг= п4/ЗяЯ3/ V — объемная концентрация газовой фазы.

Флотационная среда состоит из воды, пузырьков воздуха и твердых частиц. Плотность среды равна:

где рж, рч, рт, — плотность соответственно жидкости частиц и газа; объемная сч, с. — объемная концентрация соответственно частиц и газа в воде.

Скорость движения частиц vh и пузырьков vn относительно среды определяется по формулам: где g — ускорение свободного падения (силы тяжести); рс — динамическая вязкость флотационной среды.

Скорость процесса выделения частиц флотацией описывается уравнением реакции первого порядка:

где К — коэффициент скорости флотации, зависящей от гидродинамических и конструктивных параметров.

Наиболее благоприятные условия разделения достигаются при соотношении между твердой и газообразной фазами Gr/ G4= 0,01— 0,1. Это соотношение определяется по формуле:

где Gr и G4 — масса соответственно воздуха и твердых веществ, г; b — растворимость воздуха в воде при атмосферном давлении и данной температуре, см3/л; f — степень насыщения (обычно f = 0,5-0,8); Р — абсолютное давление, при котором вода насыщается воздухом; Q, — количество воды, насыщенной воздухом, м3/ч; Q — расход сточной воды, м3/ч.

Различают следующие способы флотационной обработки сточных вод: с выделением воздуха из растворов; с механическим диспергированием воздуха; с подачей воздуха через пористые материалы, электрофлотацию и химическую флотацию.

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Популярные страницы