Пенная сепарация подразделяется на пенное фракционирование и пенную флотацию.

Пенным фракционированием называется выделение из растворов растворенных в них веществ. Пенной флотацией называется выделение нерастворимых веществ из дисперсных систем. При пенном фракционировании (рис. 29) гидрофобная часть поверхностно-активных молекул вещества перемещается к поверхности раздела газа и жидкости, и молекулы принимают устойчивое положение относительно пузырька воздуха. Гидрофильные концы молекул остаются в водной фазе, а гидрофобные проникают в газовую фазу. При непрерывном процессе пузырьки всплывают на поверхность жидкости и образуют слой пены. Растворенные вещества с низкой способностью к образованию пены могут быть подвергнуты пенному фракционированию путем добавления в жидкость пенообразующего агента. В качестве пенообразующих веществ используют масла, жирные кислоты и их соли, дитиокарбонаты, алкилсульфаты, амины и другие соединения.

Удаление нерастворенного взвешенного вещества методом пенной флотации происходит следующим образом (рис. 30). Мельчайшие пузырьки воздуха, образующиеся при его подаче в жидкость в сжатом состоянии, скапливают вокруг себя гидрофобные взвешенные частицы.

Рис. 29. Механизм пенного фракционирования

1 водная фаза; 2 - поверхность раздела; 3 - пузырек воздуха; 4 - гидрофильный конец молекулы; 5 -гидрофобный конец молекулы

Рис. 30. Механизм пенной флотации

1 - смесь жидкости и твердых частиц; 2 - воздушный пузырек; 3 - гидрофобные частицы; 4 - гидрофильные частицы

Благодаря разнице плотностей эта агрегация частиц и пузырька устремляется к поверхности жидкости, и взвешенное вещество концентрируется в слое пены. Затем пена вместе с взвешенными частицами удаляется.

Эффективность пенной сепарации зависит от устойчивости и дренажной способности пены (т.е. способности к влагоотдаче). Дренажная способность зависит от содержания жидкости внутри слоя, размера пузырьков, вязкости и поверхностного натяжения стенок пузырька.

На устойчивость пены влияют концентрация водородных ионов (pH), температура, размер пузырьков, объемная концентрация растворенного вещества. Степень отделения зависит и от соотношения жидкости и газа, площади поверхности пузырька, высоты слоев жидкости и пены и ее долговечности.

Многочисленные конструкции флотационных установок можно разделить по их устройству на горизонтальные, вертикальные, радиальные, многокамерные, колонные. Устройство горизонтального флотатора показано на рис. 31.

Фракционирование пеной используется для очистки промышленных и бытовых сточных вод. Оно находит применение и при обработке промышленных отходов для удаления некоторых ПАВ. Метод может быть использован при очистке отходов пищевых и текстильных предприятий, а также сточных вод целлюлозно-бумажного производства.

Рис. 31. Устройство горизонтального флотатора

1 - флотационная камера; 2 - выделительная камера; 3 – скребковое устройство; 4 - сборный карман очищенной воды; 5 - камера для сбора пены; 6 - штуцер для слива пенной массы; 7 - патрубок для слива осветленной воды; 8 - дросселирующее устройство

Пенная флотация применяется для обработки загрязненных металлом сточных вод (очистка смазывающе-охлаждающих жидкостей), улавливания масел из отходов нефтепереработки, при очистке воды, используемой для мойки автомобилей, и в других целях.

Пенная сепарация нашла применение сравнительно недавно, но получает все большее распространение. Это обусловлено тем, что при относительно небольших капитальных и эксплуатационных затратах, простом аппаратурном оформлении она позволяет решать весьма широкий круг задач, связанных с очисткой воды от диспергированных или растворенных примесей.

На сегодняшний день для сохранения природных ресурсов, почвы, грунтовых вод и защиты их от загрязнения одним из самых перспективных направлений по утилизации и сортировке твердых бытовых отходов является технология гидро –сепарации ТБО. Экологический анализ показал, что уникальная технология сортировки мусора, методом гидро - сепарации, имеет перспективное будущее, так как процесс сортировки мусора имеет замкнутый цикл – до 90% всех бытовых отходов после такой сортировки приобретают вторую жизнь. При этом сокращается количество отходов и освобождаются полезные площади – бывшие полигоны твердых бытовых отходов для дальнейшего продуктивного их использования. Стоимость такой технологии в 2,5 раза дешевле, чем утилизация отходов мусоросжигательными заводами. Переработка тонны мусора методом гидро - сеперации обойдется в 15-16 тысяч рублей, при сжигании -38 тысяч рублей. В чем отличие данной технологии? Для сортировки твердых бытовых отходов используется вода, которая, является природным нейтрализатором запахов. Изначально не сортированный мусор поступает в приемное отделение, оборудованное вытяжными вентиляторами. Затем его прогоняют через водный поток, где органические и неорганические массы разделяются методом гравитационного регулирования водным потоком. Тяжелые предметы тонут ( металл, стекло) - металл от стекла отделяется мощным магнитом, а более легкие такие , как пластик, всплывают на поверхность. Все виды пластика, бумага, картон, металл и стекло сортируются и пускают на вторичное использование. Пищевые отходы перерабатывают с помощью бактерий в герметичных реакторах. Как результат деятельности бактерий получается газ-метан, который идет на получение энергии, и компост. Сравнительно недавно израильскими специалистами была разработана технология анаэробной переработки отходов, полученных в результате гидромеханической сортировки ТБО (твердых бытовых отходов). В пользу данной технологии говорит ее низкозатратность по сравнению с заводами сжигания мусора и быстрая окупаемость инвестированных средств. Технология гидро-сепарации работает по всему миру с 2002 года, в России планируется постройка нескольких заводов, например в Москве будет построена серия перерабатывающих заводов ( до 2000 тонн в сутки), в Оренбурге ( 600 тонн в сутки) и еще в 4 городах.