Лекция 11 Очистка воды флотацией План
1.Общие понятия и положения.
2. Классификация методов адсорбционной пузырьковой сепарации.
3.Физико-химические основы пенной флотации
4. Физико-химические основы пенного фракционирования
5. Физико-химические основы электрофлотации
1. Общие понятия и положения
Метод флотации – это метод очистки естественных и сточных вод основан на использовании пузырьков газов для вынесения примесей на поверхность воды в виде пленки, шлама или пены. Метод используется для очистки сточных вод загрязненных отходами нефти, продуктами ее переработки, жирами, маслами, смолами, латексами, синтетическими и естественными органическими веществами к которым относят ПАВ, красители, растворители и др.. Примеси в воде могут быть в жидком, твердом, коллоидном или растворимом состоянии.
Флотационный метод очистки, кроме удаления механических примесей, растворимых и коллоидных загрязнений, обеспечивает снижение значений БПК и ХПК, удаление летучих компонентов, оказывает содействие повышению концентрации кислорода в воде. Метод эффективный при удалении примесей, плотность которых меньше, равна, или незначительно превышает плотность воды.
Эффективность метода находится в широких границах: от 20 до 99%.
Чаще всего флотационный метод применяют в локальных очистных сооружениях для улавливания определенных примесей (ПАВ; красителей и т.д.). Кроме того на локальных очистных сооружениях удаляют основную массу загрязнений.
Флотационные процессы проходят в 4-6 раз быстрее в сравнении с отстаиванием при почти одинаковом эффекте очистки.
Кроме того, шламы, которые выделяют при применении флотации, имеют меньшую влажность по сравнению со шламами отстойников. Изъятие диспергированных коллоидных частиц или растворимых примесей из воды, происходит в результате их прилипання (адсорбции) к пузырькам газа или при адсорбции пузырьков газа к частицам. Пузырька газа вводят в воду или создают в ней за счет физических и химических процессов.
Агрегаты пузырьков газов с примесями выплывают на поверхность, образуя слой пены с более высокой концентрацией загрязнений, чем в жидкости. Все процессы, связанные с переходом вещества в слой пены за счет адсорбции к пузырькам газа получили название адсорбционной пузырьковой сепарации.
2. Классификация методов адсорбционной пузырьковой сепарации
Все флотационные методы условно классифицируют выходя или из свойств вещества, которое удаляется из воды, или из способа диспергирования газов в воде.
По свойствам примесей, которые удаляются из воды флотацию разделяют на:
пенную сепарацию;
адсорбционную пузырьковую сепарацию без образования пены.
Последний вид разделяют на:
пленочную флотацию;
пузырьковое фракционирование.
В первом случае примеси в воде находятся в жидком состоянии и при очистке образуют на поверхности пленку.
Во втором случае на поверхности воды при флотации образуется слой твердых плавающих примесей (слой из целлюлозного волокна).
Пенная сепарация делится на:
пенное фракционирование;
пенную флотацию.
Фракционирование основано на удалении из воды ПАВ, которые способны к эффективной адсорбции на поверхности пузырьков газов, которые поднимаются вверх через раствор. Пена, которая образуется, обогащена адсорбированными ПАВ, которые и обеспечивают парциальную сепарацию компонентов раствора.
В методе пенной флотации ПАВ используют для пенообразования и для улучшения адгезии примесей к пузырькам газов. Т.е. в методе пенной флотации ПАВ не является основным загрязнителем, а используется для интенсификации удаления из воды взвешенных коллоидных частичек и растворенных молекул и ионов.
Методы пенной флотации делятся на:
макрофлотацию;
микрофлотацию;
осадительную флотацию;
молекулярную и ионную флотацию;
адсорбционную коллоидную флотацию.
Суть метода пенной флотации сводится к удалению разных веществ, макро-, микро- и коллоидных частиц из растворов с помощью ПАВ.
При осадительной флотации, кроме ПАВ, вводится реагент, способный образовывать осадок с веществами, которые выделяются, при чем в нерастворенном состоянии вещество, связанное с реагентом, переходит чаще всего при концентрировании в пену.
Адсорбционно-коллоидной флотацией называется метод основанный на удалении растворимого вещества предварительно адсорбированного на коллоидных частицах за счет флотации коллоидных частиц.
По способу диспергирования воздуха флотация делится на:
механическую;
пневматическую;
вакуумную;
напорную;
электрохимическую.
При напорной флотации воду насыщают воздухом при избыточном давлении в специальных пневматических камерах, при этом достаточно чтобы лишь часть воды насыщалась воздухом. Выделение пузырьков газов происходит при внесении водовоздушной смеси в флотационную камеру, в которой давление снижается до атмосферного. Вследствие понижения растворимости газов, при уменьшении давления, воздух выделяется в виде мелких пузырьков.
В случае пневматической флотации диспергирование газа происходит за счет пропускания его через пористую перегородку. Размеры пузырьков газа при этом зависят от высоты слоя жидкости, размеров пор и давления воздуха.
Механическая флотация – это метод, при котором воздух смешивается с водой с помощью высокооборотных импеллерных мешалок.
При вакуумной флотации в флотационной камере создается вакуум, который приводит к выделению растворимых в воде газов за счет уменьшения их растворимости при снижении давления.
В случае электрохимической флотации образование газов происходит за счет электролиза воды при пропускании постоянного электрического тока через воду. На катодах происходит выделение водорода (Н2), на анодах происходит выделение кислорода (О2), а также в отдельных случаях растворения анодов с образованием гидроксидов металлов.
Наиболее распространенными методами флотации является напорная флотация, пневматическая и электрохимическая флотации.
Метод механической флотации в основном применяется при обогащении руд и редко используется при очищении воды.
Химическая флотация, которая основана на образовании газов за счет протекания химических реакций, мало распространенная из-за низкой эффективности и вторичного загрязнения воды реагентами.