3. Основные факторы и условия проведения процесса. Флотация.

Флотация – процесс молекулярного прилипания частиц флотируемого материала к поверхности раздела двух фаз, обычно газа (чаще воздуха) и жидкости, обусловленный избытком свободной энергии поверхностных пограничных слоев, а также поверхностными явлениями смачивания [2].

Процесс очистки сточных вод содержащих ПАВ, нефть, нефтепродукты, масла, волокнистые материалы, методом флотации заключается в образовании комплексов «частицы – пузырьки», всплывании этих комплексов и удалении образовавшегося пенного слоя с поверхности, обрабатываемой жидкости. Прилипание частицы, находящейся в ней, к поверхности газового пузырька возможно только тогда, когда наблюдается не смачивание частицы жидкостью.

Смачивающая способность жидкости зависит от ее полярности, с возрастанием которой способность жидкости смачивать твердые тела уменьшается. Внешним проявлением способности жидкости к смачиванию является величина поверхности натяжения ее на границе с газовой фазой, а также разность полярностей на границе жидкой и твердой фаз. Процесс флотации идет эффективно при поверхностном натяжении воды не более 60 - 65 мН/м. Степень смачиваемости водой твердых или газовых частиц, взвешенных в воде, характеризуется величиной краевого угла смачивания θ (рис. 1). Чем больше угол θ, тем более гидрофобная поверхность частиц, т.е. увеличивается вероятность прилипания к ней и прочность удерживания на ее поверхности воздушных пузырьков. Такие частицы обладают малой смачиваемостью и легко флотируются. Большое значение при флотации имеют размер, количество и равномерность распределения воздушных пузырьков в сточной воде.

Рис.1. Схема прилипания пузырька воздуха 1 к взвешенной в воде частице

В практике очистки сточных вод выработаны различные конструктивные схемы, приемы и методы флотации. Метод пенной флотации применяют для извлечения нерастворенных и частичного снижения концентрации некоторых растворенных веществ, метод пенной сепарации – для удаления растворенных веществ.

Наиболее существенные принципиальные отличия способов флотации связаны с насыщением жидкости пузырьками воздуха определенной крупности. По этому принципу можно выделить следующие способы флотационной обработки производственных сточных вод:

флотация с выделением воздуха из раствора (вакуумные, напорные и эрлифтные флотационные установки);

флотация с механическим диспергированием воздуха (импеллерные, безнапорные и пневматические флотационные установки);

флотация с подачей воздуха через пористые материалы;

электрофлотация;

биологическая и химическая флотация.

Флокуляция.

Флокуляция – вид коагуляции, при которой мелкие частицы, находящиеся в взвешенном состоянии в жидкой или газовой фазе, образуют рыхлые хлопьевидные скопления, т.н. флокулы. Флокуляция в жидких дисперстных системах (золях, суспензиях, эмульсиях, латексах) происходит под влиянием специально добавляемых веществ – флокулянтов, а также при тепловых, механических, электрических и прочих воздействиях.

Эффективные флокулянты - растворимые полимеры, особенно полиэлектролиты. Действие полимерных флокулянтов обычно объясняют адсорбцией нитевидных макромолекул одновременно на различных частицах. Возникающие при этом агрегаты образуют хлопья, которые могут быть легко удалены отстаиванием или фильтрованием. Флокулянты (поликремневая кислота, полиакриламид и др.) широко используются при подготовке воды для технических и бытовых нужд, обогащении полезных ископаемых, в бумажном производстве, в сельском хозяйстве (для улучшения структуры почвы), в процессах выделения ценных продуктов из производств отходов обезвреживания промышленных сточных вод. При водоочистке полимерные флокулянты применяют обычно в концентрации 0,1 – 5 мг/л. Флокулянты под действием органических веществ в природных условиях водоема – важный фактор их самоочищения.