Применение напорной флотации при очистке стоков

С 1Ь 6 X № в химии и химической технологии. Том XXIV. 2010. № 3

УДК 66.011

JIM. Кочетов, Б.С. Сажин, В.Б. Сажин*, И.А. Попов, Г.И. Хазанов, A.C. Буток

Московский государственный текстильный университет им. А.Н. Косыгина, г. Москва * Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия

ПРИМЕНЕНИЕ НАПОРНОЙ ФЛОТАЦИИ ПРИ ОЧИСТКЕ СТОКОВ

Considered peculiarities of flotation cleaning industrial sewage. Shows the formula to determine the effectiveness of the cleaning and other technological measures.

Рассмотрены особенности процесса напорной флотации при очистке производственных стоков. Приведены расчетные соотношения для определения эффективности очистки и других технологических показателей.

Флотация является эффективным методом очистки производственных сточных вод, позволяющим производить комплексное удаление различных загрязнений: тонко диспергированных взвешенных частиц, нефтепродуктов, поверностно-активных веществ. Флотация основана на способности пузырьков газа, введённых в обрабатываемую воду, закрепляться на взвешенных в ней частицах и подниматься вместе с ними на поверхность осветляемой жидкости. Эффект осветления воды при флотации в основном определяется адгезионно-поверхностными свойствами пузырьков воздуха и взвеси, что даёт возможность удалять из воды тонкодисперсную взвесь.

Флотация обусловлена избытком свободной энергии поверхностных пограничных слоев, а также явлениями смачивания. Адгезия частицы, находящейся в жидкости, к поверхности газового пузырька возможно при условии плохого смачивания частицы жидкостью. Поэтому частицы обладающие малой смачиваемостью легко флотируются. Смачивающая способность жидкости зависит от её полярности, с возрастанием которой способность жидкости смачивать твёрдые поверхности уменьшается. Внешним проявлением способности жидкости к смачиванию является поверхностное натяжение её на границе с газовой фазой, которое характеризуется величиной краевого угла смачивания.. Большое значение при флотации имеют размер, количество и равномерность распределения воздушных пузырьков в сточной воде. Для флотации оптимальные размеры воздушных пузырьков 15 -30 мкм, а максимальные 100 -200 мкм.

В практике очистки производственных сточных вод используются различные конструктивные схемы и методы флотации [1,2].

Наиболее существенные отличия способов флотации связаны с способом образования пузырьков воздуха определённой крупности. По этому принципу можно выделить следующие способы флотационной обработки производственных сточных вод: напорная флотация (с выделением воздуха из раствора при резком понижении давления); механическая флотация (с механическим диспергированием воздуха); барботажная флотация (с подачей воздуха через перфорированные трубки или пористые материалы); электрофлотация (с выделением газов из раствора в результате прохождения через него электрического тока).

9

С Ib 6 X U/ в химии и химической технологии. Том XXIV. 2010. № 3

Для процессов очистки производственных сточных вод наиболее перспективное значение имеет напорная флотация, которая в отличии от безнапорной (барботажной) обладает следующими преимуществами: - оптимальный размер образующихся пузырьков воздуха; - небольшой удельный расход воздуха; -отсутствие компрессора и невысокий расход энергии;

Сущность напорной флотации заключается в растворении воздуха в жидкости при повышенном давлении и последующего выделения его при резком понижении давления. Выделяющийся воздух образует мелкие пузырьки, которые флотируют содержащиеся в сточной воде загрязнения. Количество воздуха, которое выделяется из насыщенного раствора и обеспечивает необходимую эффективность флотации, обычно составляет менее 5% объёма обрабатываемой сточной воды (теоретически 1,5-2%).

Поскольку напорная флотация позволяет получать мелкие пузырьки воздуха, она может применяеться при очистке производственных сточных вод, содержащих тонкдисперсные взвеси. При этом возможно регулировать степень насыщения воды воздухом, в соответствии с начальной концентрацией загрязнений и требуемой эффективностью очистки.

Рис. 1. Принципиальная схема напорной флотации.

1- Вход воды; 2- Выход воды; 3- Отвод пены; 4-Отвод шлама; 5- Ввод воздуха;

6-Флотационная камера; 7- Сатуратор; 8- Насос; 9-Водораспределительное устройство; 10- Пеносборное устройство; 11-Рециркуляция воды.

Флотационные установки состоят из одной или двух камер. В однокамерных установках происходит одновременно насыщение жидкости пузырьками воздуха и всплывание флотирующихся загрязнений. В двухкамерных установках эти процессы происходят раздельно. Объём флотокамер складывается из объёмов рабочей зоны (глубина 1,0-2,0 м), зоны формирования и накопления пены (глубина 0,2-1,0 м), зоны накапливания осадка (глубина 0,5-1,0м). На рис. 1. приведены схемы напорной флотации: прямоточная (а) и с рециркуляцией воды (б). Очищаемая вода подается насосом в сатуратор. На всасывающем трубопроводе насоса имеется патрубок для подсоса воздуха. Объём сатуратора рассчитывают на необходимую продолжительность насыщения воздухом (обычно 2-3 мин) при избыточном давлении 0,3-0,5 МПа. В целях уменьшения размеров сатуратора возможно насыщение воздухом не всего объема очищаемой воды, а лишь части его, которая подается в флотатор в виде рециркулирующего потока, параллельно с основным потоком очищаемой воды 0.

9

С 11 6 X U/ в химии и химической технологии. Том XXIV. 2010. № 3

Обычно для этого отбирается часть очищенного стока (до 30%) и возвращается во флотатор через сатуратор (рис. 1 б). Недостатком такой схемы является увеличение гидравлической нагрузки во флотаторе. Воздух обычно подаётся во всасывающий патрубок насоса с помощью эжектора. Расход рециркулирующей воды <Зр ~ (0,2 ^ 0,3) <3. Насыщенная воздухом вода поступает через дроссель из сатуратора во флотационную камеру, где выделившиеся из воды пузырьки воздуха всплывают вместе с частицами взвесей и масло-жиропродуктов. Одновременно могут удалятся в виде пены поверхностно-активные вещества, находящиеся в воде в растворенном состоянии. Всплывающая масса непрерывно отводится специальными устройствами в пеносборник. Обычно для удаления пены используют скребковые устройства различной конструкции. Расчётную влажность пены следует принимать при непрерывном съеме 96 - 98%. Для уменьшения объема пены в пеносборнике следует применять пеногасители.

Гидравлическая нагрузка, определяемая как отношение расхода очищаемой воды к площади флотационной камеры, зависит от конструкции флотатора принимается обычно в диапазоне д = 6 ^ 10 мЗ/м2ч. Тогда площадь флотатора в плане:

о (О + Ор) 2

д ' м ' О)

Для флотатора прямоугольной отношение длины флотатора к ширине принимается в диапазоне а/Ь = 1 ^2. Рабочий объем флотатора:

м3

где Нр - высота слоя жидкости от уровня ввода до водоотводящей трубы. Среднее время пребывания воды во флотаторе:

60WP

Тср =

Р

Давление в сатураторе принимается САТ =3^5 атм. Объем сатуратора:

\¥с =1,2 —тс , м3

с 60 с

т т

с - среднее время пребывания воды в сатураторе; с ~ 2-4 мин.

Давление во флотаторе на уровне водораспределительного коллектора:

рх gx Н р 2

РФ =-г~ > кг/ см

9,8 хЮ4

где Р - плотность воды при рабочей температуре, кг/м3. Количество воздуха, выделяющегося во флотаторе:

Ь = 0'

где и , кг/м3 - соответственно растворимость воздуха в воде

при абсолютных давлениях в сатураторе РС и во флотаторе РФ:

р

х Рдт

Ус=Уо^П-0,0085.^ кг/м3

"о

С Ib б X № в химии и химической технологии. Том XXIV. 2010. №3

УФ = 7.'0.0085- ,) ^ Г 0

где , кг/м3 - растворимость воздуха в воде при нормальных условиях.

Объем выделяющегося во флотаторе воздуха:

У = ,м3/ч

где Рв - плотность воздуха при давлении и температуре во флотаторе, кг/м3. Относительный объемный расход воздуха, выделяющегося во флотаторе:

V , м3/м3

1 = о

В таблице приведены данные работы напорного флотатора при очистки сточных вод от автомобильных моек. Предварительная очистка воды осуществлялась в тонкослойном отсойнике с использованием коагулянта (полиокихлорида алюминия).

Табл. Параметры работы установки напорной флотации.

Начальное загрязнение, мг/л Параметры процесса Удельн. расход воздуха, %. Эффективность очистки, %

Взвешен, в-ва. ПАВ нефте-продук. Давление в сатураторе, ати Продолжительность процесса, мин Взвешен, в-ва. ПАВ нефтепродук.

Сатуратор Флотатор

200 -250 20-60 20-40 3 3-4 15 -25 3 60-85 50-70 50-80

200 -250 20-60 20-40 5 3-4 15 -25 4 70-95 50-80 50-90

Из таблицы видно, что при увеличении давления в сатураторе до 5 ати. эффективность очистки по всем показателям несколько увеличивается. Использование синтетических флокулянтов на основе полиакриламида позволяло повысить эффективность очистки по взвешенным веществам на 2050%. Доза флокулянта составляла около 2,5 г/мЗ. На эффективность очистки по ПАВ и нефтепродуктам добавление флокулянтов практически не оказывало влияния.

Библиографические ссылки.

1. Яковлев C.B. Очистка производственных сточных вод / C.B. Яковлев [и др.]; М.: Стройиздат, 2005.

2. Сажин Б.С.Экологическая безопасность технологических процессов / Б.С.Сажин, О.С.Кочетов, Л И. Гудим, Л.М. Кочетов. М.: МГТУ им. А Н. Косыгина, 2007.