Метод флотационной очистки промышленных стоков

УДК 66.067.8 Г. Х. Гумерова

МЕТОД ФЛОТАЦИОННОЙ ОЧИСТКИ ПРОМЫШЛЕННЫХ СТОКОВ

Ключевые слова: промышленные стоки, процесс флотации, аэрация жидкости, очистка стоков, флотаторы.

Несомненную перспективу приобретает метод флотационной очистки промышленных стоков, обеспечивающий высокую степень очистки, как от жидких, так и от твердых дисперсных взвесей при любом объеме стоков.

Key words: industrial effluents, flotation process, aeration of fluids, wastewater treatment, flotation unit.

Great perspective acquires a method of flotation treatment of industrial wastewater, providing a high degree of purification from liquid and solid particulate suspensions in any volume of water.

Современный уровень мирового производства предполагает потребление в технологических целях огромных объёмов пресной воды, достигающих в настоящее время 5 триллионов кубических метров в год [1].

После использования воды в технологических процессах образуются промышленные стоки, которые подлежат глубокой очистке, как от растворимых примесей, так и от нерастворимых дисперсных (жидких и твердых) взвесей.

Одной из важных проблем является проблема очистки промышленных стоков от нерастворимых дисперсных взвесей в различных отраслях, таких как энергетика, металлургия, нефтепереработка, пищевая промышленность и др.

Часто при разделении гетерогенных систем используются отстойники. Однако такой способ очистки промышленных стоков в современных условиях является бесперспективным и экономически убыточным.

Очистка промышленных стоков в песочных и гравийных фильтрах также обладает рядом существенных недостатков, поскольку предполагает периодическую регенерацию или замену фильтрующего материала.

Применение для целей очистки промышленных стоков гидроциклонов исключает возможность одновременной очистки от жидких (нефтепродукты) и твердых взвесей, а также достижение высокого качества разделения гетерогенной системы.

В этих условиях несомненную перспективу приобретает метод флотационной очистки промышленных стоков, обеспечивающий высокую степень очистки как от жидких, так и от твердых дисперсных взвесей при любом объеме стоков.

Процесс флотации основан на способности пузырьков газа (воздуха), введенных в очищаемую сточную воду, взаимодействовать со взвешенными в ней частицами и подниматься вместе с ними к поверхности осветленной жидкости.

Эффект взаимодействия пузырьков газа с дисперсной фазой определяется их адгезионно-поверхностными свойствами. Эффективность очистки методом флотации достигает 90%, а при использовании коагулянтов и флокулянтов- 95-98%.

В настоящее время применяются различные способы организации взаимодействия газа с

осветляемой жидкостью. Среди них можно выделить следующие способы [2-4]:

- Пневматическаяи пневмомеханическая;

- Импеллерная флотация;

- Напорная и вакуумная флотация;

- Электрофлотация.

Наибольшее распространение получила пневматическая флотация, основанная на механическом диспергировании воздуха в объем очищаемой жидкости [2].

Аэрация достигаемая путем продувания воздуха через отверстия распределителя, расположенного в нижней части аппарата. Попадая в жидкость, струи воздуха распадаются на пузырьки со средним диаметром 1,0 мм. Степень аэрации при пневматической флотации достигает 0,2-0,3 м3 жидкости.

Пневматические флотационные аппараты просты в эксплуатации, однако отсутствие турбулизации жидкости в аппарате исключает возможность очистки жидкости от

высокодисперсных взвесей.

С целью интенсификации процесса флотации используют различные типы перемешивающих устройств, обеспечивающих дополнительное развитие межфазной поверхности и частичную турбулизацию жидкости.

Однако, как показали результаты эксплуатации таких аппаратов, увеличение энергетических затрат не сопровождается существенным повышением качества очистки стоков [5].

Близким по своему конструктивному оформлению к предыдущим аппаратам являются флотаторы с самовсасывающей турбинной мешалкой (импеллером).

В аппаратах этого типа достигается высокая степень аэрации жидкости, порядка 1 м3 газа на 1 м3 жидкости, что позволяет эффективно очищать стоки с высокой концентрацией дисперсной фазы [2].

Вместе с тем, увеличение степени аэрации жидкости сопровождается снижением

эффективности импеллера из-за уменьшения плотности газожидкостной среды.

Вакуумная и напорная флотация основана на выделении из жидкости растворенного в ней воздуха за счёт перепада давления.

Несмотря на высокую дисперсность газовой среды, степень аэрации жидкости остается низкой,

не превышающей 20 л/м3 в условиях вакуумной флотации при разряжении 0,02-0,03 МПа и 30-50 л/м3 для напорной флотации при избыточном давлении 0,3-0,5 МПа, что исключает качественную очистку стоков при высокой концентрации дисперсной фазы.

Следует отметить также высокую энергоемкость вакуумной и напорной флотации [3].

Наименьшее применение в промышленности нашла электрофлотация из-за высоких энергозатрат и низкой аэрации жидкости (не более 5 л на 1 м3 жидкости) [3].

Сравнительная оценка технико-экономических показателей различного типа флотаторов представлена в таблице 1 [6].

Таблица 1

В последние годы стало уделяться большое внимание разработке флотаторов безнапорного струйного типа, использующих кинетическую энергию падающей струи жидкости, что позволяет существенно снизить энергетические затраты на очистку промышленных стоков по сравнению с другими методами флотации [4,5].

В струйных безнапорных флотаторах процесс аэрации жидкости осуществляется за счет инжекции воздуха падающей струей. Проникая вместе со струей в очищаемый объем жидкости, газ под действием кинетической энергии струи дробится на мелкие пузырьки, образуя газожидкостную систему с развитой межфазной поверхностью.

Инжектирующая способность струи жидкости исследована в работах [6-8]. Падающая струя вызывает интенсивную циркуляцию и турбулизацию основной массы жидкости в аппарате. В этом случае возникает эффект турбулентной миграции тонкодисперсных взвешенных частиц к поверхности пузырьков воздуха. Механизм турбулентной миграции взвешенных частиц принципиально отличается от механизма осаждения частиц на поверхности пузырьков воздуха в неподвижной жидкости и значительно превосходит его по интенсивности осаждения [9,10].

Литература

1. Пономарев В.Я., Юнусов Э.Ш., Ежкова Г.О. Математическое моделирование процесса аэробной очистки сточных вод предприятий пищевой промышленности // Вестник Казан. технол. ун-та. -2011. Т. 14, №17 - С. 139-146.

2. ПроскуряковВ.А., Шмидт Л.И. Очистка сточных вод в химической промышленности: Л. Химия,1977, 520 с.

3. Мацнев А.И. Очистка сточных вод флотацией: Киев, Буд1вельник, 1976, 132 с.

4. Матов Б.М. Флотация в пищевой промышленности: М.Пищевая промышленность, 1976, 167 с.

5. Понкратова С.А., Емельянов В.М., Сироткин А.С., Шулаев М.В. Математическое моделирование и управление качеством очистки сточных вод. //Вестник Казан. технол. ун-та. - 2010. Т. 16, № 6 - С. 76-86.

6. Алексеев Д.В., Николаев Н.А. Анализ технико-экономических показателей работы флотационных аппаратов // Химическая промышленность, 2001, № 1, с. 40-43.

7. Соколов В.Н., Яблокова М.А., Сугак А.В. Гидродинамика и массоперенос при струйном аэрировании жидкостей // ТОХТ, 1988, т.22 № 6, с. 734-739.

8. Муталибова М.Р., Атабаев Г.Н., Ревенко А.В. и др. Расчет коэффициентов эжекции вертикальных свободных аэрированных струй // ТОХТ, 1992, т.26 № 3, с.442-447.

9. Медников Е.П. Турбулентный перенос и осаждение аэрозолей. М.: Наука, 1980. 176 с.

10. Сугак Е.В., Войнов Н.А., Николаев Н.А. Очистка газовых выбросов в аппаратах с интенсивными гидродинамическими режимами. - Казань, РИЦ «Школа», 1999. - 224с.

Способы Допуст Средн Газо- Удельные

флотации имая ий насы- затраты

концен диамет щение электроэн

трация р жидко ергии,

примес пузырь сти, кВт-ч/м3

ей, г/л ков, л/м3

мм

Пневматиче До 1,5 200- 0,2

ская 30,0 300

Импеллер- До 0,9 До 17,0

ная 50,0 1000

Напорная 4,0-5,0 0,2 30-50 10,7

Безнапор До 100 0,8-1,0 300- 0,05

ная 500

© Г. Х. Гумерова - к.т.н., доц. каф. оборудования пищевых производств КНИТУ, ggx70@yandex.ru. © G. H .Gumerova, Ph. D., associate Professor, Department "Equipment of food productions", KNRTU, ggx70@yandex.ru.