В настоящее время очистка сточных вод предприятий является актуальной экологической проблемой, существующей во всех регионах России. Несмотря на все меры и методы, применяемые для очистки сточных вод, загрязнители продолжают поступать в водные объекты. Данная тема актуальна, так как она рассматривает пути уменьшения сброса неочищенных (например, нефте- и жиросодержащих отходов) сточных вод в водоемы.
Цель работы: изучить способы флотации, интенсификация флотационного процесса.
Задачи:
1. Изучить материал на данную тему
2. Провести эксперимент, используя различные реагенты
3. Изучить полученные результаты
4. Сделать вывод
1. Сущность процесса флотации
Флотация (в переводе с французского языка flotter- плавать) — это метод очистки воды с использованием микрочастиц разной смачиваемости. Частицы делятся на два вида:
- гидрофобные
- гидрофильные
Гидрофобные — это не смачиваемые водой частицы, а гидрофильные, наоборот, смачиваемые. Суть флотации состоит в том, что при использовании данного метода пузырьки воздуха и выделяемые масляные капли быстро поднимаются к границе раздела фаз и, тем самым уносят вместе с собой гидрофобные частицы. Более того, именно этим методом и очищаются сточные воды многих современных предприятий и заводов от различных взвесей и органических веществ.
Гидрофобные частицы сближаются с пузырьками воздуха в воде, в результате чего образуется небольшая прослойка. Эта прослойка становится всё меньше и меньше, и, в итоге, наступает критический момент, когда она неизбежно рвётся. После этого обычно происходит полное смачивание гидрофобной частицы.
Далее пузырёк воздуха прилипает к данной частице, и поднимаются к границе раздела фаз, это происходит за счёт того, что плотность пульпы (жидкой среды) гораздо выше плотности пузырька с частицей. Иными словами, они флотируют, в результате чего образуется слой пены, который автоматическии удаляется из флотатора. Также существует небольшой нюанс в данном процессе. На устойчивость связи пузырька с гидрофобной частицей влияют такие факторы как: размер пузырька и частицы, их физико-химические свойства, а также свойства водной среды, в которой они находятся. Флотация — эффективный способ очистки сточных вод, который является очень простым и экономичным, и в то же время имеет высокую производительность и характеризуется качественной очисткой стоков. Флотационные методы лучше других справляются с удалением из стоков поверхностно активных веществ. Для целей очистки стоков применяют специальные флотационные машины, устройства напорного типа, механические, электрофлотационные и другие аппараты. Одним из важнейших параметров флотационной очистки стоков является время флотации, которое должно быть достаточным, чтобы эффективно очистить стоки, но в то же время слишкрм длительная очистка значительно увеличивает габариты аппаратов очистки. Поэтому большое внимание уделяется методам интенсификации флотационного процесса, например, усовершенствованием конструкции флотационных машин , применение реагентов и т.д. Важным параметром флотации является размер размер пузырька воздуха. Чем меньше пузырек и чем больше их количество, тем больше вероятность сцепления пузырька с частицей загрязнения и тем более устойчив флотокомплекс частица-пузырек.
Методы очистки сточных вод от нефтепродуктов
... загрязненности воды нефтью Методы очистки сточных вод выбирают в зависимости от их вида: бытовые, промышленные и дождевые. Сточные воды нефтяной и нефтехимической промышленности содержат нефть, нефтепродукты и ... биологические пруды и другие. Для очистки сточных вод применяют реагентные методы: коагуляцию, флокуляцию, осаждение примесей, фильтрование, флотацию, адсорбцию, ионный обмен, обратный осмос ...
2. Методы флотации
В зависимости от способа образования пузырьков газа различают следующие виды флотации:
напорную,
пневматическую,
механическую,
электрофлотацию,
пенную,
химическую,
вибрационную,
биологическую и др,
В настоящее время на станциях очистки широко используют напорную, пневматическую и электрофлотацию.
Вид содержащихся в воде загрязнений определяет характер флотационной обработки: одним воздухом или воздухом в сочетании с различными реагентами, прежде всего коагулянтами. Использование коагулянтов позволяет значительно повысить эффективность флотационной очистки. Важное значение имеют также условия и способы удаления пены.
Пена образуется на поверхности воды в результате всплывания пузырьков воздуха, несущих на себе удаляемые из воды примеси. Она должна быть достаточно прочной и не допускать попадания загрязнений в воду. Кроме того, пена должна обладать определенной подвижностью при перемещении её к сбросным устройствам. Устойчивость и подвижность пены зависит от свойств и количества реагентов и загрязнений, вносимых в пенный слой. Стабилизации пены способствует наличие в воде хлопьев коагулянта, например. Как правило, удаление пены из флотатора производят либо кратковременным подъемом уровня воды с отводом ее через лотки, расположенные равномерно по площади камеры, либо с помощью скребковых механизмов (пеногонов), перемещающих пену к сборным лоткам.
Метод пневматической флотации
Данный метод основан на подаче сжатого газа (воздуха) в аэрационно-распределительную систему флотокамеры.
Аэрационная система представляет собой мелкопузырчатые аэраторы различных типов — мембранные дисковые аэраторы, перфорированные резиновые шланги, пористые трубы и пластины и т.д. Газ под давлением проходит через отверстия аэраторов и в виде пузырьков одинакового диаметра выходит в очищаемую жидкость. Пузырьки под действием силы Архимеда всплывают, встречая на своем пути частицы загрязнений и образуя с ними довольно устойчивые комплексы.
За счет равномерной подачи воздуха и образования пузырьков с одинаковыми размерами во флотационной камере не возникает сильных турбулентных потоков, что обеспечивает надежный подъем флотокомплексов и получение устойчивого пенного продукта. Пневматические флотационные машины отличаются простотой конструкции и малыми энергозатратами, но при их проектировании и эксплуатации могут возникать такие проблемы как засорение пор, сложность в подборе мелкопористого материала.
Обработка воды флотацией
... на некоторое удорожание, является более надежной. При флотации в жидкости происходит ряд процессов: растворение и выделение воздуха, приклеивание воздушных пузырьков к частицам взвеси и всплывание их на ... механических — турбиной насосного типа. Пневматические установки могут быть напорными и вакуумными . Обработку воды флотацией рекомендуется применять при ее мутности до 150 мг/л и цветности до 200 ...
Метод напорной флотации
Метод напорной флотации. Сущность этого метода заключается выделении пузырьков газа из пресыщенного раствора при перепаде давления. Газ выделяется в виде микропузырьков, зарождающихся непосредственно на частицах загрязнения, образуя прочные флотокомплексы. В данном методе во флотационную камеру подается два потока воды: очищаемая вода и рабочая жидкость (вода насыщенная растворенным газом в количестве 10% от общего потока).
Рабочая жидкость готовится в сатураторе — аппарате, где происходит растворение газа. Рабочее давление в сатураторе составляет 3-9 Бар, время растворения не более 5 минут. В качестве рабочей жидкости может использоваться или исходная вода, но при этом усложняется эксплуатация, или очищенная вода, при этом увеличиваются габариты флотокамеры.
Очищаемая вода равномерно вводится во флотокамеру. Поток рабочей жидкости вводится через форсунки с высокой скоростью — 15-20 м/с. В результате резкого снижения давления на частицах загрязнений выделяется газ и протекает флотационный процесс.
Способ напорной флотации позволяет путем регулирования давления легко изменять количество растворенного воздуха и размер пузырьков, вводимых в обрабатываемую воду.
Метод механической флотации
Основным элементом в данном методе является импеллерный блок, включающий электродвигатель и импеллер в обсадной трубе.
За счет высокой скорости вращения создается воронка и разряжение в нижней части, через отверстия обсадной трубы подсасывается воздух и попадает под вращающиеся лопатки, которые его дробят на мелкие пузырьки. Именно эти пузырьки и распределяются по объему жидкости и благодаря им протекает процесс флотации. К достоинствам механической флотации можно отнести простоту конструкции и малые энергозатраты, но при данном типе флотации из-за вращающихся частей создаются турбулентные потоки, которые могут разрушить сформировавшиеся флотокомплексы.
Метод электрофлотации
Сущность этого метода заключается выделении газовых пузырьков на электродах при прохождении электрического тока.
Кроме того, применение для электрофлотации алюминиевых или стальных электродов обусловливает переход ионов алюминия или железа в раствор, что способствует коагулированию мельчайших частиц механических примесей сточной воды.
Электрофлотационные аппараты состоят из корпуса и электродов, пространство между которыми заполнено очищаемой жидкостью. При подключении электродов к источнику питания происходит выделение газов на электродах: на аноде — кислорода, на катоде — водорода. Наряду с этим происходит растворение анода, изготовленного из дюралюминия (или стали).
Образующийся гидроксид алюминия (железа) сорбирует частицы загрязнений с образованием хлопьев. Одновременно пузырьки кислорода и водорода слипаются с образующимися хлопьями. Флотокомплексы хлопья — пузырьки газов поднимаются вверх и образуют пенный слой. Электрофлотация — это очень эффективный, но вместе с тем очень энергозатратный метод очистки воды, поэтому его целесообразно применять только для трудноочищаемых сточных вод.
3. Эксперимент
В работе было решено смоделировать метод напорной флотации, используя в качестве рабочей жидкости воду из-под крана, а в качестве очищаемой жидкости активный ил и модель поверхностного стока — вода, смешанная с почвой. Для изучения процесса очистки сточных вод были проведены серии экспериментов на модельных стоках.
Сначала изучалась кинетика образования пенного слоя при флотации активного ила, взятого с Курьяновской станции очистки сточных вод. В качестве рабочей жидкости применялась вода из-под крана, которая насыщена воздухом. Эксперимент проводился следующим образом. В лабораторный цилиндр объемом 250 мл наливалось 100 мл активного ила (рисунок 1), затем добавлялась 150 мл воды из-под крана.
После добавления рабочей жидкости происходил постепенный переход загрязнений в пенный слой.
Через 30 минут после начала процесса (рисунок 1) производилось измерение мутности очищенной воды на лабораторном мутномере HACH 2100. Полученное значение мутности 58,1 NTU.
Полученное в первом опыте значение мутности достаточно большое, поэтому в следующем опыте проводилась интенсификация флотационного процесса путем добавления реагентов, а именно коагулянта и флокулянта, перед флотацией. В качестве коагулянта использовался 5 % раствор аквааурат 30 (добавили 1 мл на 100 мл сточной воды) и 0,1 % раствор флокулянта А130 (добавили 0,5 мл на 100 мл сточной воды).
После добавления каждого из реагентов производилось перемешивание
После добавления реагентов была произведена флотация сточных вод водой из-под крана, также как в предыдущем эксперименте. Через 30 минут после начала процесса флотации визуально заметно, что вода после флотации воды с использованием реагентов значительно светлее, чем вода после безреагентной флотации. Измерение мутности подтвердило визуальные наблюдения, мутность 5,5 NTU, что значительно ниже, чем без использования реагентов.
В следующем опыте использовалась модель поверхностного стока (вода с измельченной почвой в количестве 4 г/литр).
Исходная мутность модельного стока: 330 NTU. Так как, исходя из предыдущего опыта, было понятно, что флотация с применением реагентов гораздо эффективнее, опыты без реагентов больше не ставились. Количество реагентов осталось прежним (1мл аквааурат 30 и 0,5 мл А130).
В ходе эксперимента на дне цилиндра образовался крупный осадок, от которого с течением времени отрывались флотокомплексы и поднимались в пенный слой.
|
Кол-во коагулянта |
Пенный слой |
Осадок |
NTU |
|
|
0,5 мл |
Пенный слой уменьшился |
Уменьшилось количество осадка |
7 |
|
|
1,5 мл |
Пенный слой стал больше |
Увеличилось количество осадка |
8 |
|
В следующей серии опытов были изменены концентрации коагулянта и флокулянта. Изменения и их эффект приведены в таблице ниже.
В следующем опыте использовалось 0,5 мл коагулянта, так как в предыдущем опыте такая концентрация показала лучший эффект.
|
Кол-во флокулянта |
Пенный слой |
Осадок |
NTU |
|
|
0,25 мл |
Плотный пенный слой |
Много |
7,5 |
|
|
0,75 мл |
Пористый пенный слой |
Много |
9 |
|
Таким образом, наилучшая концентрация реагентов для данной модели стоков: 0,5 мл коагулянта и 0,5 мл флокулянта на 150 мл сточных вод.
Заключение
флотация напорный сточный вода
Был проведен обзор по источникам научно-технической литературы. Установлено, что для извлечения гирдрофобных веществ из сточных вод эффективным способом является флотация, в частности напорный способ оказался наиболее эффективным. В процессе самостоятельных исследований установлено, что сточные воды особенно эффективно флотируются с использованием рабочей жидкости, полученной путем растворения воздуха в воде (вода, отбираемая из-под крана).
И кроме того, интенсификация процесса достигается путем использования коагулянтов и флокулянтов.
Список литературы
[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/referat/flotatsiya-stochnyih-vod/
1. СНиП. Канализация
2. voda-proekt.narod.ru
3. chemport.ru
4. vo-da.ru
